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飛機載重平衡和重心知識要點(diǎn)
飛機由于自身結構強度、客貨艙容積、運行條件及運行環(huán)境等原因，都必須有最大裝載量的限制。那么，下面是小編為大家整理的飛機載重平衡和重心知識要點(diǎn)，歡迎大家閱讀瀏覽。
飛機載重平衡和重心知識要點(diǎn)
一、飛機的載重
1.飛機的最大業(yè)務(wù)載重量
飛機由于自身結構強度、客貨艙容積、運行條件及運行環(huán)境等原因，都必須有最大裝載量的限制。飛機是在空中飛行，要求具有更加高的可靠性和安全性以及更加好的平衡姿態(tài)，而貨物裝載量、裝載位置和旅客客艙座位分布直接影響飛行安全和飛機平衡。因此嚴格限制飛機的最大裝載量對飛行安全至關(guān)重要。
飛機的最大起飛全重、最大落地全重、最大無(wú)油全重、最大起飛油量、航段耗油量、飛機的最大業(yè)載量和空機重量是飛機制造商在交付用戶(hù)時(shí)提供的靜態(tài)業(yè)務(wù)數據。
2.飛機的最大起飛全重(MTOW)
飛機的最大起飛全重是飛機在起飛線(xiàn)加大馬力起飛滑跑時(shí)全部重量的最大限額。
限制飛機的最大起飛重量主要有以下幾個(gè)方面的原因：(1)飛機的自身結構強度；(2)發(fā)動(dòng)機的功率；(3)剎車(chē)效能限制及起落架輪胎的線(xiàn)速度要求。
影響飛機的最大起飛重量的因素主要有：
(1)大氣溫度和機場(chǎng)標高；(2)風(fēng)向和風(fēng)速；(3)起飛跑道的情況：跑道長(cháng)度越大，起飛重量可以越大，因為可供飛機起飛滑跑的距離越大。例如當跑道長(cháng)度達到3200米時(shí)，可以起降大型飛機，當跑道長(cháng)度只有1700米時(shí)，只能起降中小型飛機，(4)機場(chǎng)的凈空條件：機場(chǎng)的凈空條件是指機場(chǎng)周?chē)绊戯w機安全、正常起降飛行的環(huán)境條件，例如高建筑物、高山、鳥(niǎo)及其他動(dòng)物的活動(dòng)等情況；(5)航路上單發(fā)超越障礙的能力；(6)是否使用噴水設備；(7)受襟翼放下角度的影響；(8)噪音的限制規定等。
3.飛機的最大落地全重(MLDW)
飛機的最大落地全量是在飛機設計和制造時(shí)確定的飛機著(zhù)陸時(shí)全部重量的最大限額。
限制飛機的最大著(zhù)陸重量的原因主要有：(1)飛機的機體結構強度和起落架允許承受的沖擊載荷；(2)飛機的復飛爬高能力。
影響飛機的最大落地全量的因素主要有：(1)大氣溫度與機場(chǎng)標高；(2)風(fēng)向和風(fēng)速；(3)跑道的情況；(4)機場(chǎng)的凈空條件。
4.飛機的最大無(wú)油全重(MZFW)
飛機的最大無(wú)油全重是指除去燃油之外所允許的最大飛行重量。規定飛機的最大無(wú)油全重，主要是考慮機翼的結構強度。
5.飛機的基本重量(BW)
飛機的基本重量是指除去業(yè)務(wù)載重和燃油外，已完全做好飛機準備的飛機重量。主要包括：
(1)空機重量。指飛機本身的結構重量、動(dòng)力裝置和固定設備(如座椅、廚房設備等)的重量、油箱內不能利用或不能放出的燃油滑油重量、散熱器降溫系統中的液體重量、應急設備等重量之和。飛機的空機重量由飛機制造廠(chǎng)提供，記錄在飛機的技術(shù)手冊?xún)取?/p>
(2)附加設備重量。包括服務(wù)用品及機務(wù)維修設備等。
