飞机构造基础第2章载重与平衡

地板载重限制 – 由制造商提供的地板每平方英寸或者英尺可 以承受的最大重量。 燃油载荷 – 是飞机载荷的可消耗部分。它只包含可用的燃油， 不包含那些用于填充管子或者残余在油箱排油器中的燃油。 许可的空重 – 由机身，发动机，不可用燃油，和不可排放的 润滑油加上装备列表中指定的可选和标准装备组成的空重。一 些制造商使用这个术语优先于GAMA标准化。 最大着陆重量 – 正常的飞机允许降落时的最大重量。 最大停机坪重量– 满载荷飞机的总重量，包括所有燃油。它比 起飞重量大，因为在飞机滑行和滑跑时要燃烧燃油。最大停机 坪重量也可以指最大滑行重量。【飞机停放在停机坪的时候允 许的最大重量，在滑行到起飞之间，会燃烧部分燃油，知道低 于最大起飞重量，所以最大停机坪重量大于最大起飞重量，由 于滑行中使用的燃油一般不多，所以也会用最大滑行重量来称 呼，即地面机动时允许的最大重量。】
任何飞机遵守重量和平衡限制都对飞行 安全至关重要。一架超出它的最大重量 限制的运行会危及飞机结构整体的安全， 对飞机的性能产生有害的影响。重心在 允许的限制范围之外时运行的飞机会引 起控制困难。
重量控制 重量是一种力，重力就是通过利用它把一个问题向地球的 中心吸引。它是物体的质量和作用在物体上的加速作用共 同的结果。重量是飞机建造和运行中的一个主要因素，也 和所有飞行员的需要有关。 重力一直有把飞机向地球拉的倾向。升力是唯一的抵消重 力和维持飞机飞行的力。然而，机翼产生的升力大小是受 机翼设计，迎角，空速和空气密度限制的。因此，为确保 产生的升力足以抵消重力，必须避免飞机的载荷超出制造 商的建议重量。如果重量比产生的升力大，飞机可能不能 飞行。
平衡，稳定性和重心 平衡是指飞机的重心(CG)位置，对飞行中的飞机稳定性 和安全非常重要。重心是一个点，如果飞机被挂在这个 点上，那么飞机会在这点获得平衡。 飞机配平的主要考虑是重心沿纵轴的前后位置。重心不 一定是一个固定点；它的位置取决于重量在飞机上的分 布。随着很多装载物件被移动或者被消耗，重心的位置 就有一个合成的偏移。飞行员应该认识到如果飞机的重 心沿纵轴太靠前，就会产生头重现象；相反的，如果重 心沿纵轴太靠后，就会产生后重现象。不适当的重心位 置可能导致一种飞行员不能控制飞机的不稳定状态。
重心 – 是这样一个点，如果飞机可能挂在这个点上，那么飞 机会获得平衡。它是飞机的质量中心，或者是假设飞机的所 有质量都集中的一个理论上的点。可以用距离基准参考线距 离来表示，或者平均空气动力弦(MAC)的百分比表示。 重心限制 – 指定的前后两点，在飞行时飞机的重心必须位于 这个范围内。这些限制在飞机的有关规格文件中指出。 重心范围 – 重心前后限制点之间的距离，在飞机的相关规格 文件中指出。 基准线(参考线) – 是一个假象的竖直平面或者直线，所有力 臂的测量都是从这里开始。基准线是由制造商确立的。一旦 选定了基准线，所有力臂和重心位置的范围都从这点开始测 量。 Δ （Delta） – 是一个用Δ表示的希腊字母，用来表示一个数 值的变化。例如，ΔCG表示CG的一个变化(或运动)。
基准面 力臂 重心 最大重量 最大着陆重量 最大停机重量 最大起飞重量 空重 空重重心 空重重心范围 实用重心范围 平均空气动力弦 飞机的水平顶置 燃油装载 最小燃油量 无燃油重量 毛重 有用载重
