Войти
Центр тяжести (CG) самолета - это точка, над которой самолет будет балансировать. Его положение рассчитывается после поддержки летательного аппарата по крайней мере на двух наборах весов или датчиков веса и с учетом веса, указанного на каждом наборе весов или датчиков веса. Центр тяжести влияет на устойчивость летательного аппарата. Чтобы самолет был безопасным для полета, центр тяжести должен находиться в определенных пределах, установленных изготовителем самолета.
Носовое багажное отделение Fokker F.XII в 1933 году, что позволяет избежать проблем, связанных с тяжелыми грузами в задней части. Центр тяжести (CG) рассчитывается следующим образом:
Рука, полученная в результате этого расчета, должна находиться в пределах центра тяжести, предписываемых производителем самолета. Если это не так, вес самолета должен быть удален, добавлен (редко) или перераспределен до тех пор, пока центр тяжести не окажется в установленных пределах.
Центр самолета расчетов гравитации выполняется только вдоль одной оси от нулевой точки опорной точки, которая представляет собой продольную ось летательного аппарата (для расчета баланса передних к кормовому). Некоторые типы вертолетов используют как боковые, так и продольные ограничения ЦТ. Эксплуатация таких вертолетов требует расчета ЦТ по двум осям: один расчет для продольной ЦТ (продольная балансировка) и другой расчет для поперечной ЦТ (балансировка слева направо).
Вес, момент и рычаги фиксированных элементов на самолете (например, двигателей, крыльев, электронных компонентов) не изменяются и указываются производителем в Перечне оборудования самолета. Производитель также предоставляет информацию, облегчающую расчет моментов для топливных нагрузок. Съемные весовые предметы (например, члены экипажа, пассажиры, багаж) должны быть надлежащим образом учтены при расчете веса и CG эксплуатантом воздушного судна.
| Масса (фунт) | Рука (дюйм) | Момент (фунт-дюйм) | |
|---|---|---|---|
| Пустой самолет | 1,495,0 | 101,4 | 151,593,0 |
| Пилот и пассажиры | 380,0 | 64,0 | 24,320,0 |
| Топливо (30 галлонов при 6 фунтов / гал) | 180,0 | 96,0 | 17,280,0 |
| Итого | 2,055,0 | 94,0 | 193,193,0 |
Чтобы найти центр тяжести, мы разделим общий момент на общую массу: 193 193/2055 = 94,01 дюйма позади базовой плоскости.
В более крупных самолетах вес и баланс часто выражаются в процентах от средней аэродинамической хорды, или MAC. Например, предположим, что передний край MAC составляет 62 дюймов на корме от нулевой точки. Следовательно, вычисленная выше ЦТ находится на 32 дюйма позади передней кромки МАП. Если MAC составляет 80 дюймов в длину, процент MAC составляет 32/80 = 40%. Если бы допустимые пределы были от 15% до 35%, самолет не был бы загружен должным образом.
Центр тяжести этого British Aerospace 146 смещен назад, когда его двигатели были сняты. В результате он опрокинулся назад на заднюю часть фюзеляжа в ветреную погоду. Когда центр тяжести или вес самолета находится за пределами допустимого диапазона, самолет может быть не в состоянии поддерживать полет или может быть невозможно поддерживать самолет в горизонтальном полете при некоторых или всех обстоятельствах, в некоторых случаях приводящих к смещению нагрузки. Размещение ЦТ или веса самолета за пределами допустимого диапазона может привести к неизбежной аварии самолета.
Когда продольный центр тяжести (CG) находится вне допустимого диапазона, возникают серьезные проблемы с управлением самолетом. Продольная ЦТ влияет на продольную устойчивость самолета, причем устойчивость увеличивается по мере движения ЦТ вперед и снижается по мере движения ЦТ за кормой. При переднем положении ЦТ, хотя устойчивость самолета увеличивается, полномочия по управлению лифтом уменьшаются в возможности поднять нос самолета. Это может вызвать серьезное состояние во время посадки сигнальной ракеты, когда нос не может быть поднят достаточно, чтобы замедлить самолет. Положение ЦТ в корме создает серьезные проблемы с управлением из-за пониженной устойчивости по тангажу и повышенной чувствительности управления рулем высоты с потенциальной потерей управления самолетом. Поскольку сжигание топлива постепенно приводит к потере веса и, возможно, смещению ЦТ, самолет может взлетать с ЦТ в пределах нормального рабочего диапазона, но позже развить дисбаланс, который приводит к проблемам с управлением. При расчетах CG это необходимо учитывать (часто часть этого рассчитывается производителем заранее и включается в пределы CG).