(3)空勤組及隨身攜帶物品重量。每種機型的空勤組人數是確定的，稱(chēng)為標準機組或額定機組。機組的組成一般用“駕駛員人數/乘務(wù)員人數”的格式表示。如有隨機機組，但不承擔本次航班任務(wù)，則再加“/隨機機組人數”。超過(guò)或少于標準機組時(shí)應對飛機基本重量進(jìn)行修正。
(4)服務(wù)設備及供應品重量。每種機型的供應品重量是確定的，稱(chēng)為額定供應品重量。
(5)其他應計算在基本重量之內的重量，如飛機的備件等。
每架飛機的基本重量一般情況下是不變的，但實(shí)際飛行時(shí)，有時(shí)機組人數、隨機用具、服務(wù)設備和供應品、隨機器材等項重量都可能發(fā)生變動(dòng)，此時(shí)需要按規定在基本重量的基礎上對增減重量進(jìn)行修正。修正后的基本重量反映了本次執行航班任務(wù)的飛機實(shí)際的基本重量，因此在計算最大業(yè)務(wù)載重量時(shí)應采用修正后的基本重量。
6.飛機的起飛油量(TOF)
飛機的起飛油量是指飛機執行航班任務(wù)時(shí)攜帶的全部燃油量。
起飛油量包括航段耗油量和備用油量?jì)刹糠�，但不包括地面開(kāi)車(chē)和滑跑所用油量。
(1)航段耗油量(TFW)，指飛機由起飛站到目的站航段需要消耗的燃油量。航段耗油量是根據航段距離和飛機的平均地速以及飛機的平均小時(shí)耗油量而確定的，計算公式如下：
航段耗油量=航段距離/飛機平均地速×平均小時(shí)耗油量
(2)備用油量(RFW)，指飛機由目的站飛到其備降機場(chǎng)并在備降機場(chǎng)上空還可以飛行45分鐘所需耗用的油量。有時(shí)由于目的站因為某種原因不能讓飛機降落，需要飛機在其備降機場(chǎng)降落，因此執行航班任務(wù)的飛機都應攜帶備用油量。
由起飛油量的組成可知，起飛油量應按如下公式計算：
起飛油量=航段耗油量+備用油量
(3)關(guān)于油量的說(shuō)明：
A.某些飛機有最少油量的規定，就是當飛機按照最大起飛重量起飛時(shí)，盡管所飛的航程可能很短，但起飛油量也不得少于一定的重量。
B.有些飛機有最大著(zhù)陸油量的規定，就是備用油量不得超過(guò)一定數量限額。
以上這些規定都是從機翼結構強度方面考慮的。
C.飛機攜帶的燃油是供發(fā)動(dòng)機燃燒而產(chǎn)生推力的。
二、飛機的平衡
1.飛機的平衡
飛機的平衡有三種，即俯仰平衡、橫側平衡和方向平衡。
(1)俯仰平衡。是指作用于飛機上的上仰力矩和下俯力矩彼此相等，使飛機既不上仰，也不下俯。
影響飛機的俯仰平衡的因素主要有旅客的座位安排方式、貨物的裝載位置及滾動(dòng)情況、機上人員的走動(dòng)、燃料的消耗、不穩定氣流、起落架或副翼的伸展和收縮等。因此航空公司配載人員在安排旅客的座位時(shí)，除去按照艙位等級來(lái)安排之外，在對重心影響較小的飛機座位區域盡量多安排旅客，并且在飛機起降時(shí)請旅客不要在客艙內走動(dòng)，以免影響飛機的俯仰平衡和旅客的安全；在安排貨物時(shí)，對重心影響程度小的貨艙盡量多裝貨物，并且對于散裝貨物來(lái)說(shuō)，要將網(wǎng)、繩固定牢靠，防止貨物在貨艙內滾動(dòng)，影響俯仰平衡及造成貨物損壞。
當飛機由于外界干擾而失去俯仰平衡時(shí)但是在飛機重心范圍內，可以靠飛機自身的安定性能自動(dòng)恢復平衡，也可通過(guò)操縱駕駛桿改變升降舵角度而使飛機恢復俯仰平衡。
(2)橫側平衡。是指作用于飛機機身兩側的滾動(dòng)力矩彼此相等，使飛機既不向左滾轉，也不向右滾轉。
