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飞机载重平衡和重心知识要点
飞机由于自身结构强度、客货舱容积、运行条件及运行环境等原因，都必须有最大装载量的限制。那么，下面是小编为大家整理的飞机载重平衡和重心知识要点，欢迎大家阅读浏览。
飞机载重平衡和重心知识要点
一、飞机的载重
1.飞机的最大业务载重量
飞机由于自身结构强度、客货舱容积、运行条件及运行环境等原因，都必须有最大装载量的限制。飞机是在空中飞行，要求具有更加高的可靠性和安全性以及更加好的平衡姿态，而货物装载量、装载位置和旅客客舱座位分布直接影响飞行安全和飞机平衡。因此严格限制飞机的最大装载量对飞行安全至关重要。
飞机的最大起飞全重、最大落地全重、最大无油全重、最大起飞油量、航段耗油量、飞机的最大业载量和空机重量是飞机制造商在交付用户时提供的静态业务数据。
2.飞机的最大起飞全重(MTOW)
飞机的最大起飞全重是飞机在起飞线加大马力起飞滑跑时全部重量的最大限额。
限制飞机的最大起飞重量主要有以下几个方面的原因：(1)飞机的自身结构强度；(2)发动机的功率；(3)刹车效能限制及起落架轮胎的线速度要求。
影响飞机的最大起飞重量的因素主要有：
(1)大气温度和机场标高；(2)风向和风速；(3)起飞跑道的情况：跑道长度越大，起飞重量可以越大，因为可供飞机起飞滑跑的距离越大。例如当跑道长度达到3200米时，可以起降大型飞机，当跑道长度只有1700米时，只能起降中小型飞机，(4)机场的净空条件：机场的净空条件是指机场周围影响飞机安全、正常起降飞行的环境条件，例如高建筑物、高山、鸟及其他动物的活动等情况；(5)航路上单发超越障碍的能力；(6)是否使用喷水设备；(7)受襟翼放下角度的影响；(8)噪音的限制规定等。
3.飞机的最大落地全重(MLDW)
飞机的最大落地全量是在飞机设计和制造时确定的飞机着陆时全部重量的最大限额。
限制飞机的最大着陆重量的原因主要有：(1)飞机的机体结构强度和起落架允许承受的冲击载荷；(2)飞机的复飞爬高能力。
影响飞机的最大落地全量的因素主要有：(1)大气温度与机场标高；(2)风向和风速；(3)跑道的情况；(4)机场的净空条件。
4.飞机的最大无油全重(MZFW)
飞机的最大无油全重是指除去燃油之外所允许的最大飞行重量。规定飞机的最大无油全重，主要是考虑机翼的结构强度。
5.飞机的基本重量(BW)
飞机的基本重量是指除去业务载重和燃油外，已完全做好飞机准备的飞机重量。主要包括：
(1)空机重量。指飞机本身的结构重量、动力装置和固定设备(如座椅、厨房设备等)的重量、油箱内不能利用或不能放出的燃油滑油重量、散热器降温系统中的液体重量、应急设备等重量之和。飞机的空机重量由飞机制造厂提供，记录在飞机的技术手册内。
(2)附加设备重量。包括服务用品及机务维修设备等。
(3)空勤组及随身携带物品重量。每种机型的空勤组人数是确定的，称为标准机组或额定机组。机组的组成一般用“驾驶员人数/乘务员人数”的格式表示。如有随机机组，但不承担本次航班任务，则再加“/随机机组人数”。超过或少于标准机组时应对飞机基本重量进行修正。
(4)服务设备及供应品重量。每种机型的供应品重量是确定的，称为额定供应品重量。
(5)其他应计算在基本重量之内的重量，如飞机的备件等。
