《飞机构造基础》课件-第二章 重量与平衡

1.重量与平衡的重要性重量与平衡的目的一重量与平衡问题二飞机是一部动力机械，它要求在保证安全和有效的飞行中受到的所有的力都严格平衡。一、重量与平衡的目的一、重量与平衡的目的主要目的为了安全，其次是为了在飞行中达到最高效率。不恰当的装载会降低飞机的效率。可能使飞行不能进行，也可能发生机毁人亡和毁坏贵重设备的严重后果。所有民用飞机的空重和相应的重心必须在发给型号合格证时测定。制造厂可以对飞机称重或者计算出重量与平衡的报告。允许制造厂在十架飞机中抽出一架来称重，然后根据实测数据的平均值来颁发另外九架飞机的重量与平衡计算报告。二、重量与平衡问题三种类型：超过最大载重前部载重太大（重心太前）后部载重太大（重心太后）任何一种情况对飞机的飞行都不利，都会危及飞机和飞行安全。二、重量与平衡问题超载将发生下列情况:①需要较长的跑道长度；②较小的爬升角和较高的速度；③降低了结构安全系数；④增加了失速速度；⑤要求发动机功率较大。重心太靠前将发生下列情况:①飞机会有俯冲的趋势；②操纵性降低；③配平阻力较大；要求有较大的发动机功率。重心太靠后将发生下列情况:①飞行速度下降；②发生失速较快；③稳定性降低；④配平阻力较大，需要较大的发动机功率。2.重量与平衡的必要性不易清洗的角落里积聚灰尘和油脂等物而有增加重量的趋势。由于这个缘故，定期对飞机称重是必要的。私人使用的飞机按规定不需要定期称重，它们通常是在初次发给合格证时或在做了要影响重量与平衡的重大改变之后进行称重。航班飞机（定期和不定期的）运送旅客或货物要受到某些规定的制约，要求营运者保证在实施飞行期间正确装载且不超过核准的重量与平衡的限制。3.重量与平衡术语基准面一力臂二相关概念三一、基准面基准面是飞机处于平飞姿态时，为考虑平衡问题所选取的假想垂直面，而全部水平距离都是相对于该基准面测量的。它是一个垂直于纵轴的平面。飞机成品和样机，设备、油箱、行李间、座位、发动机、螺旋桨等的各处位置，都是按从这个基准面算起是多少英寸，列入飞机说明书或型号合格证的数据单中。至于基准面的位置，则没有固定的标准。在多数情况下，是把基准面置于机头或飞机机体中的某点上。二、力臂力臂是从基准面到所设置的设备的水平距离。正号（＋）表示在基准面后面的距离，而负号（－）则表示在基准面前边的距离。如果制造厂选择的基准面是在飞机的最前位置（或在飞机之前的某段距离），所有的力臂将是正力臂。力臂的符号

重量的力臂在基准面之后为正号（＋），在基准面之前为负号（－）。重量和符号

在基准面的任何一侧加上重量为正号（＋）；在基准面的任何一侧拆除任何重量为负号（－）。力矩的符号力矩的符号需要综合考虑重量及力臂的符号。在基准面之后增加重量和在基准面之前减去重量其力矩的符号都为正号（＋）；在基准面之前增加重量和在基准面之后减去重量其力矩的符号都为（−）。

力矩=重量×力臂所以当重量与力臂同符号时为正号，重量与力臂异号时为负号三、相关概念（1）重心一架飞机的重心就是对于该点的重力产生低头力矩和抬头力矩在量值上正好相等的那一点。如果从这点上悬挂飞机，将没有上仰或下俯以及任何一方旋转的趋势。它是一架飞机或任何物体重力集中的那个点。重心位置是从基准面算起的。（2）最大重量最大重量就是经过核准的飞机及其载重的最大重量，并在该机型的技术规范有明确规定。对于很多飞机来说，根据飞机执行的任务和飞行条件，最大容许重量有所不同。（3）最大着陆重量最大着陆重量指飞机着陆所允许的最大重量。它通常比最大起飞重量小，因为着陆过程中起落架结构受力比起飞过程中大。