تعد بيانات وزن وتوازن الطائرة معلومات مهمة للطيار الذي يجب إعادة تقييمه بشكل متكرر. على الرغم من وزن الطائرة أثناء عملية التصديق ، إلا أن هذه البيانات غير صالحة إلى أجل غير مسمى. تؤثر تغييرات أو تعديلات المعدات على بيانات الوزن والتوازن. في كثير من الأحيان يقلل الطيارون من وزن الطائرة وتوازنها إلى “قاعدة عامة” مثل: “إذا كان لدي ثلاثة ركاب ، يمكنني تحميل 100 جالون فقط من الوقود ؛ أربعة ركاب و 70 جالونًا.”

يجب أن تكون حسابات الوزن والتوازن جزءًا من كل موجز مسبق. لا تفترض أبدًا أن ثلاثة ركاب لديهم نفس الوزن دائمًا. بدلاً من ذلك ، قم بإجراء حساب كامل لجميع العناصر التي سيتم تحميلها على الطائرة ، بما في ذلك الأمتعة ، وكذلك الطيار والراكب. يوصى بوزن جميع الأكياس لإجراء حساب دقيق لكيفية وضع CG للطائرة.

تم التأكيد على أهمية CG في مناقشة الاستقرار والتحكم والأداء. يتسبب التوزيع غير المتكافئ للحمل في وقوع حوادث. يفهم الطيار المختص تأثيرات CG على الطائرة ويحترمها. الوزن والتوازن عنصران حاسمان في استخدام الطائرة إلى أقصى إمكاناتها. يجب أن يعرف الطيار مقدار الوقود الذي يمكن تحميله على الطائرة دون انتهاك حدود CG ، بالإضافة إلى حدود الوزن للقيام برحلات طويلة أو قصيرة مع أو بدون مجموعة كاملة من الركاب المسموح بهم. على سبيل المثال ، تحتوي الطائرة على أربعة مقاعد ويمكنها حمل 60 جالونًا من الوقود. كم عدد الركاب الذين يمكن للطائرة حملها بأمان؟ هل يمكن شغل كل هذه المقاعد في جميع الأوقات بأحمال الوقود المتفاوتة؟ أربعة أشخاص يزن كل منهم 150 رطلاً يؤدي إلى حساب وزن وتوازن مختلفين عن أربعة أشخاص يزن كل منهم 200 رطل. السيناريو الثاني يحمل 200 رطل إضافي على الطائرة ويساوي حوالي 30 جالونًا من الوقود.

قد يضع الوزن الإضافي أو لا يضع CG خارج مظروف CG ، ولكن يمكن تجاوز الحد الأقصى للوزن الإجمالي. يمكن أن يؤدي الوزن الزائد إلى إرهاق الطائرة وتدهور الأداء.

يتم اعتماد الطائرات للوزن والتوازن لسببين رئيسيين: تأثير الوزن على الهيكل الأساسي للطائرة وخصائص أدائها ؛ تأثير موقع هذا الوزن على خصائص الطيران ، لا سيما في استعادة واستقرار المماطلة والدوران.

لا تتطلب الطائرات ، مثل البالونات والتحكم في تغيير الوزن ، حسابات الوزن والتوازن لأن الحمل معلق أسفل آلية الرفع. نطاق CG في هذه الأنواع من الطائرات يصعب تجاوز حدود التحميل. على سبيل المثال ، يكون وضع المقعد الخلفي ووقود طائرة التحكم في تغيير الوزن أقرب ما يمكن إلى نقطة التعليق مع الطائرة في وضع معلق. وبالتالي ، فإن اختلافات الحمل لها تأثير ضئيل على CG. هذا ينطبق أيضًا على سلة البالون أو الجندول. في حين أنه صعب