每架飞机的基本重量一般情况下是不变的，但实际飞行时，有时机组人数、随机用具、服务设备和供应品、随机器材等项重量都可能发生变动，此时需要按规定在基本重量的基础上对增减重量进行修正。修正后的基本重量反映了本次执行航班任务的飞机实际的基本重量，因此在计算最大业务载重量时应采用修正后的基本重量。
6.飞机的起飞油量(TOF)
飞机的起飞油量是指飞机执行航班任务时携带的全部燃油量。
起飞油量包括航段耗油量和备用油量两部分，但不包括地面开车和滑跑所用油量。
(1)航段耗油量(TFW)，指飞机由起飞站到目的站航段需要消耗的燃油量。航段耗油量是根据航段距离和飞机的平均地速以及飞机的平均小时耗油量而确定的，计算公式如下：
航段耗油量=航段距离/飞机平均地速×平均小时耗油量
(2)备用油量(RFW)，指飞机由目的站飞到其备降机场并在备降机场上空还可以飞行45分钟所需耗用的油量。有时由于目的站因为某种原因不能让飞机降落，需要飞机在其备降机场降落，因此执行航班任务的飞机都应携带备用油量。
由起飞油量的组成可知，起飞油量应按如下公式计算：
起飞油量=航段耗油量+备用油量
(3)关于油量的说明：
A.某些飞机有最少油量的规定，就是当飞机按照最大起飞重量起飞时，尽管所飞的航程可能很短，但起飞油量也不得少于一定的重量。
B.有些飞机有最大着陆油量的规定，就是备用油量不得超过一定数量限额。
以上这些规定都是从机翼结构强度方面考虑的。
C.飞机携带的燃油是供发动机燃烧而产生推力的。
二、飞机的平衡
1.飞机的平衡
飞机的平衡有三种，即俯仰平衡、横侧平衡和方向平衡。
(1)俯仰平衡。是指作用于飞机上的上仰力矩和下俯力矩彼此相等，使飞机既不上仰，也不下俯。
影响飞机的俯仰平衡的因素主要有旅客的座位安排方式、货物的装载位置及滚动情况、机上人员的走动、燃料的消耗、不稳定气流、起落架或副翼的伸展和收缩等。因此航空公司配载人员在安排旅客的座位时，除去按照舱位等级来安排之外，在对重心影响较小的飞机座位区域尽量多安排旅客，并且在飞机起降时请旅客不要在客舱内走动，以免影响飞机的俯仰平衡和旅客的安全；在安排货物时，对重心影响程度小的货舱尽量多装货物，并且对于散装货物来说，要将网、绳固定牢靠，防止货物在货舱内滚动，影响俯仰平衡及造成货物损坏。
当飞机由于外界干扰而失去俯仰平衡时但是在飞机重心范围内，可以靠飞机自身的安定性能自动恢复平衡，也可通过操纵驾驶杆改变升降舵角度而使飞机恢复俯仰平衡。
(2)横侧平衡。是指作用于飞机机身两侧的滚动力矩彼此相等，使飞机既不向左滚转，也不向右滚转。
影响飞机的横侧平衡的因素主要有燃油的加装和利用方式、货物装载情况和滚动情况、空气流的作用等。因此加油和耗油时都要保持左右机翼等量。尤其对于宽体飞机，装载货物时要保证机身两侧的载量相差不大，同时固定稳固，避免货物在飞机失去横测平衡时向一侧滚动而加重不平衡的程度。
当由于某种原因使飞机失去横侧平衡时，可以通过改变某侧机翼的副翼角度而使飞机恢复横侧平衡。例如当飞机向左侧滚转时，则增大左侧副翼放下角度使左侧升力增大，即使向右滚转的力矩增大，使飞机重新回到横侧平衡状态。
(3)方向平衡。是指作用于飞机两侧的力形成的使飞机向左和向右偏转的力矩彼此相等，使飞机既不向左偏转，也不向右偏转。
影响方向平衡的因素主要有发动机推力和横向风，例如飞机在飞行时一台发动机熄火，则飞机必然向该发动机所在一侧偏向。又如飞机在飞行时，遇到一股横向风，则飞机出现偏向。
