1、民航培训 航空器的载重和配载平衡 5 航空器的载重和配载平衡5.1航空器的载重5.1.1航空器的最大可用业务载重量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，要求具有更高的可靠性和安全性以及更好的平衡状态，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、最大无燃油重量的限制以及飞机基本重量、飞机燃油重量、航段燃油重量、备用燃油重量等因素的制约。手工计算飞机的最大可用业
2、务载重量时应该迅速、准确，因此，配载人员应该清楚地了解计算飞机的最大可用业务载重量所涉及的几个重量数据的意义，熟练掌握最大可用业务载重量的计算方法。1. 飞机的最大起飞重量(MTOW)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影响飞机的最大起飞重量的因素主要有：（1） 大气温度和机场标高；（2） 风向和风速；（3） 起飞跑道的情况；跑道长度越长，飞机的起飞重量可以越大，因为可供飞机起飞滑跑的距离
3、越大。例如当跑道长度达到3200米时，可以起飞B747-400飞机，其最大起飞重量为385.6吨；当跑道长度只有1700米时，可以起飞B737-300飞机，其最大起飞重量为56.5吨。（4） 机场的净空条件；机场的净空条件是指机场周围影响飞机安全、正常起降飞行的环境条件，例如高建筑物、高山、鸟及其他动物的活动等情况。（5） 航路上单发超越障碍的能力；（6） 是否使用喷水设备；（7） 襟翼放下角度；（8） 噪音的限制规定。2. 飞机的最大着陆重量(MLDW)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
4、落架允许承受的冲击载荷；（2） 飞机的复飞爬高能力。影响飞机的最大着陆重量的因素主要有：（1） 大气温度和机场标高；（2） 风向和风速；（3） 跑道的情况；（4） 机场的净空条件。3. 飞机的最大无燃油重量(MZFW)飞机的最大无燃油重量是指除去燃油之外所允许的最大飞行重量。规定飞机的最大无燃油重量，主要是考虑机翼的结构强度。4. 飞机的基本重量飞机的基本重量是指除去业务载重和燃油外，已经完全做好飞行准备的飞机重量。主要包括：（1） 空机重量。空机重量是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
5、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） 其它应计算在基本重量之内的重量。如飞机的备件重量等。每架飞机的基本重量通常是固定的，但是不同飞机的基本重
6、量是不同的，即使机型相同，基本重量也是有差别的。因此在计算时，应该注意正确地选择基本重量数据。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80公斤计算，其它项目重量按实际的增减量计算。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，因此在计算飞机的最大可用业务载重量时应采用修正后的基本重量。5. 飞机燃油重量(TOF)飞机燃油重量是指飞机执行航班任务时携带的全部燃油重量。包括航段燃油重量和备用燃油重量两部分，但不包括地面开车和滑行所用油量。（
7、1） 航段燃油重量。是指飞机由起飞站到目的站航段需要消耗的燃油量。航段燃油重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： （11-1）（2） 备用燃油重量。是指飞机由目的站飞到目的站的备降机场并在备降机场上空还可以飞行45分钟所需要耗用的油量。经常由于某种原因目的站不能让飞机降落，需要让飞机改在目的站的备降机场降落，因此执行航班任务的飞机都应携带备用燃油重量。由定义可知，备用燃油重量的计算公式如下： （11-2）由飞机燃油重量的组成可知，飞机燃油重量应按如下公式计算： （11-3）例1B-2551号飞机执行航班任务（厦门至北京），飞行时间为2小时40分钟。备
8、降机场选在天津，北京至天津的飞行时间为30分钟。该飞机平均每小时耗油4300公斤。计算飞机燃油重量。解：由式（11-3）可知（3） 关于油量的说明 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，但飞机燃油重量也不得少于一定的重量。2 有些飞机有最大着陆油量的规定，就是备用燃油重量不得超过一定数量限额。以上这些规定都是为了保护机翼的结构强度。3 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
9、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，称为压舱油。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；耗油时则按照相反的顺序进行。C. 减少飞行
10、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，则可以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燃油重量。6. 实际业务载重量实际业务载重量是指飞机上实际装载的旅客、行李、邮件和货物的重量之和。计算实际业务载重量时，行李、邮件和货物的重量按照实际重量计算，旅客的重量则不易很准确地计算。最初是对每个旅客进行称重，得出所有旅客的准确重量，但随着乘机旅客人数的增多，这种做法既费
