飞行理论图解 · 飞行性能与配载

配载与重心图解

重量级联 · 力臂力矩 · 重心包线

装多少、装在哪,一门平衡学问
重心一超限,好飞机也变难飞

力矩 = 重量 × 力臂 · 新重心 = (原力矩 ± Δ力矩) ÷ (原重量 ± Δ重量)

配载把重量与重心一起管:先按级联算出各类重量,再用力臂和力矩把重心算出来,最后拿重心包线图判别是否超限。

01 重量级联:由下往上装

标准空机 → 着陆重量

重量级联 · 由下往上 最大重量限制 · 四件 标准空机重量 结构·动力装置·固定设备 + 不可用燃油 + 满滑油 + 满液压油 基本空机重量 = 标准空机重量 + 选装设备重量 零燃油重量 = 基本空机重量 + 机组 + 商载 商载 = 旅客 + 行李 + 货物 停机坪重量 = 零燃油重量 + 加注燃油 开车时的重量 起飞重量 = 零燃油重量 + 起飞时燃油 开始起飞滑跑时的重量 着陆重量 = 零燃油重量 + 着陆时燃油 着陆时的重量 +选装设备重量 +机组 +商载 +加注燃油 +起飞时燃油 +着陆时燃油 最大起飞重量 结构和性能限制下允许的起飞重量 (结构限制 + 性能限制) 最大停机坪重量 机坪强度限制下允许的重量 最大着陆重量 主要考虑起落架结构强度 最大零燃油重量 主要考虑机翼和机身结合部结构强度 四件限制须同时满足,实际重量不得超过任何一项 地板承载(与货物长宽高、摆放方式有关) 纵向载荷 = 机身纵向单位长度地板能承载的最大重量 · 磅/英尺 面积载荷 = 单位面积地板能承受的最大重量 · 磅/平方英尺
标准空机
结构、动力装置、固定设备 + 不可用燃油 + 满滑油 + 满液压油
基本空机
标准空机重量 + 选装设备重量
零燃油
基本空机重量 + 机组 + 商载;商载 = 旅客 + 行李 + 货物
停机坪
零燃油重量 + 加注燃油,是开车时的重量
起飞
零燃油重量 + 起飞时燃油,是开始起飞滑跑时的重量
着陆
零燃油重量 + 着陆时燃油,是着陆时的重量
最大起飞
结构和性能限制下允许的起飞重量
最大停机坪
机坪强度限制下允许的重量
最大着陆
主要考虑起落架结构强度
最大零燃油
主要考虑机翼和机身结合部结构强度
纵向载荷
机身纵向单位长度地板能承载的最大重量,磅/英尺
面积载荷
单位面积地板能承受的最大重量,磅/平方英尺

注 · 级联链条按考纲绘制:停机坪、起飞、着陆重量都以零燃油重量为基础加对应时刻的燃油。另:飞行中载荷会变,放行李处通常限重;地板承载能力还与货物长宽高、摆放方式有关。

02 力臂与力矩

基准 · 力臂 · 力矩 · MAC

基准 · 假想的垂直平面 计量重心位置的参考面,与重心位置无关;可选机头或主轮,典型在机头、特定翼型前缘或发动机防火墙 基准(此处设在发动机防火墙) MAC(平均空气动力弦) CG 重力 W · 重心 = 飞机重力的着力点 力臂 L = 部件重心到基准的水平距离 正 (+) 基准之后 → 正 发动机 负 (−) 基准之前 → 负 力矩与指数 力矩 M = 重量 W × 力臂 L 指数 = 缩小倍数的力矩,如 M/100(力矩数字大,缩小书写) MAC 与重心的两种表达 MAC 平均空气动力弦 = 假想矩形机翼的翼弦(面积、气动力、俯仰特性同原机翼) 重心位置:力臂 L(到基准距离)⇄ %MAC(在 MAC 上投影的百分比),可互相换算
基准
计量重心位置的参考面,与重心位置无关;假想的垂直平面,典型在机头、特定翼型前缘或发动机防火墙
力臂
部件重心到基准的水平距离;基准之后为正(+),之前为负(−)
力矩
重量 × 力臂
指数
缩小倍数的力矩,如 M/100
重心
飞机重力的着力点
MAC
平均空气动力弦 = 假想矩形机翼的翼弦,面积、气动力和俯仰特性与原机翼相同
重心表达
可用力臂表示,也可用在 MAC 上投影的百分比表示,两种表达方式可互相换算
部件重心位置
部件重心位置和重心极限用“到基准的距离”表示