الطيار في الصورة العلوية يطير بسرعة 120 عقدة. بعد إدراك الخطأ ، فإن البنوك التجريبية صعبة وتستخدم زاوية بنك 30 درجة لعكس المسار. تتطلب هذه الطائرة حوالي 4000 قدم لتحويل 180 درجة ، وتخرجها من الوادي بأمان. يطير الطيار في الصورة السفلية بسرعة 140 عقدة ويستخدم أيضًا زاوية 30 درجة من البنك في محاولة لعكس المسار. على الرغم من أن الطائرة تحلق أسرع بـ 20 عقدة فقط من الطائرة في الصورة العلوية ، إلا أنها تتطلب أكثر من 6000 قدم لعكس مسارها إلى بر الأمان. لسوء الحظ ، يبلغ عرض الوادي 5000 قدم فقط وستصطدم الطائرة بجدار الوادي. النقطة المهمة هي أن السرعة الجوية هي العامل الأكثر تأثيرًا في تحديد مقدار المسافة المطلوبة للدوران. ارتكب العديد من الطيارين خطأ زيادة انحدار زاوية بنكهم عندما كان التخفيض البسيط للسرعة أكثر ملاءمة. لتجاوز حدود CG في هذه الطائرات ، يجب ألا يفرط الطيارون أبدًا في تحميل طائرة لأن التحميل الزائد يسبب أضرارًا هيكلية وأعطالًا. حسابات الوزن والتوازن ليست مطلوبة ، ولكن يجب على الطيارين حساب الوزن والبقاء ضمن الحد المحدد للشركة المصنعة.

4.10.1 تأثير الوزن على أداء الرحلة #

يتم تحديد أداء الإقلاع / التسلق والهبوط للطائرة على أساس الحد الأقصى المسموح به لأوزان الإقلاع والهبوط. ينتج عن الوزن الإجمالي الأثقل مسار إقلاع أطول وتسلق ضحل ، وسرعة هبوط أسرع ودورة هبوط أطول. حتى الحمل الزائد الطفيف قد يجعل من المستحيل على الطائرة إزالة عقبة لن تكون في العادة مشكلة أثناء الإقلاع في ظل ظروف أكثر ملاءمة.

لا تقتصر الآثار الضارة للحمل الزائد على الأداء على المخاطر الفورية التي تنطوي عليها عمليات الإقلاع والهبوط. التحميل الزائد له تأثير سلبي على جميع أداء التسلق والرحلات البحرية مما يؤدي إلى ارتفاع درجة الحرارة أثناء التسلق ، وإضافة التآكل على أجزاء المحرك ، وزيادة استهلاك الوقود ، وسرعات الإبحار البطيئة ، وانخفاض النطاق.

توفر الشركات المصنعة للطائرات الحديثة بيانات الوزن والتوازن مع كل طائرة يتم إنتاجها. بشكل عام ، يمكن العثور على هذه المعلومات في AFM / POH المعتمد من FAA ويتم الآن توفير مخططات سهلة القراءة لتحديد بيانات الوزن والتوازن. تتطلب زيادة الأداء وقدرة حمل هذه الطائرات التزامًا صارمًا بقيود التشغيل التي تحددها الشركة المصنعة. يمكن أن تؤدي الانحرافات عن التوصيات إلى تلف هيكلي أو فشل كامل في هيكل الطائرة. حتى إذا تم تحميل طائرة بشكل جيد ضمن حدود الوزن القصوى ، فمن الضروري أن يكون توزيع الوزن ضمن حدود موقع CG. تشير الدراسة الموجزة السابقة للديناميكا الهوائية وعوامل الحمل إلى أسباب هذا الاحتياط. المناقشة التالية هي معلومات أساسية في بعض الأسباب التي تجعل الوزن والتوازن في ظروف مهمة للطيران الآمن للطائرة.

في بعض الطائرات ، لا يمكن ملء جميع المقاعد ، ومقصورات الأمتعة ، وخزانات الوقود ، مع الاستمرار في حدود الوزن أو الميزان المعتمد. على سبيل المثال ، في العديد من الطائرات الشهيرة ذات الأربعة أماكن ، قد لا يتم ملء خزانات الوقود بسعة عند حمل أربعة ركاب وأمتعتهم. في طائرة معينة ذات مكانين ، لا يجوز حمل أمتعة في المقصورة الخلفية للمقاعد عند ممارسة الدوران. من المهم أن يكون الطيار على دراية بقيود الوزن والتوازن للطائرة التي يتم نقلها وأسباب هذه القيود.

4.10.2 تأثير الوزن على هيكل الطائرة #

تأثير الوزن الإضافي على هيكل جناح الطائرة ليس واضحًا بسهولة. تنص متطلبات صلاحية الطيران على أن هيكل الطائرة المعتمد في الفئة العادية (التي يُحظر فيها الألعاب البهلوانية) يجب أن يكون قويًا بما يكفي لتحمل عامل حمولة يبلغ 3.8 جرامًا للعناية بالأحمال الديناميكية الناتجة عن المناورة والعواصف. هذا يعني أن الهيكل الأساسي للطائرة يمكن أن يتحمل حمولة 3.8 ضعف الوزن الإجمالي المعتمد للطائرة دون حدوث عطل هيكلي. إذا تم قبول هذا كدليل على عوامل الحمل التي قد يتم فرضها أثناء العمليات التي قصدت الطائرة من أجلها ، فإن الحمل الزائد الذي يبلغ وزنه 100 رطل يفرض حمولة هيكلية محتملة تبلغ 380 رطلاً. نفس الاعتبار أكثر إثارة للإعجاب في حالة طائرات المرافق والهيكل البهلواني ، والتي لها متطلبات عامل تحميل 4.4 و 6.0 ، على التوالي.