当由于某种情况使飞机失去方向平衡时，可以通过改变方向舵角度，使飞机向相反方向偏转，即可使飞机恢复方向平衡。例如飞机向右侧偏向时，则使方向舵向左偏一定角度，产生向左偏转的力矩，使飞机回到原方向来。
由于飞机有俯仰平衡、横侧平衡和方向平衡，因此当飞机同时处于这三种平衡状态时，才说明飞机处于平衡状态。
2.飞机的重心
飞机的各个部位都具有重力，所有重力的合力为整个飞机的重力，飞机重力的着力点为飞机的重心。飞机的重心是一个假设的点，假定飞机的全部重量都集中在这个点上并支撑起飞机，飞机就可以保持平衡。飞机作任何转动都是围绕飞机的重心进行的。飞机重心的位置取决于载量在飞机上的分布，除了在重心位置以外，飞机上任何部位的载重量发生变化，都会使飞机的重心位置发生移动，并且重心总是向载重增大的方向移动。
限制飞机重心位置的原因有：飞机的安定性和飞机的操纵性。
3..重心位置的表示方法
(1)翼弦在飞机机翼上任何部位的横截面中，机翼前部称为机翼前缘，机翼后部称为机翼后缘。前缘和后缘之间的直线段称为机翼的翼弦。由于现代飞机机翼的几何形状不是简单的矩形而常为锥形后掠状，因此飞机机翼上从翼根至翼尖之间每一处的翼弦的长度一般是不相同的。
(2)标准平均翼弦(SMC)。在所有翼弦中，长度等于机翼面积与翼展之比的翼弦称为标准平均翼弦，用SMC表示。
(3)平均空气动力弦(MAC)。假想一个矩形机翼，其面积、空气动力特性和俯仰力矩等都与原机翼相同。该矩形机翼的翼弦与原机翼某处的翼弦长度相等，则原机翼的这条翼弦即为平均空气动力弦，用MAC表示。
每种机型的平均空气动力弦和标准平均翼弦的长度和所在位置都是固定的，都已在飞机的技术说明书中写明。因此就可以把飞机的重心投影到平均空气动力弦上(或标准平均翼弦上，但较少用)，然后以重心投影点与平均空气动力弦的前缘之间的距离占平均空气动力弦长度的百分之几来表示重心的位置。
三、飞机的实际业务载量
飞机实际业务载重量是指飞机上实际装载的旅客、行李、邮件和货物的重量之和。
飞机的大小不同，它的业务载量差别很大，小型飞机只有几百公斤，大型飞机有一百多吨，航空公司在计算实际业务载重量时，行李、邮件、货物的重量按照实际重量计算，旅客的体重重量计算方法，按照民航局对承运人颁布相关规定计算。采用的方法是大型航空器持有人使用标准旅客平均体重，按照成人、儿童、婴儿分别计算，这个重量是依据我国人口普查数据和航空公司抽样调查得出的，是国际上普遍采用的方法，根据我国人口普查数据和旅客出行方式随身携带物品的变化，航空公司可以对这个重量进行修正。对于小型航空器来说所有重量要求采用实际重量，中国民航最早规定国内航班每位成人按72公斤计算，儿童按36公斤计算，婴儿按8公斤计算；国际航班每位成人按75公斤计算，儿童按40公斤计算，婴儿按10公斤计算。但目前由于各航空公司情况不同，采用标准不尽相同，但不论采用什么重量标准都是经过行业主管部门批准的，航空公司不能未经批准改变旅客的标准平均体重。
飞机的业载是动态数据，只有在飞机起飞前半个小时左右才能知道飞机的实际业载，它的准确性直接影响飞行安全。一般而言，大型航空器持有人不会因为飞机超载而把准备登机的旅客拉下，现在的飞机设计非常先进，大型航空器超载的现象很少，即便是真的超载也不会拉下旅客，航空公司首先应该把货物、邮件拉下。
飞机的载重平衡与重量重心的获取
众所周知，飞机是靠空气动力学原理飞上天的。要保证飞机在运行过程中姿态的稳定，飞行员能够从容、灵活的操控飞机，做好飞机的载重平衡工作是重要保障。
