Údaje o hmotnosti a vyvážení letadla jsou důležitou informací pro pilota, které musí být často přehodnocovány. Přestože bylo letadlo během certifikačního procesu zváženo, tato data nejsou platná na dobu neurčitou. Změny nebo úpravy zařízení ovlivňují údaje o hmotnosti a vyvážení. Piloti příliš často snižují hmotnost letadla a balancují na „pravidlo“, jako například: „Pokud mám tři cestující, mohu naložit pouze 100 galonů paliva; čtyři cestující, 70 galonů.“

Výpočty hmotnosti a rovnováhy by měly být součástí každého předletového briefingu. Nikdy nepředpokládejte, že tři cestující mají vždy stejnou váhu. Místo toho proveďte úplný výpočet všech položek, které mají být naloženy do letadla, včetně zavazadel, stejně jako pilota a cestujícího. Doporučuje se, aby byly všechny vaky zváženy, aby bylo možné provést přesný výpočet polohy CG letadla.

Důležitost CG byla zdůrazněna v diskusi o stabilitě, ovladatelnosti a výkonu. Nerovnoměrné rozložení zatížení způsobuje nehody. Kompetentní pilot rozumí a respektuje účinky CG na letadlo. Hmotnost a rovnováha jsou kritickými součástmi při využití letadla k jeho plnému potenciálu. Pilot musí vědět, kolik paliva lze naložit do letadla, aniž by došlo k porušení limitů CG, a také hmotnostních limitů, aby mohl provádět dlouhé nebo krátké lety s plným doplňkem povolených cestujících nebo bez něj. Například letadlo má čtyři sedadla a může nést 60 galonů paliva. Kolik cestujících může letadlo bezpečně přepravit? Mohou být všechna tato sedadla vždy obsazena s proměnlivým zatížením paliva? Čtyři lidé, z nichž každý váží 150 liber, vedou k jinému výpočtu hmotnosti a rovnováhy než čtyři lidé, z nichž každý váží 200 liber. Druhý scénář naloží na letadlo dalších 200 liber a rovná se asi 30 galonům paliva.

Dodatečná hmotnost může nebo nemusí umístit CG mimo obálku CG, ale maximální celková hmotnost by mohla být překročena. Nadměrná hmotnost může zhoršit namáhání letadla a snížit výkon.

Letadla jsou certifikována pro hmotnost a rovnováhu ze dvou hlavních důvodů: vliv hmotnosti na primární konstrukci letadla a jeho výkonnostní charakteristiky; Vliv umístění této hmotnosti na letové charakteristiky, zejména při zotavení a stabilitě zastavení a rotace.

Letadla, jako jsou balóny a řízení posunu hmotnosti, nevyžadují výpočty hmotnosti a vyvážení, protože zatížení je zavěšeno pod zvedacím mechanismem. Dosah CG u těchto typů letadel je takový, že je obtížné překročit limity zatížení. Například poloha zadního sedadla a palivo letadla s řízením řazení hmotnosti jsou co nejblíže k zavěšení s letadlem v zavěšené poloze. Změny zatížení mají tedy na CG malý vliv. To platí i pro koš na balónek nebo gondolu. Zatímco je to těžké

Pilot na horním snímku letí rychlostí 120 uzlů. Po uvědomění si chyby se pilot silně nakloní a použije 30° úhel náklonu k obrácení kurzu. Toto letadlo vyžaduje asi 4000 stop, aby se otočilo o 180°, a bezpečně se dostane z kaňonu. Pilot na spodním obrázku letí rychlostí 140 uzlů a také používá 30° úhel břehu ve snaze zvrátit kurz. Letoun, ačkoli letí jen o 20 uzlů rychleji než letadlo na horním snímku, vyžaduje více než 6 000 stop, aby zvrátil kurz do bezpečí. Bohužel, kaňon má průměr jen 5 000 stop a letadlo narazí na stěnu kaňonu. Jde o to, že rychlost vzduchu je nejvlivnějším faktorem při určování, jak velká vzdálenost je potřeba k otočení. Mnoho pilotů udělalo chybu ve zvýšení strmosti úhlu náklonu, když by bylo vhodnější prosté snížení rychlosti. Aby se v těchto letadlech překročily limity CG, piloti by nikdy neměli přetěžovat letadlo, protože přetížení způsobuje poškození konstrukce a poruchy. Výpočty hmotnosti a vyvážení nejsou vyžadovány, ale piloti by měli vypočítat hmotnost a zůstat v rámci stanoveného limitu výrobce.

