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1.飞机重心位置对飞行有何影响?
飞机重心是一个假设的点,假定飞机的重量都集中在这个点上并支撑起飞机,则飞机可保持平衡。飞机的俯仰、偏航和滚转三向转动都是围绕飞机的重心进行的,而且由于燃油的消耗、起落架收放等因素,飞机重心一直在改变。在实际的重量平衡工作中,通常是用%MAC(平均气动弦长)来表示飞机的重心位置。
当飞机稳定平飞时,全机升力与重量相等。民用飞机一般都具有静稳定性,飞机重心位于全机升力中心之前,机翼提供升力和低头力矩,平尾提供负升力和抬头力矩。
由于机翼提供的升力要远大于平尾提供的负升力,飞机重心靠前,机翼升力的力矩增大,越难通过升降舵和平尾操纵飞机,飞机重心靠后,机翼升力力矩减小,越容易通过升降舵和平尾操纵飞机。因此,从操纵性稳定性角度上看,总体趋势为重心越靠后,飞机操纵性越好、稳定性越差;重心越靠前,飞机操纵性越差、稳定性越好。
2.如何理解飞机重量重心包线?
飞机重量重心包线是指飞机在各飞行使用阶段中,允许使用的所有重量重心位置的包络线。飞机航线运营时需保证其重量重心在包线范围内,否则就有可能危及安全,造成机尾擦地、飞机侧翻、起飞距离延长等后果。
实际进行试飞时,因为试飞科目需要,有可能达到甚至略微超出重量重心包线限制。通常将巡航包线向外扩展某一裕度(如2%),并在扩展的包线裕度范围内进行操稳和性能试飞的最大包线,此包线裕度范围不在局方要求验证范围内,取证试飞时不要求进行该范围内的试验点。实际试飞时的重量重心包线的示例见下图。
3.试飞科目都有重量重心要求吗?
答案是NO,很多飞机系统的试飞验证是没有具体的重量重心要求的,因为这些科目所要检查的系统功能或性能与重量重心是没有任何关系的,如飞机通信系统的检查等。在进行这些对重量重心无特殊要求的科目时,只要飞机的重量重心在包线限制范围内,保障其重量重心不会出现安全问题即可。
而对重量重心有具体要求的科目多数来自性能和操稳专业。通常飞机总体气动设计人员依据AC25-7C咨询通告和其他相关适航条款的要求,结合飞机在重量重心包线内的操稳品质计算,将飞机重量分为大重量、中等重量和小重量,将重心分为前重心、中等重心和后重心,以方便进行试飞科目试验点的描述和选取。
4.试飞时需要保持精确的重量重心吗?
答案也是NO。进行某一试验科目时,是允许出现重量或重心的偏离的,只要其偏离量在允许的误差范围内。AC25-7C对重量重心允差的规定如表1所示,其对重心的允差为±7%的该型飞机重心范围(如该型飞机重心为4%MAC-30%MAC,则允差为7%(30-4)%MAC=1.82%MAC)。需要注意的是允许有重量重心允差只是允许试验时出现偏差,并不意味着可以直接将试验点状态定义为偏离状态。
飞行试验状态 | 重量允差限制 | |
±5% | ±10% | |
失速速度 | √ | |
失速特性 | √ | |
其他飞行特性 | √ | |
爬升性能 | √ | |
起飞飞行航迹 | √ | |
着陆刹车距离 | √ | |
着陆空中距离 | √ | |
起飞距离和速度 | √ | |
加速停止距离 | √ | |
最大能量中断起飞 | √ | |
最小离地速度 | √ | |
最小操纵速度 | √ |
5.试飞时如何获取准确的飞机重量重心信息?
首先要建立飞机重量构型数据库,对飞机的本体硬件构型更改、硬件维修排故、测试改装硬件更改等进行实时记录和定期更新,掌握飞机的重量重心变化,获得理论的飞机重量重心数据。当飞机的构型出现较大变动时(如进行了结构更改或重大测试改装),可按机型的称重规定对飞机进行称重,以获得准确的飞机重量重心信息。
称重一般有千斤顶称重和地磅称重两种方法。千斤顶称重法是使用千斤顶在左右机翼和机尾(或机头)三个固定“顶起点”顶起飞机,通过千斤顶调节飞机水平,直接读取千斤顶重量数值,通过千斤顶重量读数和各固定点坐标计算出飞机重量重心;地磅称重法是使用牵引车拖动飞机至放置好的地磅,通过地磅重量读数、测算的飞机俯仰角和相关距离计算飞机重量重心。需要注意的是地磅称重法需进行俯仰角修正,不管使用哪种方法,称重时都会存在误差,只要在允许的误差范围内(如0.5%MAC,两次称重误差不超过20kg等)则可认为测量结果是可信的。
地磅称重法示意图
6.试飞时如何进行重心调节?
对于试飞任务,重量重心的要求有时是很苛刻的(当然还是可以有一定允差的),这些科目多属于性能和操稳品质试飞专业。如操稳侧风试飞需要在小重量后重心构型下进行,失速速度需要在大重量前重心构型下进行,需要在最不利重量重心构型下表明飞机的高速特性符合适航要求等。这就需要我们对试飞机进行配载以满足试验科目的重量重心要求。
一般配载系统可分为三种:质量块(铅块/铁块)配重,沙袋配重和水配重。
对于质量块配重,一般用于客舱,通过将质量块嵌入客舱底板进行固定,底板通过卡口固定于客舱的座椅轨道上。
对于沙袋配重常用两种方法,一是放置在固定的箱子里面,并用箱盖封紧,箱子通过卡口固定在货舱或客舱中;二是通过拦阻网包裹沙袋,拦阻网通过卡扣紧固于货舱或客舱滑轨中。
对于水配重系统,一般涉及性能操稳的试验飞机均装有该系统。水配重系统可分为固定水桶和可调节水箱两个子系统。固定水桶通过控制阀和管道相连接,方便通过管道进行注水。固定水桶子系统使用外部水泵,无法在飞行时实时调配。固定水桶的装水量为零或注满,一是考虑到方便计算重量重心,二是防止水桶里的水晃动影响飞机重心。可调节水箱子系统一般分布在客舱前、后部分,通过水泵可在实时调配飞机重心。冷天时为防止水结冰涨坏水箱,水配重系统一般加入的液体为防冻液。
三类配载系统相结合,可以实现全重量全重心调节。需要注意的是放置配重时不可超过飞机结构载荷限制。
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