影響飛機的橫側平衡的因素主要有燃油的加裝和利用方式、貨物裝載情況和滾動(dòng)情況、空氣流的作用等。因此加油和耗油時(shí)都要保持左右機翼等量。尤其對于寬體飛機，裝載貨物時(shí)要保證機身兩側的載量相差不大，同時(shí)固定穩固，避免貨物在飛機失去橫測平衡時(shí)向一側滾動(dòng)而加重不平衡的程度。
當由于某種原因使飛機失去橫側平衡時(shí)，可以通過(guò)改變某側機翼的副翼角度而使飛機恢復橫側平衡。例如當飛機向左側滾轉時(shí)，則增大左側副翼放下角度使左側升力增大，即使向右滾轉的力矩增大，使飛機重新回到橫側平衡狀態(tài)。
(3)方向平衡。是指作用于飛機兩側的力形成的使飛機向左和向右偏轉的力矩彼此相等，使飛機既不向左偏轉，也不向右偏轉。
影響方向平衡的因素主要有發(fā)動(dòng)機推力和橫向風(fēng)，例如飛機在飛行時(shí)一臺發(fā)動(dòng)機熄火，則飛機必然向該發(fā)動(dòng)機所在一側偏向。又如飛機在飛行時(shí)，遇到一股橫向風(fēng)，則飛機出現偏向。
當由于某種情況使飛機失去方向平衡時(shí)，可以通過(guò)改變方向舵角度，使飛機向相反方向偏轉，即可使飛機恢復方向平衡。例如飛機向右側偏向時(shí)，則使方向舵向左偏一定角度，產(chǎn)生向左偏轉的力矩，使飛機回到原方向來(lái)。
由于飛機有俯仰平衡、橫側平衡和方向平衡，因此當飛機同時(shí)處于這三種平衡狀態(tài)時(shí)，才說(shuō)明飛機處于平衡狀態(tài)。
2.飛機的重心
飛機的各個(gè)部位都具有重力，所有重力的合力為整個(gè)飛機的重力，飛機重力的著(zhù)力點(diǎn)為飛機的重心。飛機的重心是一個(gè)假設的點(diǎn)，假定飛機的全部重量都集中在這個(gè)點(diǎn)上并支撐起飛機，飛機就可以保持平衡。飛機作任何轉動(dòng)都是圍繞飛機的重心進(jìn)行的。飛機重心的位置取決于載量在飛機上的分布，除了在重心位置以外，飛機上任何部位的載重量發(fā)生變化，都會(huì )使飛機的重心位置發(fā)生移動(dòng)，并且重心總是向載重增大的方向移動(dòng)。
限制飛機重心位置的原因有：飛機的安定性和飛機的操縱性。
3..重心位置的表示方法
(1)翼弦在飛機機翼上任何部位的橫截面中，機翼前部稱(chēng)為機翼前緣，機翼后部稱(chēng)為機翼后緣。前緣和后緣之間的直線(xiàn)段稱(chēng)為機翼的翼弦。由于現代飛機機翼的幾何形狀不是簡(jiǎn)單的矩形而常為錐形后掠狀，因此飛機機翼上從翼根至翼尖之間每一處的翼弦的長(cháng)度一般是不相同的。
(2)標準平均翼弦(SMC)。在所有翼弦中，長(cháng)度等于機翼面積與翼展之比的翼弦稱(chēng)為標準平均翼弦，用SMC表示。
(3)平均空氣動(dòng)力弦(MAC)。假想一個(gè)矩形機翼，其面積、空氣動(dòng)力特性和俯仰力矩等都與原機翼相同。該矩形機翼的翼弦與原機翼某處的翼弦長(cháng)度相等，則原機翼的這條翼弦即為平均空氣動(dòng)力弦，用MAC表示。
每種機型的平均空氣動(dòng)力弦和標準平均翼弦的長(cháng)度和所在位置都是固定的，都已在飛機的技術(shù)說(shuō)明書(shū)中寫(xiě)明。因此就可以把飛機的重心投影到平均空氣動(dòng)力弦上(或標準平均翼弦上，但較少用)，然后以重心投影點(diǎn)與平均空氣動(dòng)力弦的前緣之間的距離占平均空氣動(dòng)力弦長(cháng)度的百分之幾來(lái)表示重心的位置。