注 · 记住方向约定就记住了公式:力臂从基准量起,朝机尾为正、朝机头为负;同一架飞机换个基准,所有力臂都会平移,但重心位置本身不变

03 重心计算:合力矩定重心

W = WE + WP + WF + WC

装载平衡图 · 合力矩定理定重心 矩心 O WE 空机 LE WP 飞行员 LP WF 燃油 LF WC 货物 LC 四部分 · 总重与总力矩 总重 W = WE + WP + WF + WC 总力矩 = WE×LE + WP×LP + WF×LF + WC×LC (对矩心 O 取矩 · 抬头为正) 重心到 O 的距离 X = 合力矩 ÷ 总重量 合力矩定理 合力对某点的力矩 = 各分力对同点力矩之和 先分别算 重量 × 力臂,再全部加起来 WE 空机 · WP 飞行员 · WF 燃油 · WC 货物
合力矩定理
合力对某点的力矩 = 各分力对同点力矩之和
总重
W = WE + WP + WF + WC(WE 空机 / WP 飞行员 / WF 燃油 / WC 货物)
总力矩
对矩心 O = WE×LE + WP×LP + WF×LF + WC×LC(抬头为正)
重心位置
重心到 O 的距离 X = 合力矩 ÷ 总重量
重量 W (lb)力臂 L (in)力矩 M (lb·in)
WE 空机10004040000
WP 飞行员20010020000
WF 燃油10020020000
WC 货物20020040000
合计1500120000

注 · 上表是自设的示意算例(示意数字,仅演示算法):X = 120000 ÷ 1500 = 80 in。实际计算按该机型载重平衡单取数。

04 重量移动与增减

移动 · 增减 · 燃油消耗

① 重量移动 总重量不变 · 总力矩变化 · 重心随之变化 CG 货物 W 原位置 移前 移动的力臂改变量 Δd 货物前移 → 重心前移(ΔCG) 移动的重量 ÷ 飞机总重量 = 重心改变量 ÷ 移动的力臂改变量 (总重不变,只有力矩变化) ② 重量增减 总重量变化 · 总力矩变化 CG 加重 W 在重心前加重 → 重心前移 加重 W 在重心后加重 → 重心后移 减重相反(前减 → 重心后移) 新重心 = (原总力矩 ± 变化的力矩) ÷ (原重量 ± 变化的重量) (加重取 +,减重取 −)
重量移动
总重量不变,但总力矩变化,重心随之变化
移动公式
移动的重量 ÷ 飞机总重量 = 重心改变量 ÷ 移动的力臂改变量
重量增减
装载或人员调整会改变重心,燃油消耗也有影响
增减公式
新重心 = (原总力矩 ± 变化的力矩) ÷ (原重量 ± 变化的重量)
移动规律
重量前移重心前移,重量后移重心后移
加重减重
在重心前加重重心前移,在重心后加重重心后移;减重相反
燃油消耗
影响取决于油箱平均重心与飞机重心的位置关系;通常油箱重心在飞机重心之前,飞行中燃油消耗相当于重心前减重,重心前移

注 · 记方向口诀:加重跟着“位置”走(前加→前移、后加→后移),减重反过来;移动货物也是往哪移、重心往哪移。燃油要看油箱平均重心与飞机重心的位置关系。

05 重心限制与超限

前限后限 · 压舱物 · 重量和平衡报告

重心限制 = 重心可前后移动的极限边界(分前限、后限) 作业时重心必须落在范围内 前限 后限 重心 超限区 安全区 超限区 超载与超限的影响 降低飞机的机动性 操纵变迟钝,安全裕度下降 遇到颠簸、风切变产生的载荷变化 可能损坏结构 压舱物 = 为改变重心而携带的物体 临时压舱物 按需临时加装 永久压舱物 永久固定加装 两类:临时 / 永久 重量和平衡记录 重量和平衡报告:使用飞机前的原始数据 永久性设备安装或维修都要记进去 设备清单和目录:设备种类、型号、厂商、安装日期等 称重:飞机出厂时用磅称重,维修后要重新称重
重心限制
重心可前后移动的极限边界,分前限和后限,作业时重心必须落在范围内
超载与超限
降低飞机的机动性
载荷变化
遇到颠簸、风切变产生的载荷变化可能损坏结构
压舱物
为改变重心而携带的物体,分临时和永久两类
重量和平衡报告
使用飞机前的原始数据,永久性设备安装或维修都要记进去
设备清单和目录
列出设备种类、型号、厂商、安装日期等
称重
飞机出厂时用称重,维修后要重新称重

注 · 重心限制检查的落点:作业时重心必须落在前限与后限之间。超限不一定立刻坠机,但机动性下降 + 颠簸/风切变的载荷变化可能损坏结构,两条风险要一起记。

06 查表与包线图

计算法 · 图表法 · 包线判别

算重量和重心 · 两种方法 ① 计算法 把飞行员、乘客、油量、行李等各项 填入载重平衡单,再算重心 载重平衡单 → 各项 重量×力臂=力矩 → 合计力矩 ÷ 总重量 = 重心 ② 图表法 制造商提供图表,简化力矩计算 在图表上连线、查交点即可得重心 查飞行手册 燃油、乘客、行李 都不要超过各自最大限制 先看各舱最大限制,再配载 重量重心包线图 · 示意(不标注具体数值) 重量 重心位置 % 算出的重量与重心 内 = 安全区 外 = 超限区 算出重量和重心后,用它判别是否超限
计算法
把飞行员、乘客、油量、行李等各项填入载重平衡单再算重心
图表法
制造商提供图表,简化力矩计算
查飞行手册
燃油、乘客、行李都不要超过各自最大限制
包线图
纵轴重量、横轴重心位置%;内=安全区、外=超限区;算出重量和重心后,用它判别是否超限

注 · 本页包线为示意形状,不标注具体数值;具体机型的包线边界、最大重量以该机型飞行手册为准。