（4）最大停机重量最大停机重量就是当飞机在停机坪停机时所允许的最大重量。它不同于最大起飞重量，由于在起飞地面滑行到起飞点时已消耗了部分燃油。（5）最大起飞重量最大起飞重量就是在飞机开始起飞滑跑时所允许的最大重量。（6）空重一架飞机的空重，包含飞机内实际安装的所有固定设备。它包括机身、动力装置、必需的设备、选用或专用的设备、固定压舱物、液压油、滑油及剩余燃油的重量。剩余的燃油，即是在燃油导管和油箱内放不掉的液体。有关飞机各系统中必须包含在空重中的剩余流体重量，都记录在飞机技术规范里。（7）空重重心空重重心，英文缩写为EWCG，是一架飞机在空重条件下的重心。它是飞机重量与平衡资料的必备数据。它本身没有什么用处，但可作为计算载重与平衡的基础，同时它也并不表示载重后的重心在哪里。（8）空重重心范围空重重心范围是表明在这个限制范围内方可容许空机重心位置变化。只要飞机的空重重心处于这个范围以内，则技术规定的各种装载方案都不会超出空重重心限制。（9）实用重心范围实用重心范围指的是在有关的飞机技术规范或型号合格证数据表格内给出的重心前极限和重心后极限之间的距离。早在设计和制造过程中，厂方已遵循各项控制飞机设计的容许规范，对飞机装载后的重心极限位置定出范围。这些限制是按MAC（平均空气动力弦）的百分率或距飞机的基准面的英寸数来表示。飞机装载后的重心位置无论何时都必须保持在这些限制之内。（10）燃油装载（Fuelload）燃油装载指飞机上所携带的消耗性燃油部分，它只包括可用燃油，而不包括管路中或油箱沉淀槽里的剩余燃油。、（11）最小燃油量油箱中的最小燃油量指飞机在极端装载的条件下为使载重验算合格而必须具有的燃油量。它应小于发动机以最大功率连续工作1/2小时所需的燃油量。涡轮发动机最小燃油量的计算方法由飞机制造厂规定。（12）无燃油重量无燃油重量是指飞机不带燃油时的最大容许重量。其中包含了货物、乘客和空勤机组人员的重量。因此所有超出无燃油重量的装载，只能是可用燃油。（13）毛重毛重包括所有额外项目的重量，如千斤顶、轮档及称重秤盘上平台塞块等。不包括那些需要称重的项目。如果这些项目的重量包含在称重总数中，必须将其扣除才可得到飞机的实际重量。（14）有用载重有用载重也称实用装载，营运装载或实用载重。一架飞机的有用载重规定为从最大容许重量中减去空重的值。有用载重由最大的油量(滑油、燃油)、乘客、行李、驾驶员、副驾驶员和全体乘务员组成。如有可能，有时需要减少上述某一项目的重量，以便使飞机按飞行类别保持在允许重量以内。决定这些重量的分配叫做载重验算。4.飞机称重称重前的准备一称重设备的准备二称重程序三称重计算四称重实例五一、称重前的准备在开始研究飞机的称重程序或准备对飞机进行称重之前，必须首先熟悉相应的飞机技术规范或机型合格证数据表中有关重量与平衡的资料。在飞机上有一个由制造厂提供的型号合格证数据单。能找到下列资料：①重心范围；②空重重心范围；③水平方法；④最大重量；⑤座椅容量；⑥行李容量；⑦燃油容量；⑧基准面位置。①使飞机处于水平姿态②清洗飞机③检查飞机设备清单以确保所有需要的设备确实安装好，拆下不包括在飞机设备清单内的所有项目。④对燃油系统放油直到油量指示为零，即排空。只有残存的流不出来的燃油（残余燃油），作为飞机空重的一部分。⑤装满液压油箱及滑油箱：液压油和滑油属于空重的一部分。⑥饮用和洗涤水箱以及厕所便桶应当排空。⑦当对一架飞机称重时，像扰流板、前缘缝翼、襟翼和直升机旋翼系统应在正确位置。要检查行李舱，以确认其中是空的。二、称重设备的准备称重前要准备下列设备：①磅秤、吊挂设备、千斤顶和水平顶置设备。