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第七章 第六节 飞机重心的计算.doc

第七章 第六节 飞机重心的计算

余 杰
2010-03-08 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《第七章 第六节 飞机重心的计算doc》,可适用于市场营销领域

第六节飞机重心的计算一、飞机的重心和重心位置的表示、飞机重心确保飞行安全的要求和条件是多方面的重要的一点就是要保证飞机平衡。飞机的重心必须在安全的范围内保证飞机飞行具有良好的操作性和稳定性。飞机重心具有以下特性:()飞行中重心位置不随姿态改变。()飞机在空中的一切运动无论怎样错综复杂总可以分解为:飞机各部分随飞机重心一道的移动和飞机各部分转绕着飞机重心的转动。本节将着重介绍飞机的重心、重心计算的方法以及飞机的平衡稳定性和操纵性。重力是地球对物体的吸引力飞机的各部件(机身、机翼、尾翼、发动机等)、燃油、货物、乘客等都要受到重力的作用飞机各部分重力的合力叫做飞机的重力用G表示。重力的着力点叫做飞机的重心。重心所处的位置叫做重心位置。飞机在空中的转动是绕飞机的重心进行的。因此确定飞机重心位置是十分重要的。飞机重心的前后位置常用重心到某特定翼弦上投影点到该翼弦前缘点的距离占该翼弦的百分比来表示。这一特定翼弦就是平均空气动力弦(MAC)。             所谓平均空气动力弦是一个假想的矩形机翼的翼弦。该矩形机翼和给定的任意平面形状的机翼面积、空气动力以及俯仰力矩相同。在这个条件下假想矩形机翼的弦长就是给定机翼的平均空气动力弦长。机翼的平均空气动力弦的位置和长度均可以从飞机技术手册上查到。有了平均空气动力弦作为基准就可以计算飞机重心相对位置。            飞机重心位置与装载情况有关而与飞机飞行状态无关。当载重及其分布情况改变飞机重心位置就要发生移动。如果飞机前总载重增加重心位置前移载重减少重心位置后移。在飞行中收放起落架、燃油的消耗等都使飞机重心位置发生变化。有了平均空气动力弦作为基准就可以计算飞机重心相对位置。设重心的投影点到前缘点的距离为XT平均空气动力弦长为bA则重心相对位置可用下表示:  、飞机的机体轴通过飞机重心的三条互相垂直的、以机体为基准的坐标轴叫机体轴。飞机在空中的运动可分解为飞机各部分随重心一起的移动和各部分绕重心的转动。它可分为:()纵轴:沿机身轴线通过飞机重心的轴线叫飞机的纵轴。飞机绕纵轴的转动叫飞机的横向滚转。操纵副翼可使飞机产生横滚(滚转)运动。()横轴:沿机翼屁向通过飞机重心并垂直纵轴的轴线叫飞机的横轴。飞机绕横轴的转动叫俯仰转动。操纵升降舵可使飞机产生俯仰运动。()立轴:通过飞机重心并垂直于纵轴和横轴的轴线箭头方向向上叫飞机的立铀。飞机绕立轴的转动叫方向偏转。因此立轴又称为偏航轴。操纵方向舵可使飞机产生偏航运动。 、操纵飞机绕三轴运动驾驶员通过操纵手、脚操纵机构可操纵飞机绕三个转动轴的运动。手操纵机构用于操纵副翼和升降舵转动驾驶盘可操纵副翼前推或后拉驾驶盘可操纵升降舵的偏转。当向左转驾驶盘时左侧副翼向上偏转同时右侧副翼向下偏转从而导致左侧机翼的升力减小而右侧机翼的升力增大这样就产生了使飞机向左滚转的力矩飞机则向左侧滚转。