11、时费力，也体现了对旅客的不尊重，因此改为按照一定的标准折合计算，折合计算的原则是计算出的旅客总重量不低于而又尽量接近于实际的旅客总重量，使飞机不超载飞行，又尽量减少空载。中国民航最早规定国内航班每位成人旅客按照72公斤计算，儿童旅客按照36公斤计算，婴儿旅客按照8公斤计算；国际航班每位成人旅客按照75公斤计算，儿童旅客按照40公斤计算，婴儿旅客按照10公斤计算。但目前由于各地的情况不同，采用的折合标准不尽相同，在具体工作中应按当地的规定执行。例2某国内航班的实际业务载重量如下：旅客共计103人（其中成人旅客95人、儿童旅客6人、婴儿旅客2人），行李重1100公斤，邮件重200公斤，货物重180
12、0公斤。计算本次航班的实际业务载重量。解：成人旅客重量=9572=6840（公斤）儿童旅客重量=636=216（公斤）婴儿旅客重量=28=16（公斤）旅客总重量=6840+216+16=7072（公斤）实际业务载重量=7072+1100+200+1800=10172（公斤）需要注意的是，民航规定每位旅客可以随身携带不超过5公斤的小件物品进入客舱，这部分重量已经包括在上述旅客体重的折合标准之内。因此如果旅客的随身携带物品超过5公斤的限额，就有可能造成实际的业务载重量超过计算的业务载重量，造成飞机在计算结果上并不超载但实际上超载的后果，直接威胁到飞行的安全。所以应该严格限制旅客的随身携带物品重量。
13、7. 操作重量操作重量是指除去业务载重量以外已经做好飞行准备时飞机的重量。因此有：8. （11-4）9. 计算最大可用业务载重量的意义飞机的最大可用业务载重量是指执行航班任务的飞机允许装载的旅客、行李、邮件、货物的最大重量。计算最大可用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：需要较高的起飞速度；2 需要较长的起飞跑道；3 减小了爬升速度和角度，降低了最大爬升高度；4 缩短了最大航程；5 降低了巡航速度；6 降低了操纵灵活性；7 需要较高的着陆速度；8 需要较长的着陆滑行距离。这些降低飞机性能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
14、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可用业务载重量，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。计算出飞机的最大可用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或货物，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。10. 最大可用业务载重量的计算方法方法一：由于飞机的起飞重量、着陆重量和无燃油重量的实际值不应超过各自的最大值，因此应有修正的基本重量+飞机燃油重量+实际业务载重量
15、最大起飞重量 （11-5）修正的基本重量+备用燃油重量+实际业务载重量最大着陆重量 （11-6）修正的基本重量+实际业务载重量最大无燃油重量 （11-7）由式（11-5）、（11-6）、（11-7）可以计算出三个最大可用业务载重量如下：飞机的最大可用业务载重量应为此三个最大可用业务载重量中的最小者，因此应有：例3B-2501号飞机（B737-200）执行航班任务，基本重量为28799公斤，增加一名机组人员（按照80公斤计算）。飞机燃油重量为9800公斤，航段燃油重量为5900公斤。飞机的最大起飞重量为56463公斤，最大着陆重量为48526公斤，最大无燃油重量为43084公斤。计算本次航班的最
16、大可用业务载重量。解：修正后的基本重量=28799+80=28879（公斤）由式（11-3）知备用燃油重量应为：备用燃油重量=9800-5900=3900（公斤）由式（11-8）、（11-9）、（11-10）可得：因此由式（11-11）可知本次航班的最大可用业务载重量为：方法二：由式（11-8）、（11-9）、（11-10）可得：在式（11-13）中等号左右端同时加进航段燃油重量，则有：最大着陆重量+航段燃油重量=修正的基本重量+飞机燃油重量+最大可用业务载重量（11-15）在式（11-14）中等号左右端同时加进飞机燃油重量，则有：最大无燃油重量+飞机燃油重量=修正的基本重量+飞机燃油重量+最
17、大可用业务载重量（11-16）令式（11-15）左端为最大起飞重量，式（11-16）左端为最大起飞重量，即：最大起飞重量=最大着陆重量+航段燃油重量 （11-17）最大起飞重量=最大无燃油重量+飞机燃油重量 （11-18）则由式（11-12）、（11-15）、（11-16）可知，求最大可用业务载重量、中的最小值，实际上就对应于求最大起飞重量、中的最小值。因此可以先求出最大起飞重量、中的最小值，然后减去由式（11-4）计算出来的操作重量，其差值便为本次航班的最大可用业务载重量。即：方法二是实际工作中多采用的方法。例4用方法二计算例3中航班的最大可用业务载重量。解：由式（11-12）、（11-17
18、）、（11-18）可得三者中的最小值52884公斤即为本次航班允许的起飞重量。于是有5.1.2过站业载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可用业务载重量以外，还要准确确定本站的过站业载，然后从最大可用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。例5某航线由ABCD三个航节组成。由始发站A发来的载重电报得知，AB航段的业载为331公斤，AC航段的业载为823公斤，AD航段的业载为1984公斤。通过计算得知B站的最大可用业务载重量为4700公斤，试计
