（机械工程专业论文）飞机配载管理系统的设计与开发.pdf

中文摘要 论文题目：飞机配载管理系统的设计与开发 学科专业：机械工程 研究生：王彩霞 指导教师：李言教授 摘要 签名： 撕：条 随着国内、外航空业的飞速发展，飞机自身的快捷、方便，越来越被人们青睐。但是 无论任何一种交通运输工具，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。飞机是在空中飞行的运输工具，要求具有更加高的可靠 性和安全性以及更加好的平衡状态，而装载量和装载位置是直接影响飞行安全和飞机平衡 的重要因素。因此严格限制飞机的最大装载量具有更加重要的意义。 本研究从飞机的重量与平衡的角度出发，对飞机载重与平衡的理论进行分析研究，实 现对飞机安全平稳地飞行，进行自动、高效管理。并针对飞机日常配重的手工管理存在的 弊端，开发一套比较全面的飞机配载管理系统，实现对飞机配载及载重日常工作记录与查 询的集成化，协助管理人员准确、迅速地完成繁重的工作。 根据飞机的载重与平衡原理，对其实际业务载重量等进行了详细地分析和计算，对飞 机的俯仰平衡、横侧平衡以及方向平衡进行了分析和讨论，对其重心位置的各类计算方法 进行了研究，确定了平衡飞机的重心位置计算方法。 根据飞机载重与平衡理论，对m a 6 0 飞机的各重量限制数据的采集、重心的计算方法， 燃油分布及耗油方式，舱位情况及货舱限制进行了分析与计算。 对飞机配载管理系统进行了分析和设计，对飞机配载业务流程进行了合理规划，划分 了系统的功能，进行了数据库设计。采用v b 实现软件编程，系统贴近飞机载重分配实际， 人性化设计，运行稳定、功能强大，该软件提供灵活的打印输出等功能。系统操作简单， 通俗易懂，界面简洁，满足了实际配载管理的需要。 关键词：飞机、配载、系统、v b a b s t r a c t t i t l e ：t h ed e s i g na n dt h ed e v e l o p m e n tf o rt h ea l r p l a n e l o a d so fm a n a g e m e n ts y s t e m m a j o r = m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g n a m e = c a i x i aw a n g s u p e r v i s o r - p r o f y a nl i a b s t r a c t s i g n a t u r e ： s i g n a t u r e ： a l o n gw i t hd o m e s t i c ，o u t s i d ea v i a t i o ni n d u s t r y sr a p i dd e v e l o p m e n t ，a i r p l a n eo w nq u i c k l y , c o n v e n i e n t ，m o r ea n dm o r ei sf a v o r e db yt h ep e o p l e b u tr e g a r d l e s so fa n y k i n do f t r a n s p o r t a t i o n t o o l ，a sar e s u l to fo w ns t r u c t u r a ls t r e n g t h ，p a s s e n g e r c a r g oc a b i nc u b a g e ，m o v e m e n tc o n d i t i o n a n dm o v e m e n te n v i r o n m e n t ，a l lm u s th a v et h em o s tl o a dc a p a c i t yl i m i t e d t h ea i r p l a n ei si nt h e a e r i a lf l i g h tt r a n s p o r tt o o l ，t h er e q u e s th a sah i g h e rr e l i a b i l i t ya n dt h es e c u r i t ya sw e l la sab e t t e r s t a t eo fe q u i l i b r i u m ，b u tt h el o a d i n ga n dt h ep o s i t i o no fl o a d si st h ed i r e c ti n f l u e n c ef l i g h ts a f e t y a n dt h ea i r p l a n eb a l a n c ei m p o r t a n tf a c t o r t h e r e f o r el i m i t st h ea i r p l a n et h em o s tl o a dc a p a c i t