قد تكون الإخفاقات الهيكلية الناتجة عن التحميل الزائد دراماتيكية وكارثية ، ولكنها في كثير من الأحيان تؤثر على المكونات الهيكلية بشكل تدريجي بطريقة يصعب اكتشافها وإصلاحها مكلفة. يميل التحميل الزائد المعتاد إلى التسبب في إجهاد وتلف تراكمي قد لا يتم اكتشافه أثناء عمليات التفتيش المسبق ويؤدي إلى فشل هيكلي لاحقًا أثناء العمليات العادية تمامًا. يُعتقد أن الضغط الإضافي الموضوع على الأجزاء الهيكلية عن طريق التحميل الزائد يسرع من حدوث فشل التعب المعدني.

تؤكد معرفة عوامل الحمل التي تفرضها مناورات الطيران والعواصف على عواقب زيادة الوزن الإجمالي للطائرة. يجب أن يكون هيكل الطائرة التي كانت على وشك الخضوع لعامل تحميل يبلغ 3 جرام ، كما هو الحال في الاسترداد من الغوص الحاد ، مستعدًا لتحمل حمولة إضافية تبلغ 300 رطل لكل زيادة في الوزن بمقدار 100 رطل. وتجدر الإشارة إلى أن هذا سيفرض بإضافة حوالي 16 جالونًا من الوقود غير الضروري في طائرة معينة. تم تحليل الطائرات المدنية المعتمدة من إدارة الطيران الفيدرالية (FAA) هيكليًا واختبارها للطيران بأقصى وزن إجمالي مصرح به وضمن السرعات المنشورة لنوع الرحلات التي سيتم إجراؤها. الرحلات الجوية بأوزان تزيد عن هذا المبلغ ممكنة تمامًا وغالبًا ما تكون ضمن قدرات أداء الطائرة. لا ينبغي أن تضلل هذه الحقيقة الطيار ، حيث قد لا يدرك الطيار أن الأحمال التي لم يتم تصميم الطائرة من أجلها يتم فرضها على كل أو جزء من الهيكل.

عند تحميل طائرة مع الركاب أو البضائع ، يجب مراعاة الهيكل. تم تصميم المقاعد ومقصورات الأمتعة وأرضيات المقصورة لحمل معين أو تركيز الحمولة وليس أكثر. على سبيل المثال ، قد يتم وضع علامة على حجرة الأمتعة ذات الطائرة الخفيفة مقابل 20 رطلاً بسبب القوة المحدودة لهيكلها الداعم على الرغم من أن الطائرة قد لا تكون محملة بشكل زائد أو خارج حدود CG مع وزن أكبر في هذا الموقع.

4.10.3 تأثير الوزن على الاستقرار والتحكم #

يؤثر التحميل الزائد أيضًا على الاستقرار. قد يكون للطائرة المستقرة ويمكن التحكم فيها عند تحميلها بشكل طبيعي خصائص طيران مختلفة جدًا عند التحميل الزائد. على الرغم من أن توزيع الوزن له التأثير المباشر على هذا ، فمن المتوقع أن يكون للزيادة في الوزن الإجمالي للطائرة تأثير سلبي على الاستقرار ، بغض النظر عن موقع CG. ثبات العديد من الطائرات المعتمدة غير مرضٍ تمامًا إذا تم تجاوز الوزن الإجمالي.

4.10.4 تأثير توزيع الحمل #

إن تأثير موضع CG على الحمل المفروض على جناح الطائرة أثناء الطيران مهم للتسلق والإبحار. الطائرة ذات التحميل الأمامي “أثقل” وبالتالي أبطأ من نفس الطائرة مع CG في الخلف.

