每逢佳节“胖三斤”！飞机也要“减肥”
飞机减重的必要性
飞机的重量是影响飞机性能的重要特性之一，同时也是飞机在技术领域的竞争因素之一。这里说的飞机重量主要包括起飞总重和使用空重，其中大起飞总重也是飞机直接使用成本计算的原始数据之一。
目前波音、空客的飞机占据了市场的主要份额，如果要在国际大型飞机市场上具有足够的竞争力，飞机必须在飞行性能、舒适度和环保性等各个方面都达到现役飞机的标准，并有所突破和创新，而设计中拟解决的关键问题之一在于飞机减重，即提出飞机减重措施，并对采用这些减重措施所承担的技术风险作出评估。在重量节省计划中，如果能引进一种新的材料或加工流程，那么将节省飞机结构重量，新技术成本能够被飞机上所有的重量节省所抵消。研究表明，假如在初始阶段重量节约值能被确定的话，在300-600座民用飞机上节重价值的保守估计为每减重1磅可以节约1000美元。
在方案论证阶段，需要充分论证并详细估算飞机的重量特性参数，并在技术设计阶段为详细设计阶段计算并制定各专业切实可行的重量控制指标，制定一系列飞机设计减重措施，针对不同专业具体问题建立重量变化控制应变措施从而使飞机的设计重量尽量轻。
对于经常进行飞机方案设计的部门，或飞机研究、教学等部门，通常备有飞机总体参数优化过程。优化一般指起飞重量小、成本低、航程大或升限高等，起飞重量小是普遍的优化目标。
在方案设计冻结之后，制造过程中会对飞机各部件的重量进行严格控制，尽量达到或低于方案中的限制重量。而专业术语中的“减重”是指当前重量对限制重量的重量减小量。飞机减重的目的在于：保证飞机总重和使用空机重量达到型号设计要求；满足型号的性能和使用要求；具有良好的营运经济性，保证市场竞争能力。若大起飞重量保持不变，则空机重量超重，同样会使性能与使用特性大幅度下降。
设计减重有效
在设计过程中减轻飞机重量是有效的减重方法之一。把飞机上的多余重量和可能的超重都消灭在图样上。
具体的减重方法有以下几种：
一是先进的总体布局及气动力技术。在总体布局中采用先进技术是降低飞机重量的有效手段。随着设计技术的日臻完善和先进技术的广泛应用，飞机的空机重量与大起飞重量之比不断下降，重量效率提高。
二是采用先进的应力分析，强度计算方法。使计算更精确，多余的重量减少，使飞机结构更有效，也更轻，从而提高其重量效率。
三是严格的重量控制。由于采用先进的总体布局，先进的气动力技术和精确的应力分析，强度计算方法，使飞机的重量减轻。为保证由这些措施获得的良好效果在实际设计和生产中不丢失，在设计和生产过程中贯彻执行严格有效的重量控制和监督是十分必要的，这就起到了间接减重的作用。例如：改进总体布局。先进的总体布局可以有效地降低飞机的空重。翼身融合体飞机可以减少20%的起飞重量，而升力体布局和飞翼布局分别可以减少10%和15%。
同时，可以通过改进机翼设计，从而改进气动力技术。一般来说，采用先进的机翼设计技术，先进的增升装置和翼梢小翼等都能有效地降低飞机的空重。
另外，主动控制技术的应用也能减轻飞机的重量。采用主动控制技术可减小尾翼面积，减轻结构重量；降低巡航阻力，增大航程；同时，减轻驾驶员工作负担；降低制造成本和维护费用。
主动控制技术中主要的是放宽静稳定性，让飞机的静稳定性小于常规要求值，甚至是静不稳定的，即焦点靠近重心或在重心之前。
主动控制技术以放宽静稳定性功能为基础，视放宽静稳定性的大小，主动控制飞机比常规飞机的平尾面积一般可减小30-50%。从而减轻使用空机重量1.3-2.3%。
材料和设计减重经济
在飞机上选用性能更好的新材料以替代旧材料是减轻飞机重量的有效途径。采用新合金材料、采用新金属材料、采用新型复合材料。