Вот пример Piper Mirage со слишком большим весом в задней части самолета, что приводит к взлетной CG в определенных пределах (зеленая контрольная точка), но Landing CG находится позади пределов CG Envelope ( синяя контрольная точка).
Величину, на которую должен быть перемещен груз, можно найти с помощью следующей формулы
shift dist = (total weight * cg изменение) / смещение веса
Пример:
1500 фунтов * 33,9 дюйма = 50,850 момента (самолет) 100 фунтов * 68 дюймов = 8,400 момента (багаж) cg = 37 дюймов = (50,850 + 8,400) / 1600 фунтов (1/2 дюйма вне предела cg)
Мы хотим переместить CG 1 внутрь, используя сумку весом 100 фунтов в багажном отделении.
сдвиг dist = (общий вес * изменение в cg) / вес, смещенный на 16 дюймов = (1600 фунтов * 1 дюйм) / 100 фунтов
Исправление проблемы с перемещением 100 фунтов на 16 дюймов вперед до 68 в перемещениях CG 1 дюйм
1500 фунтов * 33,9 дюйма = 50850 моментов (самолет) 100 фунтов * 84 дюймов = 6800 моментов (багаж) cg = 36 дюймов = (50850 + 6800) / 1600 фунтов новое cg = 36 в
Немногие самолеты устанавливают минимальный вес для полета (хотя минимальный вес пилота часто указывается), но все устанавливают максимальный вес. Если максимальный вес будет превышен, летательный аппарат может оказаться не в состоянии достичь или поддерживать управляемый горизонтальный полет. Чрезмерный взлетный вес может сделать невозможным взлет в пределах доступной длины взлетно-посадочной полосы или полностью помешать взлету. Чрезмерный вес в полете может затруднить или сделать невозможным набор высоты выше определенной высоты или сделать невозможным поддержание высоты.
Центр тяжести имеет еще большее значение для вертолетов, чем для самолетов с неподвижным крылом (проблемы с весом остаются прежними). Как и в случае с самолетом с неподвижным крылом, вертолет может быть должным образом загружен для взлета, но ближе к концу длительного полета, когда топливные баки почти пусты, ЦТ может сместиться достаточно, чтобы вертолет потерял равновесие в поперечном или продольном направлении. Для вертолетов с одним несущим винтом ЦТ обычно находится рядом с мачтой несущего винта. Неправильная балансировка нагрузки вертолета может привести к серьезным проблемам с управлением. В дополнение к затруднению управления вертолетом, состояние несбалансированной нагрузки также снижает маневренность, поскольку циклическое управление менее эффективно в направлении, противоположном местоположению ЦТ.
Пилот пытается идеально сбалансировать вертолет так, чтобы фюзеляж оставался горизонтальным в полете в режиме зависания, без необходимости в циклическом управлении по тангажу, кроме поправки на ветер. Поскольку фюзеляж действует как маятник, подвешенный к ротору, изменение центра тяжести приводит к изменению угла, под которым самолет свешивается с винтом. Когда центр тяжести находится прямо под мачтой несущего винта, вертолет висит горизонтально; если ЦТ находится слишком далеко от мачты, вертолет зависнет носом вниз; если ЦТ находится слишком далеко от мачты, нос приподнимается.
ЦТ впереди может возникнуть, когда тяжелый пилот и пассажир взлетают без багажа или надлежащего балласта, расположенного за мачтой несущего винта. Эта ситуация усугубляется, если топливные баки расположены за мачтой ротора, потому что по мере сгорания топлива вес, расположенный за мачтой ротора, становится меньше.
Это состояние можно распознать при переходе в режим зависания после вертикального взлета. Вертолет будет иметь низко расположенное носовое положение, и пилоту потребуется чрезмерное смещение назад циклического рычага управления для поддержания зависания в условиях безветра. В этом состоянии пилот мог бы быстро выйти из-под управления задним циклом, поскольку вертолет потребляет топливо. Пилоту также может быть невозможно замедлить достаточно, чтобы остановить вертолет. В случае отказа двигателя и результирующего авторотации у пилота может не хватить циклического управления, чтобы должным образом выполнить факел для посадки.
ЦТ вперед не будет так очевиден при зависании при сильном ветре, поскольку требуется меньшее циклическое смещение назад, чем при зависании без ветра. При определении того, существует ли условие критического баланса, важно учитывать скорость ветра и ее связь с обратным смещением циклического управления.