yt o h a v eam o r ev i t a ls i g n i f i c a n c es t r i c t l y t h i sr e s e a r c he m b a r k sf r o mt h ea i r p l a n ew e i g h ta n dt h eb a l a n c ea n g l e ，t h ea n a l y s i sa n d r e s e a r c ht ot h ea i r p l a n ec a r r y i n gc a p a c i t ya n dt h eb a l a n c et h e o r y , r e a l i z e sf l i g h ts t e a d i l ys a f e l y t ot h ea i r p l a n e ，c a r r i e so n ，t h eh i g h l ye f f e c t i v em a n a g e m e n ta u t o m a t i c a l l y a n da i m sa tt h e a i r p l a n ed a i l yc o u n t e r w e i g h tt h em a n u a lm a n a g e m e n te x i s t e n c ea b u s e ，h a st h ed e s t i n a t i o nt o d e v e l o ps e to fq u i t ec o m p r e h e n s i v ea i r p l a n e st ol o a dt h em a n a g e m e n ts y s t e m ，r e a l i z e sl o a d sa n d t h ec a r r y i n gc a p a c i t yr o u t i n ew o r kr e c o r da n dt h ei n q u i r yi n t e g r a t i o nt ot h ea i r p l a n e ，a s s i s t st h e a d m i n i s t r a t i v ep e r s o n n e la c c u r a t e l y , t oc o m p l e t et h ea r d u o u sw o r kr a p i d l y a c c o r d i n gt oa i r p l a n ew i t hl o a db a l a n c i n gp r i n c i p l e ，t h e i ra c t u a lb u s i n e s sl o a dh a d c o n t a i n e dad e t a i l e da n a l y s i sa n dc a l c u l a t i o no ft h ea i r p l a n ep i t c h i n gb a l a n c e ，h o r i z o n t a ll a t e r a l b a l a n c ea n dd i r e c t i o no fab a l a n c e da n a l y s i sa n dd i s c u s s i o n ，t h el o c a t i o no fi t sc e n t e ro fg r a v i t y v a r i e t yo fm e t h o d sw e r es t u d i e d t od e t e r m i n et h el o c a t i o no ft h ec e n t r eo fg r a v i t yo ft h ea i r p l a n e b a l a n c ec a l c u l a t i o nm e t h o d a c c o r d i n gt oa i r p l a n ew i t hl o a db a l a n c i n gt h e o r y , t h em a 6 0a i r p l a n ew e i g h tl i m i to ft h e d a t ac o l l e c t i o n ，t h em e t h o do fc a l c u l a t i n gt h ec e n t r eo fg r a v i t y , d i s t r i b u t i o na n dc o n s u m p t i o no f 西安理工大学工程硕士学位论文 r u l e ，a c c o m m o d a t i o na n dc a r g or e s t r i c t i o n sa n a l y z e da n dc a l c u l a t e d a s s i g n e dt ot h