F = ma é um ótimo lugar para começar! O outro é torque = força x comprimento do braço de alavanca.
Pode-se começar considerando o que precisa ser construído, um caça a jato ou um biplano recreacional. Os fatores limitantes eventualmente são o conforto do piloto, a velocidade e a capacidade de manobra. Você constrói um perfil de envelope de vôo: com que rapidez, quão lento, quão alto, (todos nós entendemos) o quão baixo.
A partir desses parâmetros (e com a ajuda de colegas mais orientados para a matemática encontrados aqui), agora definimos cargas máximas na aeronave, geralmente na velocidade máxima e na maleabilidade.
Observe que a inércia é uma função da massa. F = ma. a = F / m Se é mais pesado a aceleração é menos. Isso funcionaria em taxas de rolagem com pontas de asa mais pesadas.
O torque trabalharia na área da superfície de controle e na distância do CG, bem como na distribuição de peso.
As forças estruturais devem ser suficientes (margens de segurança são sugeridas) para atender a todas as forças de carga.
Antes de entrar no Math, eu apresentaria o aplicativo de design e determinaria limites razoáveis e margens de segurança.
No mundo real, não há nada de errado em formar uma equipe para resolver esses problemas.