يوضح الشكل 4-55 سبب صحة ذلك. مع التحميل الأمامي ، يلزم تقليم “أنف لأعلى” في معظم الطائرات للحفاظ على مستوى رحلة الإبحار. يتضمن تقليم الأنف لأعلى ضبط أسطح الذيل لإنتاج حمل هبوط أكبر على الجزء الخلفي من جسم الطائرة ، مما يضيف إلى تحميل الجناح والرفع الكلي المطلوب من الجناح إذا كان الارتفاع يجب الحفاظ عليه. يتطلب هذا AOA أعلى من الجناح ، مما ينتج عنه مزيد من السحب ، وبالتالي ينتج عنه سرعة توقف أعلى.

مع التحميل الخلفي و “الأنف لأسفل” ، تمارس أسطح الذيل حملًا أقل ، مما يخفف من تحميل الجناح الكثير من التحميل والرفع المطلوب للحفاظ على الارتفاع. إن AOA المطلوب للجناح أقل ، لذا فإن السحب أقل ، مما يسمح بسرعة رحلة بحرية أسرع. من الناحية النظرية ، فإن الحمل المحايد على أسطح الذيل في رحلة الإبحار من شأنه أن ينتج الأداء العام الأكثر كفاءة وأسرع سرعة إبحار ، ولكنه سيؤدي أيضًا إلى عدم الاستقرار. تم تصميم الطائرات الحديثة بحيث تتطلب حملًا منخفضًا على الذيل من أجل الاستقرار والتحكم.

لا يكون المؤشر الصفري في عنصر التحكم في علامة التلميح هو نفسه بالضرورة “التشذيب المحايد” بسبب القوة التي يمارسها الغسيل لأسفل من الأجنحة وجسد الطائرة على أسطح الذيل.

تأثيرات توزيع الحمل المفيد للطائرة لها تأثير كبير على خصائص الطيران ، حتى عندما يكون الحمل ضمن حدود CG والوزن الإجمالي المسموح به. من بين هذه التأثيرات ، التغييرات في قابلية التحكم والاستقرار والحمل الفعلي المفروض على الجناح.

بشكل عام ، تصبح الطائرة أقل قابلية للتحكم ، خاصة عند سرعات الطيران البطيئة ، حيث يتم تحريك CG للخلف. قد تفشل الطائرة التي تتعافى بشكل نظيف من الدوران المطول مع CG في موضع واحد تمامًا في الاستجابة لمحاولات الاسترداد العادية عندما يتم تحريك CG للخلف بمقدار بوصة واحدة أو بوصتين.

من الممارسات الشائعة لمصممي الطائرات إنشاء حد AFT CG الذي يكون في حدود بوصة واحدة من الحد الأقصى مما يسمح بالتعافي الطبيعي من دوران واحد. عند التصديق على طائرة في فئة المرافق للسماح بالدوران المتعمد ، يتم عادةً تحديد حد AFT CG عند نقطة عدة بوصات إلى الأمام من ذلك المسموح به للحصول على شهادة في الفئة العادية.

عامل آخر يؤثر على إمكانية التحكم ، والذي أصبح أكثر أهمية في التصميمات الحالية للطائرات الكبيرة ، هو تأثير الأسلحة الطويلة على مواقع المعدات الثقيلة والبضائع. يمكن تحميل نفس الطائرة إلى أقصى وزن إجمالي ضمن حدود CG من خلال تركيز الوقود والركاب والبضائع بالقرب من تصميم CG ، أو عن طريق تشتيت أحمال الوقود والأحمال في خزانات أطراف الجناح وصناديق الشحن للأمام والخلف من المقصورة.

بنفس الوزن الإجمالي و CG ، تتطلب المناورة بالطائرة أو الحفاظ على مستوى الطيران في الهواء المضطرب تطبيق قوى تحكم أكبر عند تشتيت الحمل. يجب التغلب على الأذرع اللحظية الأطول إلى مواقع الوقود الثقيل وأحمال البضائع من خلال عمل أسطح التحكم. تميل الطائرة ذات الخزانات ذات الأجنحة الخارجية الكاملة أو الخزانات الطرفية إلى أن تكون بطيئة في التدحرج عندما تكون مواقف التحكم هامشية ، بينما تميل الطائرة ذات الأنف الكامل وصناديق الشحن الخلفية إلى أن تكون أقل استجابة لأدوات التحكم في المصعد.