当向右转驾驶盘时右侧副翼向上偏转同时左侧副翼向下偏转导致右侧机翼的升力减小而左侧机翼的升力增大使飞机绕纵轴向右滚转。当前推驾驶盘时位于水平安定面上的升降舵向下偏转使飞机水平尾翼的升力增大使飞机绕横轴产生下俯(低头)当后拉驾驶盘时升降舵向上偏转飞机水平尾翼的升力减小使飞机机头上仰(抬头)。方向舵用于操纵飞机绕立轴的转动。当方向舵脚蹬在中立位置时即左右脚蹬平齐时方向舵也处于中立位置。当向前蹬左脚蹬右脚蹬向后运动时方向舵向左偏转作用于垂直尾翼上的空气动力使飞机机头向左偏转。当向前蹬右脚蹬时方向舵向右偏转从而使机头向右偏转。、水平安定面现代大中型飞机由于纵向尺寸大重心纵向位移量大如果重心偏前或偏后需要的纵向操纵量很大单靠升降舵不能完全实现纵向操纵性因此大多数飞机的水平安定面的安装角是可调节的。飞机在起飞之前应根据飞机的载重和平衡的情况进行水平安定面的配平。水平安定面在起飞之前必须调节到起飞位以保证飞机在起飞过程中的纵向操纵。水平安定面起飞前调定的角度就是配平格。                     二、飞机的平衡、飞机平衡平衡的问题在日常生活中会经常遇到比如用秤称东西秤钩上的重量改变了要相应地移动秤砣以求得平衡。飞机在空中飞行也要求保持平衡。飞机的平衡是指作用于飞机上的各力之和为零各力对飞机重心所构成的各力矩的代数和也为零。飞机处于平衡状态时飞行速度的大小和方向都保持不变也不绕飞机重心转动。反之飞机处于不平衡状态时飞行的速度的大小和方向都将发生变化并绕飞机重心转动。飞机平衡包括以下两种平衡。)作用力平衡包括升力和重力平衡、拉力和阻力平衡。若飞机的升力、重力不平衡则飞机的高度会发生变化若飞机的拉力、阻力不平衡则飞机的飞行速度会发生变化。)力矩平衡是指作用于飞机的各力矩之和为零。它包括以下三个平衡:①俯仰平衡:指作用于飞机各俯仰力矩之和为零。飞机获得俯仰平衡后迎角不改变不绕横轴转动。飞机飞行时水平尾翼也产生一定的升力并且这个升力的大小和方向可利用升降舵的偏转来改变。只要使尾翼上产生的升力对飞机重心的力矩和机翼升力、发动机推力等对飞机重心的力矩大小相等、方向相反就可以保持飞机的俯仰平衡。②方向平衡:指作用于飞机的左偏转力矩和右偏转力矩彼此相等飞机不绕立轴转动。飞机的偏转力矩主要有:机翼的阻力力矩、发动机产生的拉力力矩、垂直尾翼和方向舵产生的力矩。③横侧平衡:指作用于飞机的左滚力矩和右滚力矩彼此相等飞机不绕纵轴滚转。飞机的滚转力矩主要有:左、右机翼的升力对重心形成的力矩。、飞机俯仰平衡                飞机的俯仰平衡是指飞机做等速直线运动并且不绕横轴转动的飞行状态。保持飞机俯仰平衡的条件是作用于飞机的各俯仰力矩的代数和为零飞机取得俯仰平衡后不绕横轴转动迎角保持不变。影响飞机俯仰平衡的主要因素是机翼和水平尾翼升力产生的俯仰力矩。机翼的力矩主要是机翼升力对飞机重心构成的俯仰力矩。水平尾翼力矩是水平尾翼的升力对飞机重心所构成的力矩。飞机重心位置的变化对其俯仰平衡具有较大的影响。由于大中型飞机的储油量较多在飞机飞行过程中随着燃油的消耗会使飞机重心的位置发生变化。另外地面运输人员对飞机进行的各项装载也会影响飞机的重心位置。飞机重心的位置是有严格限制的如果按照飞机的技术规范进行装载就不会使飞机的重心超过其允许的重心范围。