重量和平衡的问题时用到的术语。下列术语的列表和它们 的定义是良好的标准化了，这些术语的知识将会帮助飞行 员更好的理解任何飞机的重量和平衡计算。作为产业标准 的通用航空制造商协会(General Aviation Manufacturers Association)定义的术语在名称后以GAMA标记。 臂(运动臂) – 是以英寸为单位的从基准参考线到一个物体重 心的距离。如果在参考线之后测量，那么代数符号为正(+)， 如果在参考线之前测量，那么代数符号为负(-)。 基本空重(GAMA) – 包括标准空重加上已经安装的可选和特 殊装备。
重量的影响 只要考虑性能，在飞机上增加飞机总重的任何东西都是不希望 的。制造商努力的做到让飞机尽可能的轻而不牺牲强度和安全 性能。 一架飞机的飞行员应该永远知道超载的严重性。一架超载的飞 机可能不能离开地面，或者如果它确实升空了，它可能表现出 意料不到和不寻常的拙劣飞行特性。如果一架飞机没有被正确 的配载，拙劣性能的最初表现通常发生在起飞阶段。 过大的重量几乎在每个方面都降低了飞机的飞行性能。
重量的变化
飞机的重量可以通过变更燃油装载量来改变。汽 油有相当的重量，每加仑6磅重量，30加仑可能比 一位乘客还重。但是必须记住如果重量是通过减 少燃油来降低的，那么飞机的航程也被减少了。 飞行期间，通常燃油燃烧是飞机重量变化的唯一 原因。随着燃油被消耗，飞机变得越来越轻，性 能也得到改善。 固定装置的变化对飞机的重量有重要的影响。一 架飞机可能由于安装额外的无线电和仪表而超载。 修理和修正也可能影响飞机的重量。
有效载荷(GAMA) – 乘客，货物和行李的重量。 标准空重(GAMA) – 包含机身，发动机，和所有固定位 置的运行装备且永远安装在飞机上的物件；包括固定 的压舱物，液压流体，不可用燃油，和全部的发动机 润滑油。 标准重量 – 为很多涉及重量和平衡计算的物件而确定。 如果真实重量可用的话，就不应该使用这些重量。一 些标准重量有：
最大起飞重量 – 起飞时允许的最大重量 最大重量 – 飞机和它的所有装备的最大审定重量，这些装备 在这架飞机的类型认证数据表(Type Certificate Data Sheets TCDS)中指定。 最大零燃油重量(GAMA)– 不包括可用燃油时的最大重量。 平均空气动力弦(MAC) – 从机翼前缘到后缘的平均距离。 力矩 – 一个物体重量和它的力臂之乘积。力矩用磅-英寸表 示。总力矩是飞机重量乘以从基准线到重心之间的距离。 力矩指数(或指数) – 力矩除以一个常量后的值，例如除以100， 1000，10000。使用力矩指数的目的是为了简化飞机的重量 和平衡计算，因为重的物体和长力臂的结果是很大的难以管 理的数字。【除以指数之后可以使数字变小，但是计算还是 等效的】
重心的前面限制通常确定在一个位置，这个位置是根据飞机的着陆 特性得到的。着陆期间，这是飞行的最关键阶段之一，超出前面的 重心限制可能导致前轮的过载；在后三点式起落架飞机上发生机头 越过；性能降低；较高的失速速度；以及增加控制力。在极端情况 下，重心位于前向限制的前面会导致机头沉重到在着陆时非常困难 或者不可能拉平的这种程度。制造商故意的把前向重心限制尽可能 的朝后放，以帮助飞行员避免着陆时损坏飞机。除了静态和动态纵 向稳定性降低，重心位于允许限制范围之后可能导致的其他不期望 影响包括控制极其困难，激烈的失速特性，非常轻的操纵杆力，这 会使飞行员很容易无意间对飞机施加过大应力控制。 也指定了一个受限制的前向重心极限以确保在最低空速时升降舵有 足够的偏转量。当结构性限制或者大的操纵杆力不能限制前向重心 位置时，这时就要求完全升起升降舵来获得一个着陆需要的大迎角。 后面的重心限制是一个最靠后的位置，在这个位置是最严重的机动 或者操作可以执行的极限。随着重心向后移动，就会发生稳定性降 低，它降低了飞机在机动或者紊流之后自我纠正的能力。