4.10.1 Vliv hmotnosti na letový výkon #

Výkon vzletu/lezení a přistání letadla jsou určeny na základě jeho maximální povolené vzletové a přistávací hmotnosti. Vyšší hrubá hmotnost má za následek delší vzlet a mělčí stoupání a vyšší rychlost přistání a delší přistávací náklon. I malé přetížení může letadlu znemožnit odstranit překážku, která by za příznivějších podmínek za normálních okolností nebyla problémem.

Škodlivé účinky přetížení na výkon se neomezují na okamžitá nebezpečí spojená se vzlety a přistáním. Přetížení má nepříznivý vliv na veškerý výkon při stoupání a plavbě, což vede k přehřátí během stoupání, zvýšenému opotřebení částí motoru, zvýšené spotřebě paliva, nižším cestovním rychlostem a sníženému dosahu.

Výrobci moderních letadel poskytují údaje o hmotnosti a vyvážení s každým vyrobeným letadlem. Obecně lze tyto informace nalézt v AFM/POH schválených FAA a nyní jsou poskytovány snadno čitelné grafy pro stanovení údajů o hmotnosti a vyvážení. Zvýšená výkonnost a nosnost těchto letadel vyžaduje přísné dodržování provozních omezení předepsaných výrobcem. Odchylky od doporučení mohou mít za následek poškození konstrukce nebo úplné selhání konstrukce letadla. I když je letadlo dobře naloženo v rámci omezení maximální hmotnosti, je nutné, aby rozložení hmotnosti bylo v mezích umístění CG. Předchozí krátká studie aerodynamiky a faktorů zatížení poukazuje na důvody tohoto opatření. Následující diskuse je základní informace o některých důvodech, proč jsou hmotnostní a vyvážené podmínky důležité pro bezpečný let letadla.

V některých letadlech není možné naplnit všechna sedadla, zavazadla a palivové nádrže a stále zůstat v rámci schválených limitů hmotnosti nebo rovnováhy. Například v několika oblíbených čtyřmístných letadlech nemusí být palivové nádrže naplněny do posledního místa, když jsou přepraveni čtyři cestující a jejich zavazadla. V určitém dvoumístném letadle nesmí být v prostoru za sedadly přepravována žádná zavazadla, když se mají cvičit. Pro pilota je důležité, aby si byl vědom omezení hmotnosti a rovnováhy létajícího letadla a důvodů těchto omezení.

4.10.2 Vliv hmotnosti na konstrukci letadla #

Vliv dodatečné hmotnosti na konstrukci křídla letadla není snadno patrný. Požadavky na letovou způsobilost předepisují, že konstrukce letadla certifikovaného v normální kategorii (ve které je zakázána akrobacie) musí být dostatečně pevná, aby vydržela faktor zatížení 3,8 Gs, aby se postarala o dynamické zatížení způsobené manévrováním a nárazy. To znamená, že primární konstrukce letadla snese zatížení 3,8násobku schválené celkové hmotnosti letadla, aniž by došlo ke konstrukčnímu selhání. Pokud je to akceptováno jako indikující faktory zatížení, které mohou být uvaleny během operací, pro které je letadlo určeno, přetížení 100 liber způsobí potenciální strukturální přetížení 380 liber. Stejná úvaha je ještě působivější v případě užitkových a akrobatických letadel, která mají požadavky na faktor zatížení 4,4 a 6,0.

Strukturální poruchy, které jsou důsledkem přetížení, mohou být dramatické a katastrofální, ale častěji ovlivňují konstrukční složky postupně způsobem, který je obtížně detekovatelný a nákladný na opravu. Obvyklé přetížení má tendenci způsobovat kumulativní stres a poškození, které nemusí být detekováno během předletových kontrol a později během zcela normálního provozu vede k konstrukčnímu selhání. Předpokládá se, že dodatečné napětí působící na konstrukční části přetížením urychluje výskyt kovových únavových poruch.

Znalost zátěžových faktorů způsobených letovými manévry a poryvy zdůrazňuje důsledky zvýšení celkové hmotnosti letadla. Konstrukce letadla, které se chystá podstoupit faktor zatížení 3 Gs, stejně jako při zotavení ze strmého ponoru, musí být připravena tak, aby vydržela přidané zátěži 300 liber na každý 100librový nárůst hmotnosti. Je třeba poznamenat, že by to bylo způsobeno přidáním asi 16 galonů nepotřebného paliva do konkrétního letadla. Civilní letadla s certifikací FAA byla konstrukčně analyzována a testována na let při maximální povolené hmotnosti povolené a v rámci rychlostí vyvěšených pro typ letů, které mají být provedeny. Lety o hmotnostech přesahujících toto množství jsou docela možné a často jsou v rámci výkonnostních schopností letadla. Tato skutečnost by neměla zavádět pilota, protože pilot si nemusí uvědomit, že zatížení, pro které nebylo letadlo navrženo, jsou uvaleny na celou nebo část konstrukce.