ea i r p l a n em a n a g e m e n ts y s t e mi nt h ea n a l y s i sa n dd e s i g no ft h ea i r p l a n e c o n t a i n e db u s i n e s sp r o c e s s e sw i t har e a s o n a b l ep l a n ，t h ef u n c t i o n so ft h es y s t e m ，t h ed a t a b a s e d e s i g n u s e sv bt op r o g r a m m i n gs o f t w a r e ，t h es y s t e ml o a dd i s t r i b u t i o nc l o s et ot h ea c t u a l a i r p l a n e ，t h eh u m a nd e s i g n ，o p e r a t i o ns t a b i l i t ya n dp o w e r f u l ，f l e x i b l ep r i n to u t p u tc a p a b i l i t i e s s y s t e mi ss i m p l et ou s e ，s i m p l ei n t e r f a c et om e e tt h ea c t u a ll o a dm a n a g e m e n tn e e d s k e yw o r d s ：a i r p l a n e ；l o a d s ；s y s t e m ；v b i i 独创性声明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：本人所呈交的学位论文是我个 人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同志对本文所论述的工作和成 果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任 论文作者签名：圣垒缒 年月 日 学位论文使用授权声明 本人潍在导师的指导下创作完成毕业论文。本人已通过论文的答辩，并 已经在西安理工大学申请博- k 硕士学位。本人作为学位论文著作权拥有者，同意授权 西安理工大学拥有学位论文的部分使用权，即：1 ) 已获学位的研究生按学校规定提交 印刷版和电子版学位论文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的 学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编人有关数据库进行检索；2 ) 为教学和 科研目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆、资料室 等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。 本人学位论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权西安理工大学研究生部办 理。 ( 保密的学位论文在解密后，适用本授权说明) 兹 论文作者签名：潍 导师签名：弛年月日 1 研究背景及意义 1 1 飞机配载研究概况 飞机配载是飞机在运营过程中每一架次的载重与平衡的配算，即根据飞机重心的特点 及有关的技术数据合理地、科学地安排飞机上的旅客、行李、货物、邮件的位置，使飞机 的实际起飞重量的重心、无油重量的重心及着陆重量的重心处于许可的范围内，从而保证 飞机安全、经济地抵达目的地。 无论任何一种交通运输工具，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。飞机是在空中飞行的运输工具，要求具有更加高的 可靠性和安全性以及更加好的平衡状态，而装载量和装载位置是直接影响飞行安全和飞机 平衡的重要因素。因此严格限制飞机的最大装载量具有非常重要的意义。 飞机的最大装载量受到飞机的设计制造者规定的飞机的最大起飞重量、最大着陆重 量、最大无油重量的限制以及飞机的基本重量、起飞油量、航段耗油量、飞机的最大业载 限额( 由飞机的设计制造者规定) 等因素的制约。由于飞机在运营过程中飞机装载的货物、 人数、货物体积的变化，采用手工计算的方式来确定和检测配载是否合理在实际中具有很 大的缺陷，这种缺陷包括准确程度是否在有效范围，是否能快速有效的重复计算以适应运 营的需要。采用手工计算在这些项目上都受到比较大的限制。使用计算机软件采用与手工 计算相同的计算方法来代替人工计算的方式，能做到更加迅速、快捷、准确、安全，同时 减少了手工操作的失误。 中国一航西安飞机公司开发的m a 6 0 飞机，在交货过程中需要满足客户运营需求，为 该型号飞机提供其运营配载管理系统来对该型号飞机每次飞行的配载信息进行管理。