1 载重平衡的意义
飞机载重平衡影响飞行员对飞机姿态的控制，同时也影响飞机的燃油消耗，因而对飞行安全和经济效益都有直接的影响。举例来说，如果飞机重心过于靠后，在飞机起飞离地时，可能造成飞机尾部擦地，影响飞行安全。如果飞机的重心过于靠前，在起飞时，就需要飞行员更大的拉杆角度、更大的推力以保证足够的升力，也就需要消耗更多的燃油，对经济性造成影响。另外，特定型号的飞机，其所能承载在的重量是一定的，超过了规定，会对飞机的结构造成损伤，后果可想而知。对于这些情况，如果提前获取了飞机重量重心数据，就可以通过控制货舱载货量；调配货物放置；有针对性安排旅客座次；机组将相关信息输入飞行管理计算机，获得建议的起飞安定面设置等手段进行提前修正，降低飞行的盲目性。
2 重量重心的控制方法
与飞机载重平衡控制直接相关的数据就是飞机的重量和重心。因此，应当有效控制飞机的重量重心并掌握其变化情况。
通常有两种方法来实现控制：一是，在飞机的运营过程中，持续对改变飞机的重量重心的因素进行统计，并随时修正，确保当前数据真实有效；二是，对飞机进行称重，获取飞机的重量重心。
新飞机在交付时，厂家都会对飞机进行称重，获取飞机的重量重心。在之后的投入运营过程中，飞机的空机重量重心会随着灰尘积聚、修理改装、部件更换、构型改变等有所改变。有些改变是可控甚至可忽略的。有些改变是可量化的，例如改装，往往会给出其造成的重量重心改变数据。这时，对原有数据进行修正即可。这种情况，只要做好统计，就能监控飞机的重量重心变化。
有些改变是无法准确统计的，如飞机重新喷漆。另外，长期微小改变的累积，也是不可忽略的。这时就需要通过称重来获取。我国民航局规定的飞机的称重周期为36个月。飞机称重工作通常由有资质的航空公司或委托维修单位执行。
上述两种方法得到的都是飞机的空机数据。再交由航空公司运行部门综合飞机计划添加的燃油量、载客量、航食、行李、货物等信息，得出最终的飞机配载结论，从而保障飞机的安全飞行。
3 称重原理
飞机称重工作，依据的是物理学力矩平衡原理。因飞机处于静止状态，即顺时针转矩和逆时针转矩的合力矩为零。即-W*M+F1*M1 +F2*M2=0或M=(F1*M1+F2*M2)/W，即重心=总力矩/总重量。
4 平均气动力弦与飞机重心
飞机载重平衡，其实质是研究飞机自重与升力之间的`关系。由于飞机的升力主要来自于大翼，而大部分民航客机的大翼外形为根梢比大于1的类梯形不规则形状，不便于对飞机升力的数学分析。为了更准确判定飞机重心与飞机升力在大翼上的作用点之间的纵向位置关系，需要先了解一个概念，即飞机的平均气动力弦。与实际机翼面积相等，气动力矩特性相同的当量矩形机翼弦长即为平均气动力弦弦长(缩写为MAC)。即平均的大翼弦长。是将不规则的大翼假想成翼弦长度相等的矩形。通过控制飞机重心在平均气动力弦上所处的位置，实现对飞机的载重平衡控制。
重心位置通常有三种表征形式：一是，重心到平均气动力弦前缘的纵向距离与平均气动弦长的占比；二是，重心到飞机基准面的纵向距离(即力臂)；三是，基本空重指数，即纯粹为了方便使用，而人为通过常数修正得到的一个正的数值的重心表达形式。
5 机身站位与平衡力臂的关系
