Управление центром тяжести

План:

1 Управление центром тяжести.

2 Оптимизация удельного расхода топлива.

3 Оптимизация дальности полета.

4 Оптимизация продолжительности полёта.

 

Центровка является весьма важной характеристикой самолета, связанной с его балансировкой, устойчивостью и управляемостью. Поэтому летчик обязан точно знать разрешенный диапазон центровок самолета с тем, чтобы не выйти за его пределы.

При изменении вариантов загрузки самолета или при изменении полетного веса самолета в результате выработки топлива, сброса грузов меняется положение центра тяжести, следовательно, меняется и центровка самолета. Перемещение грузов внутри самолета в полете также влияет на положение центра тяжести. При размещении грузов в носовой части самолета центровка становится более передней, и наоборот, размещение грузов в хвостовой части смещает центровку назад, т. е. она становится более задней.

Эффективное управление центром тяжести (ЦТ) может обеспечить существенное уменьшение расхода топлива. На каждом воздушном судне положение ЦТ зависит от распределения загрузки. При большем смещении ЦТ вперед хвостовое оперение/горизонтальный стабилизатор должны создавать бóльшую силу, направленную вниз, которую необходимо компенсировать увеличением подъемной силы крыла, что приводит к увеличению создаваемого лобового сопротивления (сопротивление органа балансировки). В зависимости от типа воздушного судна загрузка, обеспечивающая предельно переднюю центровку, может привести к увеличению лобового сопротивления на 3 % по сравнению с предельно задней центровкой (источник: ИАТА).

Поэтому в целом центр тяжести, расположенный ближе к хвостовой части воздушного судна, будет уменьшать лобовое сопротивление и обеспечивать уменьшение расхода топлива. Однако располагаемый диапазон центровок ограничен соображениями устойчивости воздушного судна. При расчете местоположения ЦТ необходимо учитывать тот факт, что выработка топлива в полете постепенно уменьшает вес воздушного судна и может привести к смещению ЦТ; не исключена возможность взлета воздушного судна с положением ЦТ, обеспечивающим возможность полномасштабного управления, с последующей разбалансировкой, превышающей располагаемые возможности управления.

Влияние ЦТ на расход топлива выражается показателем удельной дальности. Степень влияния зависит от типа воздушного судна. На некоторых воздушных судах, выполняющих полет на оптимальной высоте, предельно передняя центровка может уменьшить, а предельно задняя центровка – увеличить удельную дальность на величину до 1,8 %. Однако многие воздушные суда оснащены автоматическими системами управления центровкой, которые оптимизируют положение ЦТ в полете с учетом распределения загрузки воздушного судна.

Способы регулирования положения центра тяжести воздушного судна, имеющего несколько топливных баков, включает перекачку топлива из одного или нескольких топливных баков согласно предварительно установленной последовательности, временные характеристики которой зависят от уменьшения полного полетного веса воздушного судна за счет выработки топлива во время полета. Предварительно установленная последовательность обеспечивает сохранение положения центра тяжести воздушного судна в заданных пределах. Повышается надежность работы системы перекачки топлива, влияющей на балансировку воздушного судна и безопасность полетов.

Для воздушного судна с несколькими топливными баками обычной практикой является автоматическая перекачка топлива между отдельными баками во время полета по мере использования топлива. Управление перекачкой топлива зависит от количества топлива в различных баках, однако другие факторы также могут учитываться. Одним из таких факторов является положение центра тяжести воздушного судна с полным полетным весом (GWCG). По мере использования топлива GWCG может перемещаться вперед или назад вдоль строительной оси воздушного судна. Несимметричная и неравномерная выработка топлива из баков может привести к тому, что GWCG переместится за установленные пределы, и характеристики управляемости воздушного судна существенно ухудшатся. Для этого осуществляется перекачка топлива между различными баками воздушного судна, что позволяет управлять перемещением GWCG и предотвращает его выход за предельные значения центровки.

На некоторых воздушных судах один или более топливных баков расположены в задней части воздушного судна, например, в горизонтальных стабилизаторах хвостовой части или в задней части грузового отсека. Вес содержащегося в нем топлива оказывает большое влияние на положение GWCG воздушного судна в целом.

Обычно положение GWCG воздушного судна рассчитывается при помощи массы топлива в каждом отдельном топливном баке, при этом масса топлива в каждом топливном баке измеряется указателем количества топлива (англ.: fuel quantity indication, FQI). На основании этого расчетного значения, наряду с другими параметрами, осуществляется управление перекачкой топлива для поддержания положения GWCG между передним и задним пределами.

Текущий полный полетный вес воздушного судна можно рассчитать, как сумму предварительно установленной величины веса воздушного судна при отсутствии топлива на борту и текущего количества топлива на борту (текущий остаток).

mТекущ Полн Полетн Вес = mСухой Вес самолета + mТекущ Ост топл

При этом текущее количество топлива на борту можно рассчитать, как исходное количество топлива на борту минус количество использованного топлива от момента запуска двигателей.

m Текущ Остаток топл = m общ исх – m исп

Очевидно, что исходное количество топлива на борту можно определить в момент запуска двигателей, как сумму количества топлива, содержащегося в каждом топливном баке.

mобщ исх = m1 + m2 + mn

В большинстве случаев уменьшение полного полетного веса воздушного судна можно считать равным весу использованного топлива. Основная часть полета самолета происходит в горизонтальном полете на крейсерском режиме. Максимальная дальность полета достигается при полете на высотах, близких к практическому потолку, который при прочих равных условиях определяется и полетным весом самолета.