يتم تحديد حد CG الخلفي للطائرة إلى حد كبير من خلال اعتبارات الاستقرار. تحدد متطلبات صلاحية الطيران الأصلية لشهادة النوع أن طائرة في رحلة بسرعة معينة تخفف الإزاحة الرأسية للأنف ضمن عدد معين من التذبذبات. قد لا تقوم الطائرة المحملة بمؤخرة كبيرة بهذا. بدلاً من ذلك ، عندما يتم سحب الأنف للحظات ، قد يتسلق بالتناوب ويصبح أكثر انحدارًا مع كل تذبذب. هذا عدم الاستقرار ليس غير مريح للركاب فحسب ، بل قد يصبح خطيرًا من خلال جعل الطائرة غير قابلة للإدارة في ظل ظروف معينة.

يصبح التعافي من كشك في أي طائرة أكثر صعوبة بشكل تدريجي مع تحرك CG للخلف. هذا مهم بشكل خاص في استعادة الدوران ، حيث توجد نقطة في التحميل الخلفي لأي طائرة تتطور فيها الدوران “المسطح”. الدوران المسطح هو الذي تسحب فيه قوة الطرد المركزي ، التي تعمل من خلال CG الموجودة جيدًا إلى الخلف ، ذيل الطائرة بعيدًا عن محور الدوران ، مما يجعل من المستحيل إنزال الأنف والتعافي.

تتعامل الطائرة المحملة إلى الحد الخلفي لنطاق CG المسموح بها بشكل مختلف في المنعطفات والمناورات ولها خصائص هبوط مختلفة عن تلك التي يتم تحميلها بالقرب من الحد الأمامي.

يتم تحديد حد CG إلى الأمام من خلال عدد من الاعتبارات. كإجراء أمان ، من الضروري أن يكون جهاز التشذيب ، سواء أكان علامة تبويب أو مثبت قابل للتعديل ، قادرًا على حمل الطائرة في انزلاق عادي مع إيقاف الطاقة. يجب أن تكون الطائرة التقليدية قادرة على الهبوط الكامل ، والهبوط الكهربائي من أجل ضمان الحد الأدنى من سرعة الهبوط في حالات الطوارئ. من الصعب ركوب سيارة أجرة من نوع العجلة الخلفية محملة بالأنف بشكل مفرط ، خاصة في الرياح العاتية. يمكن أن يتم تقطيعه بسهولة عن طريق استخدام الفرامل ، ومن الصعب الهبوط دون الارتداد لأنه يميل إلى النزول على العجلات لأنه يتباطأ ويشتعل للهبوط. قد تحدث صعوبات في التوجيه على الأرض في طائرات من نوع عجلة الأنف ، خاصة أثناء لفة الهبوط والإقلاع. لتلخيص آثار توزيع الحمل:

• يؤثر موضع CG على الرفع و AOA للجناح ، وكمية واتجاه القوة على الذيل ، ودرجة انحراف المثبت اللازم لتزويد قوة الذيل المناسبة للتوازن. هذا الأخير مهم للغاية بسبب علاقته بقوة التحكم في المصعد.
• تتوقف الطائرة بسرعة أعلى مع موقع CG للأمام. هذا لأن المماطلة AOA يتم الوصول إليها بسرعة أعلى بسبب زيادة تحميل الجناح.
• توجد قوى التحكم في المصعد الأعلى عادةً مع موقع CG للأمام بسبب زيادة انحراف المثبت المطلوب لموازنة الطائرة.
• تبحر الطائرة بشكل أسرع مع موقع AFT CG بسبب انخفاض السحب. يتم تقليل السحب لأن AOA أصغر وانحراف أقل للمثبت مطلوب لدعم الطائرة والتغلب على ميل النصب لأسفل.
• تصبح الطائرة أقل استقرارًا حيث يتم تحريك CG للخلف. هذا لأنه عندما يتم تحريك CG للخلف فإنه يتسبب في زيادة AOA. لذلك ، انخفضت مساهمة الجناح في استقرار الطائرة الآن ، بينما لا تزال مساهمة الذيل تستقر. عندما يتم الوصول إلى النقطة التي تتوازن فيها مساهمات الجناح والذيل ، يكون الاستقرار المحايد موجودًا. أي حركة CG في الخلف تؤدي إلى طائرة غير مستقرة.
• يزيد موقع CG الأمامي من الحاجة إلى ضغط مصعد خلفي أكبر. قد لا يكون المصعد قادرًا على معارضة أي زيادة في نغمة الأنف.

هناك حاجة إلى تحكم كافٍ في المصعد للتحكم في الطائرة في جميع أنحاء نطاق السرعة الجوية وصولاً إلى الكشك.

يمكن العثور على مناقشة مفصلة ومعلومات إضافية تتعلق بالوزن والتوازن في الفصل 9 ، الوزن والتوازن.