Při nakládání letadla cestujícími nebo nákladem je třeba vzít v úvahu konstrukci. Sedadla, zavazadla a podlahy kabiny jsou navrženy pro určité zatížení nebo koncentraci nákladu a nic víc. Například prostor pro zavazadla na lehkých letadlech může být označen za 20 liber kvůli omezené síle jeho nosné konstrukce, i když letadlo nemusí být přetíženo nebo mimo limity CG s větší hmotností v tomto místě.

4.10.3 Vliv hmotnosti na stabilitu a ovladatelnost #

Přetížení také ovlivňuje stabilitu. Letadlo, které je stabilní a ovladatelné, když je normálně naloženo, může mít při přetížení velmi odlišné letové vlastnosti. Ačkoli na to má nejpřímější vliv rozložení hmotnosti, lze očekávat, že zvýšení celkové hmotnosti letadla bude mít nepříznivý vliv na stabilitu, bez ohledu na umístění CG. Stabilita mnoha certifikovaných letadel je zcela neuspokojivá, pokud je překročena celková hmotnost.

4.10.4 Vliv rozložení zatížení #

Vliv polohy těžiště na náklad vyvíjený na křídlo letadla za letu je významný pro stoupání a cestovní výkon. Letoun s předním zatížením je „těžší“ a následně pomalejší než stejné letadlo s těžištěm dále vzadu.

Obrázek 4-55 ukazuje, proč je to pravda. Při nakládání vpřed je u většiny letadel vyžadována úprava „nose-up“ pro udržení rovného letu. Oříznutí proti nosu zahrnuje nastavení ocasních ploch tak, aby se vytvořilo větší zatížení zadní části trupu, což přispívá k zatížení křídla a celkovému zdvihu požadovanému z křídla, pokud má být zachována výška. To vyžaduje vyšší AOA křídla, což má za následek větší odpor a zase produkuje vyšší rychlost zastavení.

S zatížením na zádi a obložením „smířeným nosem“ mají ocasní plochy menší zatížení, čímž se zbavuje křídla takového zatížení křídla a zdvihu potřebné k udržení výšky. Požadovaná AOA křídla je menší, takže odpor je menší, což umožňuje vyšší cestovní rychlost. Teoreticky by neutrální zatížení ocasních ploch při cestovním letu poskytlo nejefektivnější celkový výkon a nejrychlejší cestovní rychlost, ale také by vedlo k nestabilitě. Moderní letadla jsou navržena tak, aby vyžadovala stahování ocasu pro stabilitu a ovladatelnost.

Nulová indikace na ovládání lišty není nutně stejná jako „neutrální obložení“ kvůli síle vyvíjené proplachováním z křídel a trupu na ocasních plochách.

Účinky rozložení užitečného zatížení letadla mají významný vliv na jeho letové charakteristiky, i když je zatížení v mezích CG a maximální přípustné celkové hmotnosti. Mezi těmito efekty jsou důležité změny v ovladatelnosti, stabilitě a skutečném zatížení kladeném na křídlo.

Obecně platí, že letadlo se stává méně ovladatelným, zejména při pomalých letových rychlostech, protože CG se pohybuje dále vzadu. Letadlo, které se čistě zotaví z prodloužené rotace s CG v jedné poloze, nemusí zcela reagovat na normální pokusy o zotavení, když se těžiště posune o jeden nebo dva palce dozadu.

Pro konstruktéry letadel je běžnou praxí stanovit limit AFT CG, který je v rozmezí jednoho palce od maxima, což umožňuje normální zotavení z jedno zatáčky. Při certifikaci letadla v kategorii Utility, aby bylo možné úmyslné roztočení, je limit CG na zádech obvykle stanoven v bodě několik palců před tím, co je přípustné pro certifikaci v normální kategorii.

Dalším faktorem ovlivňujícím ovladatelnost, která se stala důležitější v současných konstrukcích velkých letadel, je účinek ramen s dlouhými momenty na pozice těžké techniky a nákladu. Stejné letadlo může být naloženo na maximální celkovou hmotnost v rámci svých limitů CG koncentrací paliva, cestujících a nákladu v blízkosti konstrukčního CG nebo rozptýlením paliva a nákladu v nádržích na konci křídel a nákladních přihrádkách dopředu a dozadu v kabině.

