飛機的載重平衡與重量重心的獲取

【摘 要】保證飛機的安全飛行，需要控制飛機的載重平衡。要實現對飛機的載重平衡的有效控制，必然需要準確獲取和把握飛機的重量重心數據。如何才能準確的獲取相關數據？除了需要對飛機的載重平衡及稱重方法有明確的認識以外，應規定稱重時的飛機狀態和規范稱重時的機載物品，這樣才能更加準確的獲取飛機的重量重心數據。

【關鍵詞】載重平衡；平均氣動力弦；重心；站位與力臂；力矩平衡

0 引言

眾所周知，飛機是靠空氣動力學原理飛上天的。要保證飛機在運行過程中姿態的穩定，飛行員能夠從容、靈活的操控飛機，做好飛機的載重平衡工作是重要保障。

1 載重平衡的意義

飛機載重平衡影響飛行員對飛機姿態的控制，同時也影響飛機的燃油消耗，因而對飛行安全和經濟效益都有直接的影響。舉例來說，如果飛機重心過于靠后，在飛機起飛離地時，可能造成飛機尾部擦地，影響飛行安全。如果飛機的重心過于靠前，在起飛時，就需要飛行員更大的拉桿角度、更大的推力以保證足夠的升力，也就需要消耗更多的燃油，對經濟性造成影響。另外，特定型號的飛機，其所能承載在的重量是一定的，超過了規定，會對飛機的結構造成損傷，后果可想而知。對于這些情況，如果提前獲取了飛機重量重心數據，就可以通過控制貨艙載貨量；調配貨物放置；有針對性安排旅客座次；機組將相關信息輸入飛行管理計算機，獲得建議的起飛安定面設置等手段進行提前修正，降低飛行的盲目性。

2 重量重心的控制方法

與飛機載重平衡控制直接相關的數據就是飛機的重量和重心。因此，應當有效控制飛機的重量重心并掌握其變化情況。

通常有兩種方法來實現控制：一是，在飛機的運營過程中，持續對改變飛機的重量重心的因素進行統計，并隨時修正，確保當前數據真實有效；二是，對飛機進行稱重，獲取飛機的重量重心。

新飛機在交付時，廠家都會對飛機進行稱重，獲取飛機的重量重心。在之后的投入運營過程中，飛機的空機重量重心會隨著灰塵積聚、修理改裝、部件更換、構型改變等有所改變。有些改變是可控甚至可忽略的。有些改變是可量化的，例如改裝，往往會給出其造成的重量重心改變數據。這時，對原有數據進行修正即可。這種情況，只要做好統計，就能監控飛機的重量重心變化。

有些改變是無法準確統計的，如飛機重新噴漆。另外，長期微小改變的累積，也是不可忽略的。這時就需要通過稱重來獲取。我國民航局規定的飛機的稱重周期為36個月。飛機稱重工作通常由有資質的航空公司或委托維修單位執行。

上述兩種方法得到的都是飛機的空機數據。再交由航空公司運行部門綜合飛機計劃添加的燃油量、載客量、航食、行李、貨物等信息，得出最終的飛機配載結論，從而保障飛機的安全飛行。

3 稱重原理

飛機稱重工作，依據的是物理學力矩平衡原理。因飛機處于靜止狀態，即順時針轉矩和逆時針轉矩的合力矩為零。即-W*M+F1*M1 +F2*M2=0或M=（F1*M1+F2*M2）/W （圖1），即重心=總力矩/總重量。

4 平均氣動力弦與飛機重心

飛機載重平衡，其實質是研究飛機自重與升力之間的關系。由于飛機的升力主要來自于大翼，而大部分民航客機的大翼外形為根梢比大于1的類梯形不規則形狀，不便于對飛機升力的數學分析。為了更準確判定飛機重心與飛機升力在大翼上的作用點之間的縱向位置關系，需要先了解一個概念，即飛機的平均氣動力弦。與實際機翼面積相等，氣動力矩特性相同的當量矩形機翼弦長即為平均氣動力弦弦長（縮寫為MAC）。即平均的大翼弦長。是將不規則的大翼假想成翼弦長度相等的矩形（圖2）。通過控制飛機重心在平均氣動力弦上所處的位置，實現對飛機的載重平衡控制。

重心位置通常有三種表征形式：一是，重心到平均氣動力弦前緣的縱向距離與平均氣動弦長的占比（圖2）；二是，重心到飛機基準面的縱向距離（即力臂）（圖3）；三是，基本空重指數，即純粹為了方便使用，而人為通過常數修正得到的一個正的數值的重心表達形式。