例如：复合材料的应用既可减轻飞机重量，又可降低研制成本。在国外，复合材料的应用已进入了规模化生产的成熟阶段。民用飞机已大量使用复合材料，且已应用于主承力构件。复合材料在飞机上的应用程度已成为衡量飞机先进性的指标之一。
B787和A350后机身结构的CFRP材料利用率均很高。这两款竞争机型的后机身复材壁板都采用阳模整体纤维铺放技术，蒙皮与长桁整体共固化成，这种整体化复材机身壁板重量轻、结构效率非常高。
成品设备减重则是通过先进的电子设备和机械系统等进行。常见就是发动机减重。
波音787的动力装置选用了GEnx发动机，该款发动机不仅继承并发展了GE公司以往成熟发动机特别是GE90发动机的设计技术，吸纳了GE90发动机研制与使用的经验与教训，而且还采用了新发展的一些先进技术，使其性能达到了较高水平，而且研制周期较短。
GEnx发动机的设计推力为333kN，其巡航耗油率比用于A330客机的CF6-80E1A4发动机的低15.4%，比用于B777客机的GE90-94B发动机的低6.9%。
其降低耗油率的措施主要有以下几个方面：高总压比；高涵道比；采用了低增压比、低叶尖速度、掠形宽弦复合材料风扇；低载荷、特高升力的7级低压涡轮；第4代三元流高压压气机；第3代三元流高压涡轮、反向转动出口旋流器；优化的排气系统。GEnx发动机风扇叶片采用了GE公司的第3代复合材料，外形基本与GE90-115B相同，而且该款发动机只有18片叶片，比GE公司的CF6发动机叶片重量轻了50%，同时其产生的噪声也比其他款的GE发动机都低。
GEnx发动机风扇机匣由复合材料加工而成。该种机匣包容性能及强度均优于金属机匣，且该机匣比金属机匣轻154千克，可使飞机减重363千克，同时，该机匣不会像金属材料一样容易被腐蚀，便于维护。
更多详细报道请关注复材网www.cnfrp.com
飞机的重量是影响飞机性能的重要特性之一，同时也是飞机在技术领域的竞争因素之一。这里说的飞机重量主要包括起飞总重和使用空重，其中大起飞总重也是飞机直接使用成本计算的原始数据之一。
目前波音、空客的飞机占据了市场的主要份额，如果要在国际大型飞机市场上具有足够的竞争力，飞机必须在飞行性能、舒适度和环保性等各个方面都达到现役飞机的标准，并有所突破和创新，而设计中拟解决的关键问题之一在于飞机减重，即提出飞机减重措施，并对采用这些减重措施所承担的技术风险作出评估。在重量节省计划中，如果能引进一种新的材料或加工流程，那么将节省飞机结构重量，新技术成本能够被飞机上所有的重量节省所抵消。研究表明，假如在初始阶段重量节约值能被确定的话，在300-600座民用飞机上节重价值的保守估计为每减重1磅可以节约1000美元。
在方案论证阶段，需要充分论证并详细估算飞机的重量特性参数，并在技术设计阶段为详细设计阶段计算并制定各专业切实可行的重量控制指标，制定一系列飞机设计减重措施，针对不同专业具体问题建立重量变化控制应变措施从而使飞机的设计重量尽量轻。
对于经常进行飞机方案设计的部门，或飞机研究、教学等部门，通常备有飞机总体参数优化过程。优化一般指起飞重量小、成本低、航程大或升限高等，起飞重量小是普遍的优化目标。
在方案设计冻结之后，制造过程中会对飞机各部件的重量进行严格控制，尽量达到或低于方案中的限制重量。而专业术语中的“减重”是指当前重量对限制重量的重量减小量。飞机减重的目的在于：保证飞机总重和使用空机重量达到型号设计要求；满足型号的性能和使用要求；具有良好的营运经济性，保证市场竞争能力。若大起飞重量保持不变，则空机重量超重，同样会使性能与使用特性大幅度下降。
设计减重有效
在设计过程中减轻飞机重量是有效的减重方法之一。把飞机上的多余重量和可能的超重都消灭在图样上。
