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飞机的载重平衡与重量重心的获取

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  与飞机载重平衡控制直接相关的数据就是飞机的重量和重心,下面是小编搜集整理的一篇探究飞机的载重平衡与重量重心获取方式的论文范文,供大家阅读参考。

  【摘 要】保证飞机的安全飞行,需要控制飞机的载重平衡。要实现对飞机的载重平衡的有效控制,必然需要准确获取和把握飞机的重量重心数据。如何才能准确的获取相关数据?除了需要对飞机的载重平衡及称重方法有明确的认识以外,应规定称重时的飞机状态和规范称重时的机载物品,这样才能更加准确的获取飞机的重量重心数据。

  【关键词】载重平衡;平均气动力弦;重心;站位与力臂;力矩平衡

  0 引言

  众所周知,飞机是靠空气动力学原理飞上天的。要保证飞机在运行过程中姿态的稳定,飞行员能够从容、灵活的操控飞机,做好飞机的载重平衡工作是重要保障。

  1 载重平衡的意义

  飞机载重平衡影响飞行员对飞机姿态的控制,同时也影响飞机的燃油消耗,因而对飞行安全和经济效益都有直接的影响。举例来说,如果飞机重心过于靠后,在飞机起飞离地时,可能造成飞机尾部擦地,影响飞行安全。如果飞机的重心过于靠前,在起飞时,就需要飞行员更大的拉杆角度、更大的推力以保证足够的升力,也就需要消耗更多的燃油,对经济性造成影响。另外,特定型号的飞机,其所能承载在的重量是一定的,超过了规定,会对飞机的结构造成损伤,后果可想而知。对于这些情况,如果提前获取了飞机重量重心数据,就可以通过控制货舱载货量;调配货物放置;有针对性安排旅客座次;机组将相关信息输入飞行管理计算机,获得建议的起飞安定面设置等手段进行提前修正,降低飞行的盲目性。

  2 重量重心的控制方法

  与飞机载重平衡控制直接相关的数据就是飞机的重量和重心。因此,应当有效控制飞机的重量重心并掌握其变化情况。

  通常有两种方法来实现控制:一是,在飞机的运营过程中,持续对改变飞机的重量重心的因素进行统计,并随时修正,确保当前数据真实有效;二是,对飞机进行称重,获取飞机的重量重心。

  新飞机在交付时,厂家都会对飞机进行称重,获取飞机的重量重心。在之后的投入运营过程中,飞机的空机重量重心会随着灰尘积聚、修理改装、部件更换、构型改变等有所改变。有些改变是可控甚至可忽略的。有些改变是可量化的,例如改装,往往会给出其造成的重量重心改变数据。这时,对原有数据进行修正即可。这种情况,只要做好统计,就能监控飞机的重量重心变化。

  有些改变是无法准确统计的,如飞机重新喷漆。另外,长期微小改变的累积,也是不可忽略的。这时就需要通过称重来获取。我国民航局规定的飞机的称重周期为36个月。飞机称重工作通常由有资质的航空公司或委托维修单位执行。

  上述两种方法得到的都是飞机的空机数据。再交由航空公司运行部门综合飞机计划添加的燃油量、载客量、航食、行李、货物等信息,得出最终的飞机配载结论,从而保障飞机的安全飞行。

  3 称重原理

  飞机称重工作,依据的是物理学力矩平衡原理。因飞机处于静止状态,即顺时针转矩和逆时针转矩的合力矩为零。即-W*M+F1*M1 +F2*M2=0或M=(F1*M1+F2*M2)/W (图1),即重心=总力矩/总重量。

  4 平均气动力弦与飞机重心

  飞机载重平衡,其实质是研究飞机自重与升力之间的关系。由于飞机的升力主要来自于大翼,而大部分民航客机的大翼外形为根梢比大于1的类梯形不规则形状,不便于对飞机升力的数学分析。为了更准确判定飞机重心与飞机升力在大翼上的作用点之间的纵向位置关系,需要先了解一个概念,即飞机的平均气动力弦。与实际机翼面积相等,气动力矩特性相同的当量矩形机翼弦长即为平均气动力弦弦长(缩写为MAC)。即平均的大翼弦长。是将不规则的大翼假想成翼弦长度相等的矩形(图2)。通过控制飞机重心在平均气动力弦上所处的位置,实现对飞机的载重平衡控制。