如果对飞机载重安排的重心不符合规定要求就会影响飞机的俯仰平衡同时还会影响飞机的稳定性和操纵性。如果飞机的重心过于靠前则会使飞机的低头力矩过大若飞机的重心过于靠后会使飞机的抬头力矩过大。、保持飞机俯仰平衡的方法驾驶员可通过控制升降舵的偏转角度保持飞机的俯仰平衡。驾驶员操纵驾驶盘当前推驾驶盘时升降舵向下偏转使水平尾翼的升力增大从而增大飞机低头力矩。当后拉驾驶盘时升降舵向上偏转使水平尾翼的升力减小可使飞机抬头力矩增大。现代大型飞机由于纵向尺寸大重心纵向位移量较大单靠升降舵不能保证在各种飞行状态下的纵向平衡因此现代大中型飞机的水平安定的安装角大多是可调节的。需要长时间或大角度操纵升降舵时可以改变水平安定面的安装角实现纵向配平。、飞机的横向平衡及方向平衡飞机的横向平衡是指作用于飞机的各滚转力矩之和为零飞机取得横向平衡后不绕纵轴滚转。影响飞机滚转平衡的主要因素是两侧机翼的升力对飞机纵轴形成的力矩。驾驶员可通过操纵驾驶盘从而操纵副翼的偏转角来保持飞机的横向平衡。重心位置左右移动会影响飞机的横向平衡。重心位置右移右翼升力至重心的距离缩短使飞机向左滚转的力矩减小左翼升力至重心的距离加长使飞机向右滚的力矩增大这将迫使飞机向右滚转。如果左右翼油箱的燃油消耗不平衡即左右翼油箱的燃油量相差较大会导致飞机重心左右移动从而破坏飞机的横向平衡。飞机的方向平衡是指作用于飞机各偏航力矩之和为零飞机取得方向平衡后不绕立轴转动。影响飞机方向平衡的主要因素是垂直尾翼上的气动力。驾驶员可通过操纵方向舵脚蹬控制方向舵的偏转角来保持飞机的方向平衡。飞机左右配载不平衡对横向平衡也有一些影响大型货机通常需要对左右配载总量进行检查务必在规定的安全范围内。三、飞机的稳定性、稳定性在飞机中飞机会经常受到各种各样的扰动如气流的波动发动机工作的不均衡驾驶员偶然触动杆舵等这些扰动会使飞机偏离原来的平衡状态。在偏离后飞机能否自动恢复原状这就是有关飞机的稳定或不稳定的问题。因此飞机的稳定性就是在飞行中当飞机受微小扰动(如气流波动)而偏离原来状态并在扰动消失以后不经飞行员操纵飞机能自动恢复原来平衡状态的特性。                    要说明如何使飞机在空中稳定地飞行先来看一下物体比如说圆球的稳定情况。一个物体的稳定和它是否平衡有关。例如一个圆球首先应能平衡然后才有稳定。当圆球处于平衡状态时对它稍加一点力使它离开原来的状态外力一取消它立刻就恢复到原来的状态。这种情况叫“稳定平衡”。如果加外力后它就离开了原位外力取消后并不能恢复到原来状态这就叫“不稳定平衡”。如果施加外力后小球偏离原来的状态当外力消失时小球在一个新的位置处于平衡状态此情况称为随遇平衡或中和稳定。飞机的情况也是一样也有稳定、不稳定和中和稳定三种情况。如果飞机在空中做水平直线等速飞行这时升力等于重力拉力等于阻力各个力量互相抵消同时各个力矩也互相抵消那么这架飞机处于平衡状态正在平衡地飞行。倘若飞机受到一个小的外力短瞬的干扰(例如突然吹来一阵风)破坏了它的平衡在外力取消后驾驶员不加操纵飞机靠自身某个构件产生的力矩就能恢复到原来的飞行状态这架飞机就是稳定的。否则就是不稳定的。如果始终保持一定的偏离或则转入另一种平衡飞行状态那么这架飞机就是中和稳定的。飞机在平衡状态下具有自动恢复平衡状态的能力这就是飞机的稳定性。