超载飞机的最重要性能缺陷是： 较高的起飞速度 更长的起飞滑跑 减小了爬升率和爬升角 降低了最大飞行高度 航程缩短 减小了巡航速度 降低了机动性能 较者尾轮过重
飞行员必须深入理解重量对自己所飞的特定飞机的性 能的影响。飞行前规划应该包含性能表的检查，以确 定飞机的重量是否会促成危险的飞行运行。过大的重 量本身就降低了飞行员可用的安全余度，当其它降低 性能的因素和超载结合时甚至变的更加危险。飞行员 也必须考虑发生紧急情况时飞机超载的严重性。如果 起飞时一个发动机失效，或者在低高度的时候机身结 冰，通常这时降低飞机重量来保持飞机在空中就迟了。
一些飞机的重心限制，不管是前面限制还是后面限制， 可能会随着飞机总重的不同而变化。它们也可能由于特 定的操作而变化，例如特技飞行，起落架收起，或者改 变飞行特性的特殊装载和设备的安装。 重心的实际位置会因为很多变化因素而改变，通常是由 飞行员来控制的。行李和货物的放置会决定重心位置。 乘客的座位分配也可以作为一个获得良好平衡的方法。 如果飞机是尾部偏重的，唯一合理的就是把体重大的乘 客向前面的座位调。而且，燃油燃烧也会影响基于油箱 位置的重心。
不利平衡的影响
不利的平衡状态对飞机飞行特性的影响非常类似于过重状态下提 到的方式。此外，有两个主要的飞机特性可能被不当平衡严重的 影响；这些是稳定性和控制。头重状态下的载荷会导致控制和抬 升机头时的问题，特别在起飞和着陆时。尾重状态下的载荷对纵 向稳定性有最严重的影响，会降低飞机从失速和螺旋中恢复的能 力。从尾重载荷产生的另一个不期望的特性是它导致非常轻的控 制力。这会使飞行员很容易的无意间使飞机承受过大应力。 飞机重心位置的限制是由制造商确立的。这些是重心不能超出的 前后位置，否则就不能飞行。这些限制公布在每架飞机的类型证 书数据表，或者飞机规格和飞机飞行手册，或者飞行员操作手册。 如果装载后，重心没有位于允许限制内，在要起飞前重新布置飞 机内某些物件的位置是必要的。
重心相对横轴的参考位置也很重要。对存在于机身中心线左侧 的每一物件的重量，有相等的重量存在于右侧的对应位置。然 而，这可能由于横向的不平衡载荷而弄翻。重心的横向位置是 不计算的，但是飞行员必须知道横向不平衡条件肯定会导致不 利影响的发生。如果从飞机一侧的油箱不均衡的向发动机供应 燃油，由此燃油载荷管理不善，就会发生横向不平衡。飞行员 可以通过调整副翼配平片或者在副翼上保持持续的控制压力来 抵消发生的机翼变重状态。然而，这把飞机控制置于非流线型 的状态，增加了阻力，进而降低了运行效率。由于横向平衡相 对容易控制，而纵向平衡更为关键，平衡主要指重心的纵向位 置。 在任何时候，驾驶一架不平衡状态的飞机会导致飞行员疲劳增 加，明显的影响飞行安全和效率。飞行员对纵向不平衡的正常 纠正就是改变配平来消除过大的控制压力。然而，过量的配平 从效果上不仅降低了气动效率，还减少了配平所在方向上的基 本控制的行程距离。