  重心位置通常有三种表征形式:一是,重心到平均气动力弦前缘的纵向距离与平均气动弦长的占比(图2);二是,重心到飞机基准面的纵向距离(即力臂)(图3);三是,基本空重指数,即纯粹为了方便使用,而人为通过常数修正得到的一个正的数值的重心表达形式。

  5 机身站位与平衡力臂的关系

  如上所述,飞机重心的力臂值即为到基准面的纵向距离。这里需要区分两个概念:机身站位与平衡力臂。不应将这两者混淆。机身站位是为了便于对飞机上的部件、结构或区域进行定位而建立的基准系统;飞机的力臂是属于载重平衡范畴的概念,飞机整体、局部或者任一部件均可对应一力臂值。平衡力臂的数值不一定和此处的机身站位值相同。因为属于不同范畴,机身站位的零基准面和飞机平衡力臂的零基准面也没有直接关系,有时重合,如空客A320系列飞机;有时不同,如737系列飞机。

  6 常被采用的称重方式

  通常的称重方式有平台式和顶升式两种,两种称重方式各有利弊。

  平台式为借助拖车、拖杆将飞机拖到若干个称重平台上,从各平台上读取的重量的和即为飞机总重。此方式的好处为飞机未脱离地面,相对比较安全;而其弊端为需要使用拖车,需要足够大的场地,需要借助测量工具进行辅助数据获取等,综合误差相对大些。

  顶升式为传感器型顶升称重仪与千斤顶配合使用,将飞机顶起获取重量重心的一种方法。好处为所需工作场所较小,设备精度较高,人为误差较小;弊端为存在千斤顶顶头脱出,损伤飞机的风险。应谨慎操作。

  7 称重时的注意事项

  飞机生产厂家通常都提供了推荐的称重方法、工作步骤和要求。在具体的实施过程中,需要注意如下方面,以提高称重结果的准确性:

  1)注意排放燃油时飞机的姿态设置。飞机称重所获取的结果为飞机的空重。所谓的空重,为飞机无燃油、无负载状态下的重量。所谓“无燃油”,确切的说,是仅包含不可用燃油。称重前,通过第一步抽油和第二步用重力放沉淀方式从油箱底部的排放口排空油箱内的燃油。但事实上此时油箱内还残留有不可排放的燃油。飞机调整的姿态不同,油箱内残留的燃油量就会不同,动辄有几十公斤的差距,对称重结果影响很大。所以,一定要按照厂家要求,将飞机调整到规定的姿态后,完成燃油排放,才能获得更加准确的数据。   2)机载物品要规定清楚。称重时,要明确知晓飞机的整体状态,包括飞机自身的状态和机上物品配备情况。

  飞机自身状态包括燃油情况、各项勤务(液压油、滑油、水、气等)完成情况、各舵面位置、座椅情况等。这些通常都和飞机生产厂家规定保持一致。

  而机上物品配备,如机载资料、应急物品、松散物品、航食、行李等,则由于不同国家的规定不同、航空公司控制方式不同、飞机的用途不同等原因,配备形式不尽相同。因此,机上物品配备通常由航空公司自行规定。举例来说,航空公司可能对跨海飞行的飞机标配了救生筏,就可以规定,这些飞机在称重时,救生筏在位。对于公务机来说,某些物品可能是自行配备并长期放置在飞机上的非消耗品,则完全可以规定其作为飞机空重的一部分。

  某项机载物品是否计入飞机空重,航空公司应加以明确。建议航空公司给机队的每架飞机或者同类别飞机制作适用于该(类)飞机的机载物品的名目、数量及安装位置(最好是图示),附在称重工卡后面。这样方便了称重工作时物品的清点,也使称重结论更加明确。同时,也便于在统一的标准下,掌握飞机的重量变化规律。

  3)获取准确数据。飞机的整个称重过程中,会涉及到数值、长度、位置的读取,应尽量读取稳定读数,使用精度高、分度值小的仪器,减小人为误差。

  4)重量重心数据需要进行公式计算,称重报告通常使用EXCEL等软件制作,实现自动计算功能。在加强审核的前提下,可以使报告的生成更加准确、便捷。

  8 结束语

  飞机是有一定的允许的重量重心变化范围的,运行部门实施配载也是有一定裕度的。但这丝毫不影响获取准确重量重心数据的重要性。只有获取了准确的第一手数据,才能为后续的飞机的载重平衡控制提供支持,为飞机的安全飞行提供保证。

  【参考文献

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  [2]AC-121-FS-2009-27 航空器的重量与平衡控制[Z].

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