以确 保该型号飞机在执行飞行任务中不会出现超过飞机最大业务载重量，确保飞行安全，避免 超载飞行，导致飞行事故。该型号飞机不仅在国内使用，而且在国外的许多国家也在使用。 必须在语言上考虑不同国家的语言差异，文化差异；同时这种机型既可以作为货机，也可 以作为客货混装飞机，需要提供不同的软件版本以考虑交货飞机在配重方式上存在的差 异。 1 2 研究意义 1 2 1 减少出错概率 利用配载管理系统替代人工管理，利用自动化处理替代人工操作，能够最大程度上减 少出错的概率，减少人为因素而造成的错误，达到飞机在航程过程中更加安全的目的。从 长远的发展方向看，建立飞机配载管理系统也是必需的，因为随着市场的需要，同类机型 飞行航班的增长，飞机配载次数也要增加，飞机配载次数的增加势必需要效率更高、准确 度更高的飞机配载检验标准，只有采用先进的技术解决方案，才能更好的适应以后飞行市 场日益发展的趋势。 西安理工大学工程硕士学位论文 1 2 2 提高工作效率 传统的配载管理方式是人工将飞机各个区域的重量情况进行统计，通过公式计算出整 个飞机的配载情况。因为是人工操作，如果赶上机场飞机进出场频繁的时候，可能因为工 作量大、工作强度高，从而造成计算错误，导致飞机飞行安全因素；采用配载管理系统后， 可大大降低工作人员的工作强度和工作难度，配载工作人员只需把本次航班各个区域的载 重情况输入系统，具体计算整机的配载情况由系统自动完成，自动计算出本次航班的起飞 重心和着陆重心，并形成指数图，从而达到了提高工作效率的目标。 1 2 3 便于管理 由于采用飞机配载管理软件，对飞机每次航班的配载情况的数据，都会在计算机中以 软件的方式统一管理，方便对于同类型飞机的配载信息进行统计和利用。彻底抛弃手工作 业工程，解决纸质统计，登记等老大难问题，直接在系统中打印即可。将复杂的工作过程 变为简单的操作过程，以全新的流程化、操作简易化、管理方便化的面貌出现。 1 3 本课题的研究目标 本文主要完成在保持航班飞行安全的情况下，完全消除因人为的因素导致飞机配载统 计出错，使人为因素出错率降低到零。能自动统计出每次航班的各区域的配载数据、计算 整机起飞重心和着陆重心，并绘制出每次航班的整机起飞重心和着陆重心指数图。根据上 述的目标，本论文的内容安排如下： 1 、飞机配载管理系统的研究背景和意义；阐述了本文的研究背景概况，说明研究目 标。 2 、飞机载重与平衡原理；针对飞机的结构，根据飞机载重和平衡理论，分析飞机的 载重计算和飞机平衡及重心计算的各种方法。 3 、m a 6 0 飞机的重量与平衡分析；针对m a 6 0 这种类型的飞机，依据第2 部分的理论 分析，进行其重心和重量的确定，对燃油情况、舱位、乘员以及空机重量进行分析和计算。 4 、m a 6 0 飞机配载管理系统实现；针对上述分析，对配载管理系统进行系统的规划和 流程分析，设计其功能结构，并采用v b 和a c c e s s 数据库实现系统。 5 、总结和展望。 2 2 飞机载重与平衡原理 2 飞机载重与平衡原理 2 1 飞机的基本结构 固定翼飞机的机体由机身、机翼、尾翼和起落架四个主要部件组成 1 ，如图2 - 1 所 示。机体各部件由多种材料组成，并通过铆钉、螺栓、螺钉、焊接或胶结而连接起来。飞 机各部件由不同构件构成，各构件被用来传递载荷或承受应力。 卜螺旋桨2 一副翼3 一水平安定面4 一水平尾翼5 一垂直安定面6 一方向舵7 一升降舵8 一襟翼 9 一起落架1 0 - 动力装置1 1 一起落架1 2 - 机身 图2 - 1 飞机的组成 f i g 2 - 1a i r p l a n ec o m p o s i t i o n 飞机在飞行中，作用于飞机上的载荷主要有飞机的重力、升力、阻力和发动机推力。 在不同的飞行状态，各载荷会有不同的变化。当飞机受到不稳定气流的影响时，飞机的升 力会发生很大变化；当飞机着陆接地时，飞机除了承受上述载荷外，还要承受地面撞击力。 在飞机承受的各种载荷中，以升力和地面撞击力对飞机的影响最大。 2 2 飞机载重与平衡的重要性 飞机是一部动力机械，在安全和有效的飞行中要求受到的所有的力严格平衡。可见， 飞机的平衡问题是飞机安全的基本保证。 2 2 1 载重与平衡的目的 调整飞机载重与平衡的主要目的是为了安全，其次是为了在飞行中达到最高效率。从 升限、机动性、上升率、速度和燃料消耗的观点看，不恰当的装载会降低飞机的效率。它 西安理工大学工程硕士学位论文 可能使飞机不能进行到底，甚至飞机根本不能起飞，也可能发生机毁人亡的严重后果。 所有民用飞机的空机重量和相应的重心必须在发给合格证时测定。 2 2 2 常见的载重与平衡问题 关于飞机载重与平衡问题分为三种类型：超过最大载重、前部载重太大、后部载重太 大。 a 如果飞机超载将发生下列情况： ( 1 ) 需要较长的跑道长度； ( 2 ) 较小的爬升角和较高的速度； ( 3 ) 降低结构安全系数； ( 4 ) 增加失速速度； ( 5 ) 要求发动机功率较大。 b 如果飞机重心太靠前，将发生下列情况： ( 1 ) 飞机会有俯冲的趋势； ( 2 ) 稳定性降低； ( 3 ) 要求有较大的发动机功率。 