5 機身站位與平衡力臂的關系

如上所述，飛機重心的力臂值即為到基準面的縱向距離。這里需要區分兩個概念：機身站位與平衡力臂。不應將這兩者混淆。機身站位是為了便于對飛機上的部件、結構或區域進行定位而建立的基準系統；飛機的力臂是屬于載重平衡范疇的概念，飛機整體、局部或者任一部件均可對應一力臂值。平衡力臂的數值不一定和此處的機身站位值相同。因為屬于不同范疇，機身站位的零基準面和飛機平衡力臂的零基準面也沒有直接關系，有時重合，如空客A320系列飛機；有時不同，如737系列飛機。

6 常被采用的稱重方式

通常的稱重方式有平臺式和頂升式兩種，兩種稱重方式各有利弊。

平臺式為借助拖車、拖桿將飛機拖到若干個稱重平臺上，從各平臺上讀取的重量的和即為飛機總重。此方式的好處為飛機未脫離地面，相對比較安全；而其弊端為需要使用拖車，需要足夠大的場地，需要借助測量工具進行輔助數據獲取等，綜合誤差相對大些。

頂升式為傳感器型頂升稱重儀與千斤頂配合使用，將飛機頂起獲取重量重心的一種方法。好處為所需工作場所較小，設備精度較高，人為誤差較小；弊端為存在千斤頂頂頭脫出，損傷飛機的風險。應謹慎操作。

7 稱重時的注意事項

飛機生產廠家通常都提供了推薦的稱重方法、工作步驟和要求。在具體的實施過程中，需要注意如下方面，以提高稱重結果的準確性：

1）注意排放燃油時飛機的姿態設置。飛機稱重所獲取的結果為飛機的空重。所謂的空重，為飛機無燃油、無負載狀態下的重量。所謂“無燃油”，確切的說，是僅包含不可用燃油。稱重前，通過第一步抽油和第二步用重力放沉淀方式從油箱底部的排放口排空油箱內的燃油。但事實上此時油箱內還殘留有不可排放的燃油。飛機調整的姿態不同，油箱內殘留的燃油量就會不同，動輒有幾十公斤的差距，對稱重結果影響很大。所以，一定要按照廠家要求，將飛機調整到規定的姿態后，完成燃油排放，才能獲得更加準確的數據。

2）機載物品要規定清楚。稱重時，要明確知曉飛機的整體狀態，包括飛機自身的狀態和機上物品配備情況。

飛機自身狀態包括燃油情況、各項勤務（液壓油、滑油、水、氣等）完成情況、各舵面位置、座椅情況等。這些通常都和飛機生產廠家規定保持一致。

而機上物品配備，如機載資料、應急物品、松散物品、航食、行李等，則由于不同國家的規定不同、航空公司控制方式不同、飛機的用途不同等原因，配備形式不盡相同。因此，機上物品配備通常由航空公司自行規定。舉例來說，航空公司可能對跨海飛行的飛機標配了救生筏，就可以規定，這些飛機在稱重時，救生筏在位。對于公務機來說，某些物品可能是自行配備并長期放置在飛機上的非消耗品，則完全可以規定其作為飛機空重的一部分。

某項機載物品是否計入飛機空重，航空公司應加以明確。建議航空公司給機隊的每架飛機或者同類別飛機制作適用于該（類）飛機的機載物品的名目、數量及安裝位置（最好是圖示），附在稱重工卡后面。這樣方便了稱重工作時物品的清點，也使稱重結論更加明確。同時，也便于在統一的標準下，掌握飛機的重量變化規律。

3）獲取準確數據。飛機的整個稱重過程中，會涉及到數值、長度、位置的讀取，應盡量讀取穩定讀數，使用精度高、分度值小的儀器，減小人為誤差。

4）重量重心數據需要進行公式計算，稱重報告通常使用EXCEL等軟件制作，實現自動計算功能。在加強審核的前提下，可以使報告的生成更加準確、便捷。

8 結束語

飛機是有一定的允許的重量重心變化范圍的，運行部門實施配載也是有一定裕度的。但這絲毫不影響獲取準確重量重心數據的重要性。只有獲取了準確的第一手數據，才能為后續的飛機的載重平衡控制提供支持，為飛機的安全飛行提供保證。

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[責任編輯：謝慶云]