飞机研制中的重量管理与控制

作者：北京海基嘉盛科技 杨宁 陈晨 黄宏艳

欢迎访问e展厅 展厅 8 航空与航天设备展厅 直升机, 无人机, 航空发动机, 航空材料, 飞机座椅, ... 1.概述 重量对于飞机性能指标的影响无疑是关键的，由设计和制造引起的超重会造成飞机多方面的性能损失，从而影响其使用价值；严重时甚至会导致飞机的研制失败。因此，重量管理与控制在飞机研制，甚至在服役过程中占有举足轻重的地位。 在国内飞机总体研制单位都设有重量工程专业，专门从事飞机研制（设计和制造）过程中重量管理与控制方面的工作。严格的重量管理与控制，也是飞机研制技术的重要特点之一。 飞机的重量管理与控制是型号研制过程中关键的工作之一。重量管理与控制过程中所产生的计算结果、分析报告和重量控制文件等信息，直接服务于飞机参数选择、总体布置以及飞机的性能、载荷、气动弹性和成本费用估算等，是其他专业开展工作的重要基础。重量管理与控制，实指飞机的重量数据管理和对飞机重量、重心的控制，工作贯穿了飞机型号研制方案论证、方案设计、详细设计、试制、试飞及服役的产品全生命周期，在某种程度上决定了飞机研制的成败。 随着飞机设计手段的进步，数字化设计、分析与管理技术已经全面应用到飞机详细设计阶段。在具备CATIA三维设计和PDM产品数据管理的基础上，通过数字化手段建立重量数据管理系统，创新重量管理与控制方法、提高重量管理与控制效率、沉淀经验形成专业知识库、提升重量管理与控制能力，已成为重量专业发展的必然趋势。 2. 现状 根据多年的工程实践，飞机研制工作可以大致划分为方案阶段和工程研制两个阶段。考虑到研制工作的由粗到细，及其内在联系和先后次序，又可以进一步细化为概念设计、初步设计、详细设计、原型机试制和试飞五个部分（见图1），重量管理与控制工作贯穿其中，每一部分的工作内容又各不相同。 （1）概念和初步设计 这两个部分也可称为方案阶段，该阶段的重量管理与控制工作通常在新机型设计之初就已经展开，主要内容是飞机重量特性估算、飞机分类重量估算，以及飞机重心设计与计算等工作，它不仅直接服务于飞机参数选择、总体布置，以及飞机的性能、载荷、气动弹性特性和成本费用估算等，还进一步为详细设计提出了包括重量指标分配在内的重量控制文件。 在方案设计阶段，要实施前期的重量控制、监督工作。重点是掌握本阶段飞机重量变化轨迹的信息，为今后各阶段实现飞机最小重量设计打好基础。 以上所有工作的基础就是企业多年积累下来的大量的重量样本数据，以及通过对其进行有效、可靠的统计回归和理论分析，而推导出的各种重量估算的经验公式。 （2）详细设计 这一部分的重量管理与控制工作往往在初步设计尚未结束就已同步展开，由总体重量专业根据上一阶段得出的重量控制文件，向专业室下达各个大组件的目标重量，再由专业室重量员向设计员下达各设计组件目标重量，并对详细设计过程中飞机重量特性的变化进行跟踪与管理。 当总体重量专业需要计算/统计全机重量信息时，要由各个专业室重量员和设计员配合提供重量报表，经由总体重量专业汇总整理，建立全机质量特性数据库，进而开展飞机重量估算、飞机中心设计和计算、零部件质量特性计算、飞机质量分布计算、飞机转动惯量计算、飞机重量与平衡控制等工作，最终在设计阶段把飞机的重量管理并控制起来。 这部分工作的基础主要是初步设计阶段估算出的重量数据和控制文件，从三维零件模型中提取的质量特性数据和成品厂提供的成品质量特性数据。 （3）试制、试飞 当设计完成、型号发图试制开始，飞机零、组、部件，以及全机的称重工作随即展开，目的是检验生产图样的理论重量，校核全机质量特性、按照飞机生产图样和技术条件实施检验和控制零组部件及成品的重量，确定飞机的实际重量、重心，检验理论计算的正确性，提供飞机实际重量、重心偏差，配平飞机重心以满足操稳要求，测定飞机的不可用燃油、滑油、实际载油量及耗油顺序等。最终确保飞机在制造阶段的重量、重心、转动惯量满足重量控制文件的要求。 这部分工作的基础主要是来源于工厂、车间和工段的零、组、部件的称重数据，以及全机的现场称重数据。 3. 存在的问题 综上所述，飞机研制过程中的重量管理与控制工作大致可划分为重量估算与分配、质量特性计算和称重检验三个顺序关联的环节，每一环节产生的结果数据不仅是自身工作的成果，同时也是下一环节工作的输入。可以说重量数据是开展工作的基础：通过对重量数据，包括样本数据、质量特性数据，以及称重数据等，进行估算、计算和检验，重量管理人员在方案阶段可以对飞机的重量和分类重量进行估算，在工程研制阶段可以随时掌握重量随设计和生产变化的情况，及时发现可能的超重或重心、转动惯量偏离，进而有针对性地调整设计方案或调整生产工艺，最终达到控制重量的目的。 目前，由于普遍缺少必要的数字化手段，重量数据缺乏统一的规划和管理；重量估算、计算和称重检验等工作基本靠手工完成，效率低下；本来是环环相扣的几个环节却相互割裂，阻碍了重量数据的传递，这些都极大地影响了重量管理与控制的质量和效率。 典型的如，在工程研制阶段对重量数据的汇总、统计、处理和分析等工作完全靠手工完成，不仅花费了重量管理人员和设计人员大量的时间和精力，更不能及时反映当前节点状态下飞机重量的实际情况。如果重量特性偏离发现的越晚，就会因为研制方案趋于定型而令调整手段越发有限，甚至还会导致设计返工、周期拖延和成本增加等一系列问题，对飞机的研制工作产生不可估量的负面影响。 总而言之，现有的重量管理与控制手段，不足以支持重量工程人员很好地履行自己的职责，造成本应是主动的重量管理与控制，却变成了“头痛医头，脚痛医脚”被动应对的局面，极大地影响了型号研制的质量和效率。 4. 海基重量业务平台 海基重量业务平台是以重量数据管理为核心，集成了估算、计算及称重检验于一体的飞机重量业务平台（见图2）。平台针对飞机研制特点，实时记录真实反映飞机研制过程中的重量变化，对飞机的总重、分类重量、质量特性、重心和转动惯量进行估算和计算；绘制飞机转动惯量随重量变化的曲线、重量在燃料及挂载物消耗过程中的变化曲线；编制飞机各种重量报告和图表等，使重量管理人员在飞机研制过程中能够随时掌握所有零、组、部件的重量特性，提前发现重量问题并及时调整，使以往发图和称重结束数个月后才能完成的重量特性统计工作，在并行设计和制造过程中就可以随时动态展开，极大地提高了飞机研制过程中重量管理与控制工作的质量和效率。 海基重量业务平台由重量估算与分配、质量特性跟踪、质量特性计算和称重检验四个子系统组成，面向重量管理与控制业务。通过信息化手段真正实现了飞机研制过程中主动的重量管理与控制（见图3）。 海基重量业务平台拥有极佳的工程实践，目前已应用于国内多家主机单位，正在飞机研制过程中发挥着重要的作用，实现了重量管理与控制工作的创新发展，并被中关村国家自主创新示范区评为“新技术、新产品”（见图4）。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (5/10/2013)