c 如果飞机重心太靠后，将发生下列情况： ( 1 ) 飞机速度下降； ( 2 ) 发生失速较快； ( 3 ) 稳定性降低； ( 4 ) 需要较大的发动机功率。 上述任何一种情况，都可能导致严重的后果。 2 3 载重与平衡的理论 载重与平衡的基本原理非常简单，它犹如由一个点支撑的杠杆处于水平位置时表现的 力的平衡状态一样。重量的影响与重力离支点的距离成正比。为使杠杆达到平衡，必须合 理来分配重量。假如飞机以一个想象点悬挂起来而仍然保持水平，就表明飞机达到了平衡。 这一点也就是飞机的理论重心位置。一架飞机处于平衡状态时并不需要完全水平，但它必 须相当接近于这种状态。只要适当地安置装载物，使飞机装载后的平均力臂落在中心范围 内。这个范围的主要位置，各型飞机均有详细说明。一般可以从下述资料中得到： 飞机的技术规范 飞机的使用限制 飞机的飞行手册 飞机重量与平衡报告 4 2 3 1 重量与平衡术语 a 基准面 基准面是飞机处于平飞姿态时，为考虑平衡问题所选取的假想垂直面，而全部水平距 离都是相对于该基准面测量的。它是一个垂直于纵轴的平面。对于每一种飞机成品的设备、 油箱、行李间、座位、发动机、螺旋桨等的位置，都是从这个基准面算起的，列入飞机说 明书里。至于基准面的位置，则没有固定的标准，由飞机制造厂家选择。常见的采用的基 准面，如图2 2 所示。 图2 2 基准面的位置 f i g 2 2d a t u mp l a n ep o s i t i o n b 重心 一架飞机的重心就是对于该点的低头力矩和抬头力矩在量值上正好相等的那一点。如 果从这点上悬挂飞机，将没有上仰或下俯以及任何一方旋转的趋势。重心的位置( c g ) 是从 基准面算起的。 c 最大起飞重量( g k t o w ) 飞机的最大起飞重量是由飞机制造厂家规定的，在一定条件下适用的飞机在起飞线加 大马力起飞滑跑时全部重量的最大限额。 限定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。 d 最大着陆重量( g m l w ) 飞机的最大着陆重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。 限定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。 e 最大零燃油重量( g m 硎) 飞机的最大无油重量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 重量，主要是考虑机翼的结构强度。 f 使用空机重量( g o e w ) 5 西安理工大学工程硕士学位论文 飞机的使用空机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 ) 制造空机重量( g m e w ) 。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 履历册内。 空机重量所包含的内容，各机型可能不一致，使用和计算时应按各机型的重量项目规 定执行。 ( 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”。 ( 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。 以上( 2 ) 一( 5 ) 合称为公务重量( g s - ) g 起飞油量( t o f ) 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( t f w ) ，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： 砑肚嘭q ( 2 1 ) 其中：s 脏航段距离： v _ 飞机平均地速； q 飞机平均小时耗油量； ( 2 ) 备用油量( r f w ) ，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4 5 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，需要让飞机 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。 由定义可知，备用油量的计算公式如下： 腓伊4 5 x p ( 2 2 ) 其中：s 目的站与其备用降机场距离； 卜飞机平均地速； 6 q 飞机平均小时耗油量； 由起飞油量的组成可知，起飞油量应按如下公式计算： t o f = t f l l + r f w( 、2 3 、) ( 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。除此之外，它还有以下作用： a 平衡飞机。飞机的油箱一般分为主油箱、副油箱和中央油箱。除去中央油箱位于机 身部位以外，其他油箱都分布在两侧机翼内。 飞机携带的燃油，主要加在机翼油箱内。