如上所述，飞机重心的力臂值即为到基准面的纵向距离。这里需要区分两个概念：机身站位与平衡力臂。不应将这两者混淆。机身站位是为了便于对飞机上的部件、结构或区域进行定位而建立的基准系统；飞机的力臂是属于载重平衡范畴的概念，飞机整体、局部或者任一部件均可对应一力臂值。平衡力臂的数值不一定和此处的机身站位值相同。因为属于不同范畴，机身站位的零基准面和飞机平衡力臂的零基准面也没有直接关系，有时重合，如空客A320系列飞机；有时不同，如737系列飞机。
6 常被采用的称重方式
通常的称重方式有平台式和顶升式两种，两种称重方式各有利弊。
平台式为借助拖车、拖杆将飞机拖到若干个称重平台上，从各平台上读取的重量的和即为飞机总重。此方式的好处为飞机未脱离地面，相对比较安全；而其弊端为需要使用拖车，需要足够大的场地，需要借助测量工具进行辅助数据获取等，综合误差相对大些。
顶升式为传感器型顶升称重仪与千斤顶配合使用，将飞机顶起获取重量重心的一种方法。好处为所需工作场所较小，设备精度较高，人为误差较小；弊端为存在千斤顶顶头脱出，损伤飞机的风险。应谨慎操作。
7 称重时的注意事项
飞机生产厂家通常都提供了推荐的称重方法、工作步骤和要求。在具体的实施过程中，需要注意如下方面，以提高称重结果的准确性：
1)注意排放燃油时飞机的姿态设置。飞机称重所获取的结果为飞机的空重。所谓的空重，为飞机无燃油、无负载状态下的重量。所谓“无燃油”，确切的说，是仅包含不可用燃油。称重前，通过第一步抽油和第二步用重力放沉淀方式从油箱底部的排放口排空油箱内的燃油。但事实上此时油箱内还残留有不可排放的燃油。飞机调整的姿态不同，油箱内残留的燃油量就会不同，动辄有几十公斤的差距，对称重结果影响很大。所以，一定要按照厂家要求，将飞机调整到规定的姿态后，完成燃油排放，才能获得更加准确的数据。
2)机载物品要规定清楚。称重时，要明确知晓飞机的整体状态，包括飞机自身的状态和机上物品配备情况。
飞机自身状态包括燃油情况、各项勤务(液压油、滑油、水、气等)完成情况、各舵面位置、座椅情况等。这些通常都和飞机生产厂家规定保持一致。
而机上物品配备，如机载资料、应急物品、松散物品、航食、行李等，则由于不同国家的规定不同、航空公司控制方式不同、飞机的用途不同等原因，配备形式不尽相同。因此，机上物品配备通常由航空公司自行规定。举例来说，航空公司可能对跨海飞行的飞机标配了救生筏，就可以规定，这些飞机在称重时，救生筏在位。对于公务机来说，某些物品可能是自行配备并长期放置在飞机上的非消耗品，则完全可以规定其作为飞机空重的一部分。
某项机载物品是否计入飞机空重，航空公司应加以明确。建议航空公司给机队的每架飞机或者同类别飞机制作适用于该(类)飞机的机载物品的名目、数量及安装位置，附在称重工卡后面。这样方便了称重工作时物品的清点，也使称重结论更加明确。同时，也便于在统一的标准下，掌握飞机的重量变化规律。
3)获取准确数据。飞机的整个称重过程中，会涉及到数值、长度、位置的读取，应尽量读取稳定读数，使用精度高、分度值小的仪器，减小人为误差。
4)重量重心数据需要进行公式计算，称重报告通常使用EXCEL等软件制作，实现自动计算功能。在加强审核的前提下，可以使报告的生成更加准确、便捷。
飞机是有一定的允许的重量重心变化范围的，运行部门实施配载也是有一定裕度的。但这丝毫不影响获取准确重量重心数据的重要性。只有获取了准确的第一手数据，才能为后续的飞机的载重平衡控制提供支持，为飞机的安全飞行提供保证。
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