三、飛機的實(shí)際業(yè)務(wù)載量
飛機實(shí)際業(yè)務(wù)載重量是指飛機上實(shí)際裝載的旅客、行李、郵件和貨物的重量之和。
飛機的大小不同，它的業(yè)務(wù)載量差別很大，小型飛機只有幾百公斤，大型飛機有一百多噸，航空公司在計算實(shí)際業(yè)務(wù)載重量時(shí)，行李、郵件、貨物的重量按照實(shí)際重量計算，旅客的體重重量計算方法，按照民航局對承運人頒布相關(guān)規定計算。采用的方法是大型航空器持有人使用標準旅客平均體重，按照成人、兒童、嬰兒分別計算，這個(gè)重量是依據我國人口普查數據和航空公司抽樣調查得出的，是國際上普遍采用的方法，根據我國人口普查數據和旅客出行方式隨身攜帶物品的變化，航空公司可以對這個(gè)重量進(jìn)行修正。對于小型航空器來(lái)說(shuō)所有重量要求采用實(shí)際重量，中國民航最早規定國內航班每位成人按72公斤計算，兒童按36公斤計算，嬰兒按8公斤計算；國際航班每位成人按75公斤計算，兒童按40公斤計算，嬰兒按10公斤計算。但目前由于各航空公司情況不同，采用標準不盡相同，但不論采用什么重量標準都是經(jīng)過(guò)行業(yè)主管部門(mén)批準的，航空公司不能未經(jīng)批準改變旅客的標準平均體重。
飛機的業(yè)載是動(dòng)態(tài)數據，只有在飛機起飛前半個(gè)小時(shí)左右才能知道飛機的實(shí)際業(yè)載，它的準確性直接影響飛行安全。一般而言，大型航空器持有人不會(huì )因為飛機超載而把準備登機的旅客拉下，現在的飛機設計非常先進(jìn)，大型航空器超載的現象很少，即便是真的超載也不會(huì )拉下旅客，航空公司首先應該把貨物、郵件拉下。
飛機的載重平衡與重量重心的獲取
眾所周知，飛機是靠空氣動(dòng)力學(xué)原理飛上天的。要保證飛機在運行過(guò)程中姿態(tài)的穩定，飛行員能夠從容、靈活的操控飛機，做好飛機的載重平衡工作是重要保障。
1 載重平衡的意義
飛機載重平衡影響飛行員對飛機姿態(tài)的控制，同時(shí)也影響飛機的燃油消耗，因而對飛行安全和經(jīng)濟效益都有直接的影響。舉例來(lái)說(shuō)，如果飛機重心過(guò)于靠后，在飛機起飛離地時(shí)，可能造成飛機尾部擦地，影響飛行安全。如果飛機的重心過(guò)于靠前，在起飛時(shí)，就需要飛行員更大的拉桿角度、更大的推力以保證足夠的升力，也就需要消耗更多的燃油，對經(jīng)濟性造成影響。另外，特定型號的飛機，其所能承載在的重量是一定的，超過(guò)了規定，會(huì )對飛機的結構造成損傷，后果可想而知。對于這些情況，如果提前獲取了飛機重量重心數據，就可以通過(guò)控制貨艙載貨量；調配貨物放置；有針對性安排旅客座次；機組將相關(guān)信息輸入飛行管理計算機，獲得建議的起飛安定面設置等手段進(jìn)行提前修正，降低飛行的盲目性。
2 重量重心的控制方法
與飛機載重平衡控制直接相關(guān)的數據就是飛機的重量和重心。因此，應當有效控制飛機的重量重心并掌握其變化情況。
通常有兩種方法來(lái)實(shí)現控制：一是，在飛機的運營(yíng)過(guò)程中，持續對改變飛機的重量重心的因素進(jìn)行統計，并隨時(shí)修正，確保當前數據真實(shí)有效；二是，對飛機進(jìn)行稱(chēng)重，獲取飛機的重量重心。