飞机与圆球的运动有一点不同即飞机是在空间飞行而圆球是在平面上滚动的因此飞机是否稳定须按三个互相垂直的轴来考虑。这三根轴都是通过飞机的重心。飞机重心就是飞机重力的作用点。从机头贯穿机身到机尾的轴叫纵轴其方向指向前。从左翼通过飞机到右翼并与纵轴垂直的轴叫横轴这两根轴同处水平面内。通过重心并和这两根轴垂直的轴叫立轴。飞机绕这三根轴线有纵向、方向和侧向稳定。同时也有三种运动绕横轴的运动叫俯仰运动绕立轴的叫偏航运动绕纵轴的运动叫滚转运动。、飞机纵向稳定性(俯仰稳定性、仰角稳定性)指飞机受微小扰动迎角发生变化自动恢复原来迎角的特性。飞机是通过水平尾翼产生的附加升力对机场重心形成机头下俯或上仰的安定力矩来获得迎角稳定性的。此外飞机的重心位置对迎角安定性有较大影响所以飞机的配载是很重要的。影响飞机纵向稳定的一个重要因素是飞机迎角的变化。当飞机做平衡飞行时若有一个小的外力干扰使它的迎角变大或变小飞机抬头或低头绕横轴上下摇摆。外力消除后驾驶员不操纵飞机而靠飞机本身的构造产生一个力矩使它恢复到原来的平衡飞行状态则这架飞机是纵向稳定的。如果飞机不能靠自身的机构恢复原来的状态的就叫纵向不稳定。如果它既不恢复也不远离总是上下摇摆就叫纵向中和稳定。           影响飞机纵向稳定的因素很多差不多飞机上每一个大部件(如机身、机翼等)都对稳定产生一定的影响。但影响最大、起决定作用的因素是水平尾翼和飞机重心位置。飞机重心的位置对飞机的纵向稳定性具有影响。若飞机重心后移会导致稳定力矩(如图中机翼和水平尾翼的迎角增大产生附加升力而形成的相对于飞机重心的力矩)减小使其纵向稳定性变差严重时甚至会失去纵向稳定性。为了保证飞机具有足够的纵向稳定性重心向后移动不允许超过极限位置此极限位置称为重心后极限。若飞机重心前移则稳定力矩增大纵向稳定性增强。但是稳定性过强会使操纵性变差为了保证飞机具有一定的操纵性飞机的重心位置不能无限前移允许重心移动的最前极限位置称为飞机重心前极限。综上所述重心位置的变化与飞机纵向稳定性强弱有直接关系因此对载重平衡人员来讲必须认真负责地做好重心位置的计算和载重平衡表的填制以保证飞机具有纵向稳定性。、飞机方向稳定性:飞机绕立轴的稳定运动叫方向稳定(又叫航向稳定)飞机方向稳定表现为偏航角的变化偏航角是飞机纵轴同飞行方向之间所夹的角度。因此飞机方向稳定性是指飞机受到扰动使方向平衡遭到破坏扰动消失后飞机又趋向于恢复原来的方向平衡状态。飞机的方向稳定定力矩是在侧滑中产生的。飞机的侧滑是指飞机的运动方向同收音机的对称面不平衡相对气流是侧前方(左、右侧)流向飞机的飞行状态。飞机主要依靠垂直尾翼的作用、产生一个对飞机重心的安定力矩使机头左、右偏转来消除飞机侧滑的。飞机稳定飞行时偏航角等于零如飞机受到一个小的外力干扰破坏了它的平衡产生了偏航角当外力取消后飞机不需驾驶员操纵靠其本身的构造就能消除偏航角自动的恢复到原来的飞行状态这架飞机就是方向稳定的否则就是方向不稳定的。对飞机方向稳定影响最大的是垂直尾翼。起初飞机做稳定飞行不存在偏航角处于平衡状态。倘若一阵风突然吹来使机头向右偏便产生偏航角阵风消失后飞机仍保持原来的方向向前冲一段距离。这时相对风吹到垂直尾翼上产生了一个向右的附加力。这个附加力对飞机重心产生了一个向左的稳定力矩使机头向左偏经过一阵短时间的摇摆消除了偏航角终于恢复到原有的飞行状态。           