Se stejnou celkovou hmotností a CG vyžaduje manévrování s letadlem nebo udržování vodorovného letu v turbulentním vzduchu použití větších řídicích sil, když je zatížení rozptýleno. Delší momentová ramena do poloh těžkého paliva a nákladu musí být překonána působením ovládacích ploch. Letadlo s celoplošnými křídlovými nádržemi nebo špičkovými nádržemi má tendenci být pomalé, když jsou řídicí situace okrajové, zatímco letadlo s plným příďem a zadním nákladovým košem má tendenci méně reagovat na ovládání výtahu.

Zadní limit těžiště letadla je určen z velké části úvahami o stabilitě. Původní požadavky na letovou způsobilost pro typový certifikát uvádějí, že letadlo v letu při určité rychlosti tlumí vertikální posunutí nosu v rámci určitého počtu oscilací. Letadlo naložené příliš vzadu to nemusí udělat. Místo toho, když je nos na okamžik vytažen nahoru, může střídavě stoupat a potápět se s každým oscilací strmější. Tato nestabilita je nejen nepohodlná pro cestující, ale mohla by se dokonce stát nebezpečnou tím, že by za určitých podmínek bylo letadlo nezvládnutelné.

Zotavení ze zastavení v jakémkoli letadle je postupně obtížnější, protože jeho CG se pohybuje na zádi. To je zvláště důležité při zotavení z rotace, protože existuje bod v dozadu na zatížení jakéhokoli letadla, ve kterém se vyvíjí „plochá“ rotace. Plochá rotace je taková, ve které odstředivá síla, která působí přes CG dobře umístěnou vzadu, vytahuje ocas letadla ven od osy rotace, což znemožňuje dostat nos dolů a zotavit se.

Letadlo naložené na zadní hranici jeho přípustného CG Range zvládá v zatáčkách a zatáčkách jinak a má jiné přistávací vlastnosti, než když je naloženo v blízkosti předsunutého limitu.

Dopředný limit CG je určen řadou úvah. Jako bezpečnostní opatření je požadováno, aby ořezové zařízení, ať už jazýček nebo nastavitelný stabilizátor, bylo schopno držet letadlo v normálním klouzání s vypnutým napájením. Konvenční letadlo musí být schopno plně zastavit, přistávat, aby byla zajištěna minimální rychlost přistání v nouzových situacích. Letadlo typu ocasního kola naloženého nadměrně těžce nosem je obtížné pojíždět, zejména při silném větru. Snadno se přenese pomocí brzd a je obtížné přistát bez odskoku, protože má tendenci se sklánět dolů na kolech, protože je zpomalen a rozšířen pro přistání. Potíže s řízením na zemi se mohou vyskytovat u letadel typu příďového kola, zejména při přistání a vzletu. Abychom shrnuli účinky rozložení zatížení:

• Poloha CG ovlivňuje zdvih a AOA křídla, velikost a směr síly na ocasu a stupeň průhybu stabilizátoru potřebného k napájení správné ocasní síly pro rovnováhu. To druhé je velmi důležité kvůli jeho vztahu k řídicí síle výtahu.
• Letoun se zastaví při vyšší rychlosti s předním umístěním CG. Je to proto, že zastavení AOA je dosahováno vyšší rychlostí v důsledku zvýšeného zatížení křídel.
• Vyšší řídicí síly výtahu obvykle existují s umístěním vpřed vpřed v důsledku zvýšené průhybu stabilizátoru potřebného k vyvážení letadla.
• Letadlo jede rychleji s umístěním na zádi CG kvůli sníženému odporu. Odpor je snížen, protože k podpoře letadla a překonání tendence k naklánění je zapotřebí menší AOA a menší vychýlení stabilizátoru směrem dolů.
• Letoun se stává méně stabilní, když se CG pohybuje dozadu. Je to proto, že když se CG posune dozadu, způsobí to zvýšení AOA. Proto se nyní snižuje příspěvek křídla ke stabilitě letadla, zatímco příspěvek ocasu se stále stabilizuje. Když je dosaženo bodu, že příspěvky křídla a ocasu vyvažují, pak existuje neutrální stabilita. Jakýkoli pohyb CG dále na zádi má za následek nestabilní letadlo.
• Umístění CG vpřed zvyšuje potřebu většího tlaku zadního výtahu. Výtah již nemusí být schopen postavit se proti jakémukoli zvýšení nadhozu nosem dolů.

K ovládání letadla v celém dosahu rychlosti až k zastavení je zapotřebí dostatečné řízení výtahu.

Podrobnou diskusi a další informace týkající se hmotnosti a rovnováhy lze nalézt v kapitole 9, Hmotnost a rovnováha.