具体的减重方法有以下几种：
一是先进的总体布局及气动力技术。在总体布局中采用先进技术是降低飞机重量的有效手段。随着设计技术的日臻完善和先进技术的广泛应用，飞机的空机重量与大起飞重量之比不断下降，重量效率提高。
二是采用先进的应力分析，强度计算方法。使计算更精确，多余的重量减少，使飞机结构更有效，也更轻，从而提高其重量效率。
三是严格的重量控制。由于采用先进的总体布局，先进的气动力技术和精确的应力分析，强度计算方法，使飞机的重量减轻。为保证由这些措施获得的良好效果在实际设计和生产中不丢失，在设计和生产过程中贯彻执行严格有效的重量控制和监督是十分必要的，这就起到了间接减重的作用。例如：改进总体布局。先进的总体布局可以有效地降低飞机的空重。翼身融合体飞机可以减少20%的起飞重量，而升力体布局和飞翼布局分别可以减少10%和15%。
同时，可以通过改进机翼设计，从而改进气动力技术。一般来说，采用先进的机翼设计技术，先进的增升装置和翼梢小翼等都能有效地降低飞机的空重。
另外，主动控制技术的应用也能减轻飞机的重量。采用主动控制技术可减小尾翼面积，减轻结构重量；降低巡航阻力，增大航程；同时，减轻驾驶员工作负担；降低制造成本和维护费用。
主动控制技术中主要的是放宽静稳定性，让飞机的静稳定性小于常规要求值，甚至是静不稳定的，即焦点靠近重心或在重心之前。
主动控制技术以放宽静稳定性功能为基础，视放宽静稳定性的大小，主动控制飞机比常规飞机的平尾面积一般可减小30-50%。从而减轻使用空机重量1.3-2.3%。
材料和设计减重经济
在飞机上选用性能更好的新材料以替代旧材料是减轻飞机重量的有效途径。采用新合金材料、采用新金属材料、采用新型复合材料。
例如：复合材料的应用既可减轻飞机重量，又可降低研制成本。在国外，复合材料的应用已进入了规模化生产的成熟阶段。民用飞机已大量使用复合材料，且已应用于主承力构件。复合材料在飞机上的应用程度已成为衡量飞机先进性的指标之一。
B787和A350后机身结构的CFRP材料利用率均很高。这两款竞争机型的后机身复材壁板都采用阳模整体纤维铺放技术，蒙皮与长桁整体共固化成，这种整体化复材机身壁板重量轻、结构效率非常高。
成品设备减重则是通过先进的电子设备和机械系统等进行。常见就是发动机减重。
波音787的动力装置选用了GEnx发动机，该款发动机不仅继承并发展了GE公司以往成熟发动机特别是GE90发动机的设计技术，吸纳了GE90发动机研制与使用的经验与教训，而且还采用了新发展的一些先进技术，使其性能达到了较高水平，而且研制周期较短。
GEnx发动机的设计推力为333kN，其巡航耗油率比用于A330客机的CF6-80E1A4发动机的低15.4%，比用于B777客机的GE90-94B发动机的低6.9%。
其降低耗油率的措施主要有以下几个方面：高总压比；高涵道比；采用了低增压比、低叶尖速度、掠形宽弦复合材料风扇；低载荷、特高升力的7级低压涡轮；第4代三元流高压压气机；第3代三元流高压涡轮、反向转动出口旋流器；优化的排气系统。GEnx发动机风扇叶片采用了GE公司的第3代复合材料，外形基本与GE90-115B相同，而且该款发动机只有18片叶片，比GE公司的CF6发动机叶片重量轻了50%，同时其产生的噪声也比其他款的GE发动机都低。
GEnx发动机风扇机匣由复合材料加工而成。该种机匣包容性能及强度均优于金属机匣，且该机匣比金属机匣轻154千克，可使飞机减重363千克，同时，该机匣不会像金属材料一样容易被腐蚀，便于维护。
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