由于飞机的翼展较大，因此机翼内的燃油可 以加强飞机的横侧平衡。当航线上有较强气流时，机翼内( 尤其是靠近翼尖部位的油箱内) 多加燃油可以加强飞机的平稳程度。为了保证飞机的横侧平衡，在给飞机加油时，要使左 右机翼所加油量相同；在使用时也需左右机翼内的燃油对称使用。某些机型由于设计等方 面的原因，飞机在停机坪上处于不平衡状态，需要加一部分燃油使飞机保持平衡。 b 保护机翼不受损坏 如前所述，在飞机起飞和飞行时，机翼内燃油的重量可以抵消掉一部分升力，使作用 于机翼上向上弯曲的扭矩减小，保护机翼不受损坏。因此在加油时，一般先加机翼油箱， 然后再加中央油箱；耗油时则按相反顺序进行。 c 减少飞行成本 飞机从燃油价格较低的航站起飞时，如果剩余业载较多，则可额外多加一部分燃油， 以减少飞机回程时在燃油价格较高的航站的加油量，节省飞行成本费用。 d 飞机携带油量的多少对可装载的业载量有直接的影响。一般情况下，飞机携带的油 量越多，可装载的业载越少。所以为了既保证航班飞行安全，又要提高可装载业载量，应 该正确合理地计算飞机的起飞油量。 h 平均空气动力弦( m a c ) 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出的翼弦长度相等，则原机翼的这条翼弦即为平均空气动力弦，用 m a c 表示，如图2 3 所示。 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。 以m a c 的百分率表示的c g 位置，可按下述步骤计算： 找出空机重量重心到基准面的距离：m ； 找出m a c 前缘到基准面的距离：n ； 7 西哥理工大学工程硕士学位论五 找山两个距离之间的差位：厨= 删： 以m a c 的陡度去除这个差值：r m a c ； 将得数乘以l 0 0 9 6 ； c g = 夕乙c 1 0 0 其中：c g 一飞机重心位置 图23 平均空气动力弦的禽义 f i 9 23 a e r o d y n a m i cc h o r d m e a n i n g i 最大业载限颧( g 删) 飞机的最大业务载重量限额是飞机制造厂根据该型飞机的结构强度和各种性能要求 所规定的最大业载装载量限额。在对飞机进行装载时实际装载量也不应超过飞机的最大 业务载重量限额。 计算晟大业务载重量的意义是： ( 1 ) 确保飞行安全，避免超载飞行。超载飞机表现出的最主要问题有：a 需要较高的 起飞速度：b 需要较长的起飞跑道；c 减小了爬升速度和角度，降低丁最大爬升高度：d 缩短了航程；e 降低了巡航速度；p 降低了操纵灵活性：g 需要较高的落地速度：h 需要 较长的落地滑行距离。 这些降低飞机效率的因素在某些情况下可能并不会有严重影响，但如果发生机翼表面 结冰或发生故障等情况时，则可能造成极其严重的后果。因此实际的业务载重量绝对不应 超过本次航班的最大业务载重量，否则将造成飞机超载。 ( 2 ) 充分利用飞机的装载能力，尽量减少空载。 计算出飞机的最大业务载重量和实际业务载重量后，就可以知道航班的剩余业载有多 少。此时如果还有旅客要求乘坐本次航班旅行或者还有可由本航班运出的货物的话，则可 适量地接收旅客和货物，最大限度地减少航班的空载，提高飞机的客座利用率和载运率， 进而提高运输经济效益。 j 最大滑行重量( g ) 受强度和适航要求限制的地面机动最大重量，它包括滑行和启动燃油的重量。 k 实际业务载重量( g i 【卅) 实际业务载重量是指飞机上实际装载的旅客、行李、货物和邮件的重量之和。 i 飞机修正后基本重量( g 脚) 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，此时需要在基本重量的基础上进 行相应的修正。一般每增减1 名机组人员，按8 0 公斤计算，其他项目重量按实际重量的 增减量计算。修正后的基本重量反映了执行航班任务的飞机的实际情况，因此在计算最大 业务载重量时应采用修正后的基本重量。 2 3 2 载重与平衡的极端情况 这种只是指飞机重心位置在前极限位置和后极限位置时的情况。 飞机具有靠前和靠后的两个固定点。在飞行中的任何时候，飞机重心不允许超出两点， 因此应该进行验算，以确保空勤机组、乘客、货物和消耗性重量增加或减少时飞机重心不 会移到界限以外。如果超过界限且飞机还在这样的条件下飞行，则会导致飞机的稳定性不 好，给操纵飞机带来困难。 a 前极限的载重与平衡验算 进行验算需要的资料：空飞机的重量、力臂和力矩；位于重心前极限之前的各有用载 重项目的最大重量、力臂和力矩；位于重心前极限之后的各有用载重项目的最小重量、力 臂和力矩。 b 后极限的载重与平衡验算 进行验算需要的资料：空飞机的重量、力臂和力矩；位于重心后极限之后的各有用载 重项目的最大重量、力臂和力矩；位于重心后极限之前的各有用载重项目的最小重量、力 臂和力矩。 2 3 3 重心的移动 a 永久压舱物 如果组装后的飞机重心落在允许的范围之外，则可以通过增加永久压舱物使其重心返 回到允许的范围。