2.1 方案設計的任務和過程
本章的目的是為了使航空專業的學生能熟悉飛機設計過程中所用的設計決策方法，了解飛機設計的任務**與如何進行最初階段的設計工作。「初始總體引數的確定」和「方案設計」這兩個詞表示的便是這一階段的設計。初始設計階段之後的情況很大程度上取決於初始設計階段的結果和研製成本。
如果初始設計階段的結果可以滿足預定的設計要求，則可以進行飛機的詳細設計，如果初始設計的結果中發現了某些問題（如某種技術上的不足，或缺乏資料庫等），那麼就要進一步的改進初始方案、研究解決問題的方案，直到問題被解決之後，形成最終設計任務書，進行飛機的全尺寸發展研製。如果研製表明在可接受的週期和費用內不能解決這些問題，該設計專案將被取消。
方案設計的任務主要是確定如下飛機總體引數：
(1)起飛總重wto；
(2)最大公升力係數 clmax；
(3)零公升阻力係數 cd0 ；
(4)推重比 t/w；
(5)翼載 w/s。
本章中假設飛機的任務要求是已知的，任務書中定義的典型引數有：
(1)裝載和裝載型別；
(2)航程或待機要求；
(3)起飛著陸場長；
(4)爬公升要求；
(5)機動要求；
(6)鑑定基準（例如：實驗、航標或軍用標準）。
2.2 重量估算
飛機必須在帶有裝載物的情況下達到航程、航時、速度和巡航速度的目標。估算為了完成任務階段的飛機最小重量和燃油重量是很重要的。對一定的任務要求，本節提供了一種快速估計起飛總
重wto、空重we、任務油重wf的方法。
該方法適用於如下 12種飛機：
(1)自製螺旋槳飛機；
(2)單發螺旋槳飛機；
(3)雙發螺旋槳飛機；
(4)農業飛機；
(5)公務機；
(6)渦輪螺旋槳支線飛機；
(7)噴氣運輸機；
(8)軍用教練機；
(9)戰鬥機；
(10)軍用巡邏機，轟炸機和運輸機；
(11)水陸兩用飛機；
(12)超音速巡航飛機。
2.2.1 方法的概述
可以將飛機起飛總重表示為如下幾項：
wto=woe+wf+wpl2.2.1）
其中：woe——飛機使用空重
wf——飛機任務油重
wpl——飛機有效裝載重量
而 woe通常記為：
woe =we+wtfo+wcrew2.2.2）
其中：we——空重；
wtfo——死油重；
wcrew ——乘員重。
空重有時又可寫成如下形式：
we = ws + wfeq + wen2.2.3）
其中：ws——為飛機結構重量；
wfeq——為固定裝置重量；
wen——動力裝置重量。
設計起飛總重」是指飛機在設計確定任務開始時的總重量，它不一定與「最大起飛重量」相同。許多軍用飛機的裝載可以超過其設計重量，但將損失包括機動性在內的主要效能。除特殊說明外，起飛總重或wto假定為設計重量。
固定裝置重量可以包括航電裝置、空調裝置、特殊雷達裝置、輔助動力裝置（ apu）、內部裝置和內部裝飾和其他用於完成該任務而帶的裝置的重量。
設計起飛重量包括空機重量和全部載重（如圖 2.2.1所示）。
圖 2.2.1 飛機起飛重量分類
對於一般飛機，起飛總重可以表示為如下形式：
wto=wcrew+wf+wpl+we2.2.4）
也可以寫為：
2.2.5）
式中：=me——空機重量係數；
=mf——燃油重量係數。
表 2.2.1給出了常規起落飛機的結構、動力裝置、裝置及操縱和燃油的相對重量。
表 2.2.1 常規飛機的結構、動力裝置、裝置及操縱和燃油的相對重量
此時有兩點值得注意：
（1）. 從最底層考慮，估算需要的燃油重量 wf是不難的；
（2）. 統計資料表明，對先前提及的 12種飛機， log10wto和 log10we之間存**性關係。
基於這兩點，求 wto、we和 wf將包含以下 7個步驟：
第一步：確定任務裝載重量 wpl
第二步：猜測乙個起飛重量值 wto guess
第三步：確定任務油重 wf
第四步：確定 woe的試探值：
woe tent=wto guess-wf–wpl2.2.6）
第五步：求 we的試探值：
we tent=woe tent-wtfo–wcrew2.2.7）
wtfo大約為 wto 的 0.5%或更多，通常可以忽略不計。wcrew數值根據設計要求或使用要求決定。
第六步：按 2.2.5節中的方法求 we的許可值。
第七步：比較 we tent和第
五、第六步得來的的值，然後改變 wto guess的值，重複 3～6步，一直迭代下去，直到 we tent和 we的差值小於指定的誤差值。在這一階段，誤差值通常取 0.5%。
2.2.2 確定飛機裝載重量 wpl，和人員重量 wcrew
飛機裝載重量 wpl通常已在任務要求中給出。 wpl包括以下各項的一部分：
（1）乘員和行李
（2）貨物
（3）軍用裝載，如：彈藥、炸彈、飛彈和各種外掛程式物。對於作短程飛行的旅客機，每個旅客重 35kg，帶行李 10kg，對遠端飛行每個旅客帶行李 15kg。
機組人員重量 wcrew是由如下方式確定的：