②轮挡和沙袋，用于使飞机在磅秤上稳定停放。③标尺、气泡水准仪、铅锤、白粉线和一个测量卷尺。用于测量水平及称重点到基准面的距离。④适用的飞机技术规范和重量与平衡计算表格。如果可能，飞机应一个密闭的建筑物内称重，那里没有空气流动以引起磅秤读数的误差。如果风和大气中的湿度很小，在室外称重也是许可的。台称通常用于较小的飞机，而电子称常用于大型飞机的称重。用千斤顶顶起小飞机并将它放于台称上，每个轮子放于一个台称上。轮挡用于防止飞机在磅称上滚动，刹车必须松开以减少磅秤上的侧面载荷引起读数不正确的可能性。大型飞机是由放置在千斤顶与底座之间的载荷传感器来称重的。这些载荷传感器随着加给的载荷数量的大小成比例地改变电阻。用电桥把电阻的改变转换成飞机重量的读数。按要求将飞机放水平。纵向水平是最重要的状态，但飞机也应该横向水平。调节飞机在地面水平状态，要按照指定位置放置气泡水准仪。如果飞机是在千斤顶上称重，则可通过调节千斤顶来保持水平，但是如果飞机的起落架放在称盘上称量，水平的较好调节是通过轮胎的充气和放气或减震支柱的充气按照飞机制造厂的有关规定顶起飞机，因为每架飞机的称重程序不同。当飞机在称盘上是水平时，从基准面或称重点上放下铅锤，以便在地板上用粉笔记录下这条线，使测量准确以便确定重心。三、称重程序确定从基准面到主称重点中心线距离和从主称重点中心线到尾部(或前轮)称重点中心线的距离。测量程序:①将飞机放置在秤台上并取得水平。②从基准面,主称重点和尾部（或前轮）称重点悬挂铅锤使这些铅锤接触到地面。③在接触点的地面用粉笔作上记号，构成一个清楚的称重点距离与基准面的关系图形。④飞机处于水平状态时,记录每个磅秤上指示的重量。⑤记录重量和测量值之后，将飞机从秤台上搬开。称出毛重。⑥并从各个包含毛重的称重点磅秤读数中减去毛重。四、称重计算五、称重实例5.重量与平衡的极端情况前极限的重量与平衡验算一后极限的重量与平衡验算二一、前极限的重量与平衡验算所谓重量与平衡的极端情况，指的是飞机重心位置在前极限和后极限时的情况。如果界限被超过且飞机还在这样的条件下飞行，则会导致飞机的稳定性不好，结果给操纵飞机带来困难。当空机重心落在空机重心规定的允许范围边缘或之外时或不按飞机技术规范的装载方案装载时，需要进行重量与平衡的验算。当空机重心处于空机重心的规定范围之内时，就不要再进行前极限或后极限的重量与平衡验算了。换句话说，只要按照标准的装载和座位布置使用飞机，载重后的飞机是不会超出重心范围的。验算需要掌握下列资料：空机的重量、力臂和力矩。位于重心前极限之前的各有用载重项目的最大重量、力臂和力矩。位于重心前极限以后的各有用载重项目的最小重量、力臂和力矩。二、后极限的重量与平衡验算为确立既不超过最大重量，也不超过重心后极限的情况，需要掌握下述资料：空飞机的重量、力臂和力矩。位于重心后极限以后的各有用载重项目的最大重量、力臂和力矩。位于重心后极限以前的各有用载重项目的最小重量、力臂和力矩。6.重心的移动一、永久压舱物如果改装飞机，其重心落在允许的范围之外，则可以通过增加永久性压舱物使其重心返回到允许的范围。凡是用以补偿取掉的或添置的设备项目以及准备长期留在飞机上的压舱物，叫做永久压舱物。它一般是铅棒或铅板，用螺钉固定在飞机结构上。永久压舱物一般用油漆成红色并标明永久压舱物不许拆除。设置永久压舱物总要增加飞机的空重。压舱物应该安装在一个尽可能长的力臂之处而使飞机重量最小。而且在各种飞行条件下，飞机结构必须有足够的强度来承受附加的压舱物重量。二、临时压舱物临时压舱物或可拆装的压舱物，是为满足某些需要经常改变装载用的物体，它一般采用铅粒