、飞机侧向稳定性侧向稳定性飞机绕纵轴的稳定运动叫侧向稳定性。假定飞机在稳定状态下飞行如果有一个小的外力干扰使机翼一边高一边低绕纵轴发生倾斜。当外力消失后而不需要驾驶员的操纵飞机靠本身的构造产生了一个恢复力矩自动恢复到原来的飞行状态这架飞机就是侧向稳定的否则就是侧向不稳定的。因此飞机侧向稳定性是指在飞行中飞机受到扰动以致横侧平衡状态遭到破坏而在扰动消失后收音机又趋向于恢复原来的横侧平衡状态。飞机的横侧安定性主要靠机翼上的反角、后掠角和垂直尾翼的作用产生的。飞机的方向稳定性和横侧稳定性之间有着密切的关系不能一个安定性很大一个却很小。例如横侧稳定性过强会使飞机产生飘摆。飞机的重心对侧向稳定性也有一定的影响一些大型宽体机要求修正飞机的侧向重心。如:B客货混装机、全货机、MD货机等。保证飞机侧向稳定的因素主要有机翼的上反角和后掠角。         四、飞机的操纵性飞机的操纵性是飞机跟随驾驶员操纵驾驶杆、脚蹬动作而改变其飞行状态的特征。飞机必须具有可操纵性能改变原来的平衡状态实现起飞、降落、转弯等飞行状态的变化。飞机在空中的操纵是通过三个操纵面:升降舵、方向舵和副翼来进行的。转动这三个操纵面在气流的作用下就会对飞机产生操纵力矩使之绕横轴、立轴和纵轴转动以改变飞行姿态。操纵飞机的方向舵使飞机改变其迎角的能力称为飞机的俯仰操纵性。飞机的方向操纵性就是在驾驶员操纵方向舵操纵方向之后飞机绕立轴偏转而改变飞行状态参数的特性。飞机的横向操纵性就是在驾驶员操纵副翼后飞机绕纵轴滚转而改变其滚转角的特性。俯仰操纵或纵向操纵是通过升降舵进行的。驾驶员前推驾驶杆升降舵向下偏转水平尾翼迎角加大升力增大飞机尾部上升产生一个低头力矩使飞机低头。如果驾驶员后拉驾驶杆升降舵向上偏转水平尾翼迎角减小升力减小飞机尾部向下产生抬头力矩飞机就向上飞行驾驶杆拉或推的角度越大升降舵偏转的角度就越大产生的俯仰力矩就越大。飞机重心位置的前后移动会影响飞机的纵向操纵性能。飞机重心前移升力所形成的附加下俯力矩增大使飞机有低头(下俯)的趋势为平衡此力矩驾驶员要后拉驾驶杆使升降舵向上偏转以产生一个上仰操纵力矩飞机重心后移升力所形成的下俯力矩减小飞机有抬头(上仰)趋势为平衡此力矩驾驶员要前推驾驶杆使升降舵向下偏转以产生一个下俯操纵力矩。因此重心前移增大同样迎角所需要的升降舵上偏角增大重心前移越多上偏角越大但升降舵上偏角是有一定限定的重心前移过多就可能出现即使驾驶杆拉到底飞机也不能增加到所需要的迎角因此重心位置应有个前限称为重心前极限。飞机重心位置靠前迎角变化时稳定力矩大使飞机不容易改变迎角即重心靠前的飞机对俯仰操纵的反映比较迟钝。飞机重心位置靠后迎角变化时稳定力矩较小使飞机容易改变迎角即重心靠后的飞机对俯仰操纵的反映比较灵敏。由此可见俯仰稳定性强的飞机俯仰操纵时比较迟钝俯仰稳定性弱的飞机俯仰操纵时比较灵敏。方向操纵由改变方向舵的偏转角度实现当飞机直线飞行时方向舵在中立位置和机身纵轴重合如果要向右转弯驾驶员踩右脚蹬方向舵向右转相对风吹向方向舵就使方向舵产生一个向左的力对重心形成右转的力矩飞机绕立轴向右转。如果要使飞机左转则要踩左脚蹬方向舵左转产生左转力矩。横侧操纵是指飞机绕纵轴的横向滚转。它是由操纵副翼实现的副翼在左右两翼外端后缘各一块(或两块)它们的运动被设计成相反的即左侧副翼上偏时右侧副翼一定下偏。