旅客機：機組人員包括駕駛艙內的乘員和飛機乘務人員，人員數目還取決於旅客總數。對機組成員，一般重量為 80kg，所帶行李 10kg。
軍用飛機：對軍機飛行員，重量取為 100kg，因為他們帶有附加裝置。
2.2.3 對起飛總重量 wto的估計
wto guess的初始值通常是按具有類似任務和型別的飛機重量模擬而來，如果無法模擬，則任意給乙個猜測值。
2.2.4 任務油重的確定
在 2.2.1節中，第一步曾表明確定 wf是不難的，本節將提供求 wf的方法：任務油重 wf可被寫為：
wf=wf used+wf res2.2.8)
其中：wf used——任務期間耗去的燃油重量
wf res——執行任務所必須的餘油
任務餘油量通常按下列方式規定：
(1)作為消耗燃油的一部分
(2)使飛機可以抵達另外機場的附加航程需要
(3)滿足待機時間要求的油量
為了確定執行飛行任務時耗去的油量，通常採用燃油係數法，即飛行任務被分成若干段（見圖 2.2.2）。
每一段的油耗按簡單計算公式或由經驗確定。給定某一飛機的任務剖面，把任務剖面分成許多任務段，每一段給予編號並給出起始重量和結束重量。每個任務段燃油係數是段末重量與本段開始時的重量之比。
下一步是為每一任務段的燃油係數分配乙個數，這可以按如下方法進行：
圖 2.2.2 典型飛機任務剖面
第一步：發動機啟動和暖機
起始重量為 wto，終止重量為 w1，本段燃油係數為 w1/ wto。該係數的參考資料約為 0.99～0.998。
第二段：滑跑
開始重量為 w1，終止重量為 w2，燃油係數為 w2/w1。該係數的參考資料約為 0.99～0.998。
第三段：起飛
開始重量為 w2，終止重量為 w3，本段燃油係數為 w3/w2。該係數的參考資料約為 0.99～0.998。
第四段：爬公升到巡航高度並加速到巡航速度
開始重量為 w3，終止重量為 w4，本段燃油係數 w4/w3的參考資料約為 0.98～0.995。
第五段：巡航
起始重量為 w4，終止重量為 w5，本段燃油係數 w5/w4的參考資料約為 0.863～0.99。
第六段：待機
起始重量 w5，終止重量為 w6，本段燃油係數 w6/w5的各種飛機參考資料約為 0.99～0.995。
第七段：下降
開始重量為 w6，終止重量為 w7。該係數的參考資料約為 0.985～0.995。
第八段：著陸、滑行和關機
起始重量為 w7，終止重量 w8，該係數的參考資料約為 0.99～0.998。
這樣即可求出任務燃油係數 mff：
mff =（w1/wto）πi=1,7（wi+1/wi2.2.9)
式中 wto——起飛總重
wi——發動機啟動和暖機階段末的飛機重量
wi、wi+1——飛行剖面中每乙個任務段的起始和終止重量
任務中使用的燃油， wfused為：
wfused =（1- mff）wto2.2.10)
任務燃油重量， wf最終為：
wf =（1- mff）wto +wfres2.2.11）
2.2.6 空機重量的估算
空機重量係數 me可以根據圖 2.2.3所示的經驗曲線，按統計規律估算。空機重量係數大約在0.3～0.7之間變化，並隨飛機總重增加而遞減。
圖 2.2.3空機重量係數與飛機起飛總重的關係
由圖可見，飛機型別的影響也很大。飛船的空機重量係數最大，遠端軍用飛機的空機重量係數最小。飛船之所以重，是因為它需要攜帶相當於整個船體重量的附加重量。
還應注意到，不同型別的飛機所對應的空機重量係數隨飛機重量變化的曲線斜率也不同。
空機重量係數原則上是隨飛機尺寸而變化的，但對有些電子裝置重量是不變的。也可以把這些裝置的重量統計到空機重量中去，這只適用於 20世紀 80年代以前的飛機。對於新一代飛機，在使用這些統計資料時要考慮增加wpl 而減小we。
總的趨勢是飛機總重越小，裝載的能力就越小。
2.2.7 確定起飛重量
將空機重量係數和燃油重量係數代入式（ 2.2.5）中，得到關於起飛重量的迭代關係式，對該式進行迭代，就可求得起飛重量。
也就是先假定乙個起飛重量，計算統計空機重量係數，再計算起飛總重，如果結果與假定值不一致，則取兩數之間的某乙個值作為下乙個假定值，重新進行計算，直到 we tent和 we的差值小於指定的誤差值。在這一階段，誤差值通常取 0.5%。
2.3 飛機公升阻特性估算
2.3.1 確定最大公升力係數
教案 第二章交通樞紐總體規劃與布局
教學要求 掌握交通樞紐規劃的主要內容和基本原則，了解交通樞紐規劃與交通網路規劃的相互關係和影響,理解交通樞紐規劃與城市規劃 城市布局 城市自然條件的配合，理解交通樞紐內部合理布局的意義 交通樞紐布局的基本要求，了解交通樞紐場站布局方法。重點 交通樞紐規劃的主要內容，交通樞紐場站布局。難點 交通樞紐規...
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第二章招聘與配置
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