Без надлежащего балласта в кабине превышение ЦТ в кормовой части может произойти, когда:
Состояние задней ЦТ может быть обнаружено пилотом при переходе в режим зависания после вертикального взлета. Вертолет будет иметь опущенное хвостом, и пилоту потребуется чрезмерное смещение вперед циклического управления для поддержания зависания в условиях безветра. Если есть ветер, пилоту нужна еще большая прямая цикличность. Если полет продолжится в этом состоянии, пилот может счесть невозможным полет в верхнем допустимом диапазоне воздушной скорости из-за недостаточного управления циклическим движением вперед, необходимого для сохранения положения с опущенным носом. Вдобавок, с экстремально заданной ЦТ, порывистый или суровый воздух может разогнать вертолет до скорости, превышающей скорость, создаваемую при полном циклическом управлении вперед. В этом случае несимметричность подъемной силы и колебания лопастей могут привести к отклонению диска ротора назад. При уже примененном полном циклическом управлении передним ходом диск ротора может не опускаться, что может привести к потере управления или ударам лопастей ротора о хвостовую балку.
В самолетах с неподвижным крылом боковая балансировка часто гораздо менее критична, чем продольная балансировка, просто потому, что большая часть массы самолета расположена очень близко к его центру. Исключением является топливо, которое может быть загружено в крылья, но поскольку топливные нагрузки обычно симметричны относительно оси самолета, боковой баланс обычно не нарушается. Боковой центр тяжести может стать важным, если топливо не загружается равномерно в баки с обеих сторон самолета или (в случае небольшого самолета), когда пассажиры преимущественно находятся на одной стороне самолета (например, пилот, летящий в одиночку). в маленьком самолете). Небольшие боковые отклонения ЦТ в пределах допустимых значений могут вызвать неприятную тенденцию к крену, которую пилоты должны компенсировать, но они не опасны, пока ЦТ остается в определенных пределах на протяжении всего полета.
Для большинства вертолетов обычно не требуется определять боковую ЦТ для обычных летных инструкций и пассажирских полетов. Это связано с тем, что кабины вертолетов относительно узкие, а большая часть дополнительного оборудования расположена вблизи центральной линии. Однако в некоторых руководствах по вертолетам указывается, с какого места должен выполняться одиночный полет. Кроме того, если есть необычная ситуация, такая как тяжелый пилот и полная загрузка топлива на одной стороне вертолета, которая может повлиять на боковую ЦТ, ее положение должно быть проверено по огибающей ЦТ. Если переносить внешние нагрузки в положении, требующем большого поперечного циклического смещения управления для поддержания горизонтального полета, то циклическая эффективность вперед и назад может быть резко ограничена.
Многие большие самолеты транспортной категории способны взлетать с большей массой, чем они могут приземлиться. Это возможно, потому что вес топлива, которое крылья могут выдерживать на протяжении всего размаха в полете, или при парковке или рулении по земле, больше, чем они могут выдержать во время нагрузки при посадке и приземлении, когда опора не распределяется по поверхности. размах крыла.
Обычно часть веса самолета, превышающая максимальную посадочную массу (но попадающая в пределы максимальной взлетной массы), полностью состоит из топлива. Когда самолет летит, топливо сгорает, и к тому времени, когда самолет готов к посадке, его вес ниже своего максимального посадочного веса. Однако, если самолет должен приземлиться раньше, иногда топливо, которое остается на борту, по-прежнему удерживает самолет выше максимальной посадочной массы. Когда это происходит, самолет должен либо сжечь топливо (летя по схеме ожидания), либо сбросить его (если самолет оборудован для этого) перед посадкой, чтобы избежать повреждения самолета. В аварийной ситуации самолет может выбрать посадку с избыточным весом, но это может привести к его повреждению, и, по крайней мере, посадка с избыточным весом потребует тщательного осмотра для проверки на наличие повреждений.
В некоторых случаях самолет может намеренно взлететь с превышением веса. Примером может быть самолет, который переправляется на очень большое расстояние с дополнительным топливом на борту. Для взлета с избыточным весом обычно требуется исключительно длинная взлетно-посадочная полоса. Перевозки с перевесом пассажиров на борту запрещены.
Многие небольшие самолеты имеют максимальный посадочный вес, равный максимальной взлетной массе, и в этом случае не может возникнуть проблем с посадкой с избыточным весом из-за избыточного количества топлива на борту.
В этом разделе показаны данные, полученные в рамках исследовательского гранта NASA Ames для большого коммерческого транспортного самолета.
Коэффициенты CG для транспортного самолета .
CG компонентов и систем .
Диапазон CG типичного транспортного самолета .
Рабочий диапазон CG используется на этапах взлета и посадки, а допустимый диапазон CG используется во время наземные операции (т.е. при загрузке самолета пассажирами, багажом и топливом).