新飛機在交付時(shí)，廠(chǎng)家都會(huì )對飛機進(jìn)行稱(chēng)重，獲取飛機的重量重心。在之后的投入運營(yíng)過(guò)程中，飛機的空機重量重心會(huì )隨著(zhù)灰塵積聚、修理改裝、部件更換、構型改變等有所改變。有些改變是可控甚至可忽略的。有些改變是可量化的，例如改裝，往往會(huì )給出其造成的重量重心改變數據。這時(shí)，對原有數據進(jìn)行修正即可。這種情況，只要做好統計，就能監控飛機的重量重心變化。
有些改變是無(wú)法準確統計的，如飛機重新噴漆。另外，長(cháng)期微小改變的累積，也是不可忽略的。這時(shí)就需要通過(guò)稱(chēng)重來(lái)獲取。我國民航局規定的飛機的稱(chēng)重周期為36個(gè)月。飛機稱(chēng)重工作通常由有資質(zhì)的航空公司或委托維修單位執行。
上述兩種方法得到的都是飛機的空機數據。再交由航空公司運行部門(mén)綜合飛機計劃添加的燃油量、載客量、航食、行李、貨物等信息，得出最終的飛機配載結論，從而保障飛機的安全飛行。
3 稱(chēng)重原理
飛機稱(chēng)重工作，依據的是物理學(xué)力矩平衡原理。因飛機處于靜止狀態(tài)，即順時(shí)針轉矩和逆時(shí)針轉矩的合力矩為零。即-W*M+F1*M1 +F2*M2=0或M=(F1*M1+F2*M2)/W，即重心=總力矩/總重量。
4 平均氣動(dòng)力弦與飛機重心
飛機載重平衡，其實(shí)質(zhì)是研究飛機自重與升力之間的`關(guān)系。由于飛機的升力主要來(lái)自于大翼，而大部分民航客機的大翼外形為根梢比大于1的類(lèi)梯形不規則形狀，不便于對飛機升力的數學(xué)分析。為了更準確判定飛機重心與飛機升力在大翼上的作用點(diǎn)之間的縱向位置關(guān)系，需要先了解一個(gè)概念，即飛機的平均氣動(dòng)力弦。與實(shí)際機翼面積相等，氣動(dòng)力矩特性相同的當量矩形機翼弦長(cháng)即為平均氣動(dòng)力弦弦長(cháng)(縮寫(xiě)為MAC)。即平均的大翼弦長(cháng)。是將不規則的大翼假想成翼弦長(cháng)度相等的矩形。通過(guò)控制飛機重心在平均氣動(dòng)力弦上所處的位置，實(shí)現對飛機的載重平衡控制。
重心位置通常有三種表征形式：一是，重心到平均氣動(dòng)力弦前緣的縱向距離與平均氣動(dòng)弦長(cháng)的占比；二是，重心到飛機基準面的縱向距離(即力臂)；三是，基本空重指數，即純粹為了方便使用，而人為通過(guò)常數修正得到的一個(gè)正的數值的重心表達形式。
5 機身站位與平衡力臂的關(guān)系
如上所述，飛機重心的力臂值即為到基準面的縱向距離。這里需要區分兩個(gè)概念：機身站位與平衡力臂。不應將這兩者混淆。機身站位是為了便于對飛機上的部件、結構或區域進(jìn)行定位而建立的基準系統；飛機的力臂是屬于載重平衡范疇的概念，飛機整體、局部或者任一部件均可對應一力臂值。平衡力臂的數值不一定和此處的機身站位值相同。因為屬于不同范疇，機身站位的零基準面和飛機平衡力臂的零基準面也沒(méi)有直接關(guān)系，有時(shí)重合，如空客A320系列飛機；有時(shí)不同，如737系列飛機。
6 常被采用的稱(chēng)重方式
通常的稱(chēng)重方式有平臺式和頂升式兩種，兩種稱(chēng)重方式各有利弊。
平臺式為借助拖車(chē)、拖桿將飛機拖到若干個(gè)稱(chēng)重平臺上，從各平臺上讀取的重量的和即為飛機總重。此方式的好處為飛機未脫離地面，相對比較安全；而其弊端為需要使用拖車(chē)，需要足夠大的場(chǎng)地，需要借助測量工具進(jìn)行輔助數據獲取等，綜合誤差相對大些。