如果要使飞机向左侧倾斜驾驶员向左转动驾驶盘这是左侧副翼上偏右侧副翼下偏。下偏一侧机翼的迎角增大升力增大从而使右侧机翼的升力增大左侧机翼的升力减小形成向左侧滚转的力矩飞机向左侧滚转。当驾驶员向右转驾驶盘时飞机则向右滚转。一架飞机在稳定飞行时倘若驾驶员用不大的力施加在驾驶盘或脚蹬上改变一个操纵舵面的偏转角度飞机很快做出反应改变了飞行状态那么这架飞机的操纵性能是好的倘若反应很慢则就是操纵不灵敏。操纵性好的飞机稳定性必然下降因此飞机的操纵性和稳定性要达到合理的平衡。为保证飞机有良好的操纵反应使飞机的操纵性和稳定性达到合理的平衡要求稳定性不要过强或过弱必须限制重心的前限或后限。配载平衡后的飞机重心在前后极限的范围内是安全的。三、随机业务文件及其交接每一个航班的载重平衡表填制好以后平衡室工作人员应将载重表以及有关业务文件送交乘务长并签字交接。、随机业务文件的构成、编制及要求)随机业务文件的构成国内航班的业务文件主要包括:送交目的站的载重表和平衡图、货运单、货邮舱单以及快递邮件分路单等。国际航班业务文件主要包括:送交目的站的载重表和平衡图、货运单、货邮舱单以及AVT和AVTS路单收发航空邮件总包路单等。)随机业务文件的编制货邮舱单由配载商务编制。载重平衡图由值机商务人员编制。旅客舱单由值机商务根据办理实际值机的旅客进行编制。在使用中国民航离港系统中每次航班结束后由该航班的值机人员将离港系统中保存的旅客名单打印一份交平衡室保存使用手工办理值机时由该航班值机人员根据旅客乘机联抄录一份旅客名单交平衡室保存。总申报单由平衡人员根据公司运控中心通知的名单来编制。)随机业务文件的编制要求填制舱单要认真仔细要求正确、完整、清楚、计算必须准确切实防止错误和遗漏。填好后要自行复核相互复核。涂改的地方要清楚易认如涂改过多应重新填写。打印旅客名单时要求完整、清晰、不漏一页。抄录旅客名单时要求字迹工整、清晰抄录后仔细核对保证不遗漏一名旅客和一件托运行李。载重平衡图一式三份平衡商务人员绘制后由复核人员复核、签字。、随机业务文件的交接)平衡人员在接受配载人员交接的装机通知单和货邮舱单时需要检查装机通知单上重量、件数是否与货邮舱单相符。平衡人员将经复核人员复核签字的载重平衡图表交机长请机长核对平衡图表准确无误后签字。一式三份平衡图表一份交与机长留存一份与携带的业务文件按规定进行分理后装入随机业务袋后交机组一份留客运处平衡室备查。)飞机上如载有重要旅客、患病旅客、紧急货件或有其他需要空勤组照料的事项应向空勤组说明。)在办完与空勤组的交接手续后遇有特殊情况如临时增减旅客加装特急货件等来不及修改随机文件应将变动情况及时告知空勤组通知调度室更正载重量并在留存的业务文件上作相应的修正还应将变动情况用电报及时通知有关前方站。、随机业务文件的保存装机通知单和载重平衡表保存三个月旅客名单保存三天。图飞机重心��图平均空气动力弦��图飞机重心相对位置��图飞机的三个转动轴��图水平安定面的配平��图取得俯仰平衡时飞机上各力的作用情况��图圆球的三种平衡状态��图飞机的纵向稳定性��图飞机的方向稳定性��图飞机的侧向稳定性��

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