压舱物用在飞机上，是为了获得所需重心平衡。它一般是铅棒或铅板， 用螺钉固定在飞机结构上。 b 临时压舱物 临时压舱物或可拆装的压舱物，是为了满足某些需要经常改变装载用的物体，它一般 采用铅粒袋、沙袋或其他非永久设置的形式。 c 用压舱物调节飞机重心 如图2 - 4 所示，一架飞机，一台发动机改装并使飞机重心在空机重心前极限前c 英 寸，此时重心在基准面之后a 英寸之处。如要把重心移回到极限范围内，用在尾部加压舱 9 西安理工大学工程硕士学位论文 物的方法，将配重安装在基准面之后b 英寸处。由下式可求出配重重量g g = ( c g 脏一口一c ) 其中：g m e r 空机重量；a ，b ，c ，如图2 4 中标注。 图2 - 4 匕机配重的确定 f i g 2 - 4a i r p l a n ec o u n t e r w e i g h td e t e r m i n a t i o n 2 4 飞机的载重 飞机是在空中飞行的运输工具，要求具有高的可靠性和安全性以及好的平衡状态，而 装载量和装载位置是直接影响飞行安全和飞机平衡的重要因素。因此严格限制飞机的最大 装载量具有更加重要的意义。 飞机的最大装载量受到由飞机的设计制造者规定的飞机的最大起飞重量、最大着陆重 量、最大无油重量的限制以及飞机的基本重量、起飞油量、航段耗油量、飞机的最大业载 限额( 由飞机的设计制造者规定) 等因素的制约。 2 4 1 实际业务载重量的计算方法 a 方法一： 由于飞机的起飞重量、着陆重量和零燃油重量的实际值不应超过各自的最大值，因此 应有 g m b 缈+ t o f - i - g f o 1 g 0 m 矿 ( 2 4 ) g m b + r f w + g ，d 矿2 g m l ( 2 5 ) g 矽+ g t ，d 3 g 0 z f 形 ( 2 6 ) 从以上三式可以分别得到三个实际业务载重量，飞机的实际业务载重量应为其中的最 小者，并且不应超过飞机的最大业务载重量限额，因此应有： g ：o ，= m i n ( g f o l ，锄露，g f o w 3 ，锄以( 2 7 ) b 方法二： 由式( 2 4 ) 、( 2 5 ) 、( 2 6 ) 可得： 矿1 = g 矿- i - t o f + g f o 矿1 g u l 矿= g 矿+ r f 形+ 6 k 矿2 l o ( 2 8 ) ( 2 9 ) = g 肿+ g 阳3 ( 2 1 0 ) 在式( 2 9 ) 中等号左右端同时加上航段耗油量，则有： g m l + t f w = g + t o f + g r o 2 ( 2 1 1 ) 在式( 2 1 0 ) 中等号左右端同时加上起飞油量，则有： 6 0 抒伊+ t o f = g 矿+ t o f + g r o 3 ( 2 1 2 ) 令式( 2 1 1 ) 左端为最大起飞重量2 ，式( 2 1 2 ) 左端为最大起飞重量3 ，即： q 仃d 矿2 = g m l + t f w ( 2 1 3 ) g 册3 = g 尥邢+ 冗坍 ( 2 1 4 ) 则由公式( 2 8 ) 、( 2 1 3 ) 、( 2 1 4 ) 可知，要求g f o w l 、g f o w 2 、g f o w 3 中的最小者，实际 上就对应于求g m ，伽l 、g m o w 2 、g m 删3 中的最小值。 因此可以先求出g m t o w l 、g m t o w 2 、g m t o w 3 中的最小值，然后减去t o f 和g m b w ，其差 值再与该机型的最大业载限额g m p w 进行比较，其中较小者便为本次航班的最大业务载重 量。即：m i n g m t 0 w 1 ，g m t o w 2 ，g m t o w 3 一t o f g m b w g m p w 在实际工作中多采用此方法。 2 4 2 过站业载的计算 对于多航段航班的中途站来说，除了要正确计算本站的最大业务载重量以外，还要准 确确定本站的过站业载，然后从最大业务载重量中扣除过站业载，才是本站可以利用的业 务载重量。 确定过站业载的根据是始发站或本站的后方站发来的载重电报，凡是由始发站和后方 站运往本站的前方站的客货业载都是本站的过站业载。 2 5 飞机的平衡 2 5 1 飞机的平衡 平衡指的是一架飞机的重心位置，它对飞机的稳定性、可控性以及飞行安全是极其重 要的。 飞机的平衡直接受到各部分作用力的影响，如空气对飞机的作用力、飞机上装载的业 载重量对飞机的作用力等。作用于飞机各部位的力，如果不是通过飞机的重心，就要对飞 机的重心构成力矩，促使飞机发生转动。引起飞机上仰或下俯的力矩叫俯仰力矩；引起飞 机向左侧或右侧倾斜的力矩叫滚转力矩；引起飞机向左方或右方转向的力矩叫偏转力矩。 由于力矩有三种，因此飞机的平衡也有三种，即俯仰平衡、横侧平衡和方向平衡。 a 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和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。