頂升式為傳感器型頂升稱(chēng)重儀與千斤頂配合使用，將飛機頂起獲取重量重心的一種方法。好處為所需工作場(chǎng)所較小，設備精度較高，人為誤差較��；弊端為存在千斤頂頂頭脫出，損傷飛機的風(fēng)險。應謹慎操作。
7 稱(chēng)重時(shí)的注意事項
飛機生產(chǎn)廠(chǎng)家通常都提供了推薦的稱(chēng)重方法、工作步驟和要求。在具體的實(shí)施過(guò)程中，需要注意如下方面，以提高稱(chēng)重結果的準確性：
1)注意排放燃油時(shí)飛機的姿態(tài)設置。飛機稱(chēng)重所獲取的結果為飛機的空重。所謂的空重，為飛機無(wú)燃油、無(wú)負載狀態(tài)下的重量。所謂“無(wú)燃油”，確切的說(shuō)，是僅包含不可用燃油。稱(chēng)重前，通過(guò)第一步抽油和第二步用重力放沉淀方式從油箱底部的排放口排空油箱內的燃油。但事實(shí)上此時(shí)油箱內還殘留有不可排放的燃油。飛機調整的姿態(tài)不同，油箱內殘留的燃油量就會(huì )不同，動(dòng)輒有幾十公斤的差距，對稱(chēng)重結果影響很大。所以，一定要按照廠(chǎng)家要求，將飛機調整到規定的姿態(tài)后，完成燃油排放，才能獲得更加準確的數據。
2)機載物品要規定清楚。稱(chēng)重時(shí)，要明確知曉飛機的整體狀態(tài)，包括飛機自身的狀態(tài)和機上物品配備情況。
飛機自身狀態(tài)包括燃油情況、各項勤務(wù)(液壓油、滑油、水、氣等)完成情況、各舵面位置、座椅情況等。這些通常都和飛機生產(chǎn)廠(chǎng)家規定保持一致。
而機上物品配備，如機載資料、應急物品、松散物品、航食、行李等，則由于不同國家的規定不同、航空公司控制方式不同、飛機的用途不同等原因，配備形式不盡相同。因此，機上物品配備通常由航空公司自行規定。舉例來(lái)說(shuō)，航空公司可能對跨海飛行的飛機標配了救生筏，就可以規定，這些飛機在稱(chēng)重時(shí)，救生筏在位。對于公務(wù)機來(lái)說(shuō)，某些物品可能是自行配備并長(cháng)期放置在飛機上的非消耗品，則完全可以規定其作為飛機空重的一部分。
某項機載物品是否計入飛機空重，航空公司應加以明確。建議航空公司給機隊的每架飛機或者同類(lèi)別飛機制作適用于該(類(lèi))飛機的機載物品的名目、數量及安裝位置，附在稱(chēng)重工卡后面。這樣方便了稱(chēng)重工作時(shí)物品的清點(diǎn)，也使稱(chēng)重結論更加明確。同時(shí)，也便于在統一的標準下，掌握飛機的重量變化規律。
3)獲取準確數據。飛機的整個(gè)稱(chēng)重過(guò)程中，會(huì )涉及到數值、長(cháng)度、位置的讀取，應盡量讀取穩定讀數，使用精度高、分度值小的儀器，減小人為誤差。
4)重量重心數據需要進(jìn)行公式計算，稱(chēng)重報告通常使用EXCEL等軟件制作，實(shí)現自動(dòng)計算功能。在加強審核的前提下，可以使報告的生成更加準確、便捷。
飛機是有一定的允許的重量重心變化范圍的，運行部門(mén)實(shí)施配載也是有一定裕度的。但這絲毫不影響獲取準確重量重心數據的重要性。只有獲取了準確的第一手數據，才能為后續的飛機的載重平衡控制提供支持，為飛機的安全飛行提供保證。
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