因此配 西安理工大学工程硕士学位论文 载人员在安排旅客的座位时，除去按照舱位等级与旅客所持客票的票价等级相当来安排之 外，在对重心影响较小的舱位尽量多安排旅客，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，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。 b 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，以及空气流的作用等。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侧平 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。 c 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 5 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。 a 限制飞机重心位置的原因 存在飞机的安定性和飞机的操纵性。 b 重心位置的表示方法 1 2 ( 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( s m c ) 。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s m c 表示。 ( 3 ) 平均空气动力弦( m a c ) 。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。 y c g = 譬1 0 0 m a c ( 2 1 5 ) 其中：c g - 一重心位置 x t 重心投影点与平均空气动力弦的前缘之间的距离 b 一平均空气动力弦的长度 c 重心位置的计算方法 ( 1 ) 代数法 从俯仰平衡的角度来看，飞机的重心是下俯力矩( 即低头矩) 和上仰力矩( 即抬头矩) 在数量上相等的一点。 空飞机的重量和重心位置都可以在飞机的履历册中查出。在空飞机上增加重量，只要 不是在空飞机的重心位置上增加，就会使飞机的重心位置发生移动。至于移动的方向和距 离则取决于增加重量的位置和多少。同样在飞机上减去重量，也将使飞机的重心位置发生 移动。为了便于求算飞机装载后的重心位置，可以根据计算的需要，在飞机机身中轴线 p 基准面 ： 平均臂长 图2 - 5 飞机重心的示意图 f i g 2 5a i r p l a n ec e n t e ro fg r a v i t ys c h e m a t i cd r a w i n g 上指定一点作为基准点。飞机的每项重量与基准点的水平距离，就是该项重量的力臂。每 项重量乘以它的力臂就是该项重量构成的力矩。在计算飞机的重心位置时，一般假设机头 向左方，因此如果某项重量的位置在基准点的左侧，则它的力臂取负值，构成的力矩项对 西安理工大学工程硕士学位论文 于基准点为低头力矩；如果某项重量的位置在基准点的右侧，则它的力臂取正值，构成的 力矩项对于基准点为抬头力矩。凡是加在飞机上的重量都取正值，凡是从飞机上取下的重 量都取负值。按照这个规定逐一计算出各项重量( 包括空机重量) 构成的力矩值，为负值 时为低头矩，得正值时为抬头矩。把所有力矩值加总得到力矩总和。由于合力绕任何一点 的力矩等于各个分力绕该点的力矩之和，即： 总重量m = 所有力矩之和 因此有： 重心相对于基准点距离= 所有力矩和总重量 ( 2 1 6 ) 由于事先指定了基准点的位置，因此知道了重心相对于基准点的距离，就得到了重心 的实际位置。式( 2 1 6 ) 的值为正时，表示重心在基准点的右侧；如为负值，则表示重心 在基准点的左侧。知道了飞机重心的实际位置和平均空气动力弦的位置及长度，就可由式 ( 2 1 5 ) 表示出飞机的重心位置。 计算飞机装载后的重心位置的原理及方法和上例相同，只是由于飞机机身更长，装载 重量更大，装载项目更多，因此数字更大，计算更复杂而已。 ( 2 ) 站位法 站位是用以表示飞机上任何一点的位置的一种度量单位。在设计、制造飞机时，厂家 选定某一点为站位基准点，该点处定义为0 站位，而其他任何点相对于站位基准点的距离， 则称为此任意点的站位。一般也取站位基准点右侧各点的站位为正值，左侧各点的站位为 负值，这样只要确定了站位基准点的位置，则飞机上任何一点的站位均可确定，飞机上各 个装载项目所在站位数可以直接作为该项目的力臂值。则用重量与力矩的关系计算出飞机 重心的站位。 ( 3 ) 指数法 指数法是为了便于计算飞机的重心位置而采用的一种和力矩有一定关系的数值，这种 数值是人为制定的。目前很多种机型在载重平衡的计算中采用指数，所用指数大体可以分 为两类，一类是以力矩数作为基数按照一定的规定换算成指数，另一类是以平均空气动力 弦百分比作为基数，按照一定的规定换算成指数。 a 以力矩数为基数的指数 计算飞机的重心时，大量的运算是计算各项重量的力矩数。空飞