19、算B站的过站业载和实际可用业载。解：AC航段和AD航段的业载需要经过B站而不在B站卸下，因此为B站的过站业载。所以有：B站的过站业载=823+1984=2807公斤；B站的实际可用业载=4700-2807=1893公斤。例6接上例。由B站发来的载重电报得知：BC航段的业载为498公斤，BD航段的业载为264公斤。通过计算得知C站的最大可用业务载重量为4000公斤，试计算C站的过站业载和实际可用业载。解：AD航段和BD航段的业载需要经过C站而不在C站卸下, 因此为C站的过站业载。所以有：C站的过站业载=1984+264=2248公斤；C站的实际可用业载=4000-2248=1752公斤。5.2航
20、空器的平衡5.2.1航空器的平衡航空器的平衡指的是一架航空器的重心位置，它对航空器的稳定性、可控性以及飞行安全是极其重要的。航空器的平衡直接受到各部分作用力的影响，如空气对航空器的作用力、航空器上装载的业载重量对航空器的作用力等。 作用于航空器各部位的力，如果不是通过航空器的重心，就要对航空器的重心构成力矩，促使航空器发生转动。引起航空器上仰或下俯的力矩称为俯仰力矩；引起航空器向左侧或向右侧倾斜的力矩称为滚转力矩；引起航空器向左方或向右方转向的力矩称为偏转力矩。由于力矩有三种，因此航空器的平衡也有三种，即俯仰平衡、横侧平衡和方向平衡。1 俯仰平衡。是指作用于航空器上的上仰力矩和下俯力矩彼此相等
21、，使航空器既不上仰，也不下俯。影响航空器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一致来安排之外，在对重心影响较小的舱位尽量多安排旅客，并且在航空器起降时请旅客不要在客舱内走动，以免影响航空器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。当航空器由于外界干扰而失去俯仰平衡时，可以靠航空器自身的安定性能自动恢复平衡，也可以
22、通过操纵驾驶杆改变升降舵角度而使航空器恢复俯仰平衡。2 横侧平衡。是指作用于航空器机身两侧的滚动力矩彼此相等，使航空器既不向左滚转，也不向右滚转。影响航空器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、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。尤其对于宽体航空器，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，避免货物在航空器失去横侧平衡时向一侧滚动而加重不平衡的程度。当由于某种原因使航空器失去横侧平衡时，可以通过改变某侧机翼的副翼角度而使航空器恢复横侧平衡。例如当航空器向左侧滚转时，则增大左侧副翼放下角度使左侧升力增大，就使向右滚转的力矩增大，使航空器
23、重新回到横侧平衡状态。3 方向平衡。是指作用于航空器机身两侧的力形成的使航空器向左和向右偏转的力矩彼此相等，使航空器既不向左偏转，也不向右偏转。影响航空器的方向平衡的因素主要有发动机推力的突然改变和横向风。例如航空器在飞行时一台发动机熄火，则航空器必然向该发动机所在一侧偏向。又如航空器在飞行时，遇到一股横向风，则航空器出现偏向。当由于某种情况使航空器失去方向平衡时，可以通过改变方向舵角度，使航空器向相反方向偏转，即可使航空器恢复方向平衡。例如航空器向右侧偏向时，则使方向舵向左偏一定角度，产生向左偏转的力矩，使航空器回到原方向来。由于航空器有俯仰平衡、横侧平衡和方向平衡，因此当航空器同时处于这三
24、种平衡状态时，才说明航空器处于平衡状态。5.2.2航空器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。飞机的重心是一个假设的点，假定飞机的全部重量都集中在这个点上并支撑起飞机，飞机就可以保持平衡。飞机作任何转动都是围绕飞机的重心进行的。飞机的重心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量增大的方向移动。1 限制飞机重心位置的原因（1） 从飞机性能方面分析限制飞机重心主要是考虑飞机的安定性和操纵性。安定性是指飞机由于外界干扰而失去俯仰平衡时，不需要飞行员干预，
25、完全靠飞机自身自动恢复俯仰平衡的性能。飞机具备好的安定性，就可以很大程度上减轻飞行员的工作量，避免飞行员过于疲劳而影响飞行安全。操纵性则是通过飞行员的操纵，使飞机达到要求的姿态的性能。飞机具备好的操纵性显然也是十分重要的。从作用原理可知，飞机的重心越靠前，安定性越好；飞机的重心越靠后，则操纵性越好。由于安定性和操纵性都是飞机十分重要的性能，因此都要达到较好的程度，因此要限定飞机的重心的前后位置。（2） 从经济性方面分析当飞机的重心过于靠前（或靠后）时，如果飞行员不干预的话，飞机在巡航飞行时必然处于低头（或抬头）的姿态，使飞机遇到的空气阻力很大，进而增大飞行成本。因此要限定飞机重心的前后位置。（
26、3） 从安全方面分析当飞机的重心过于靠前（或靠后）时，飞机在巡航飞行时必然处于低头（或抬头）的姿态，如果飞行员不干预的话，必然使飞机不断改变飞行高度；如果飞行员始终干预的话，又过于疲劳，两种情况都容易出现事故。另外飞机在停机坪时，如果飞机的重心过于靠前（或靠后），必然使飞机的前起落架（或主起落架）承受载荷过大，一旦超过其能够承受的载荷限额时，将使起落架损坏。因此要限定飞机重心的前后位置。2 重心位置的表示方法（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
27、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） 平均空气动力弦(MAC)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处的翼弦长度相等，则原机翼的这条翼弦即为平均空气动力弦，用MAC表示。（3） 重心位置的表示方法每种机型的平均空气动力弦的长度和所在位置都是固定的，都已经在飞机的技术说明书中写明。因此就可以把飞机的重心投影到平均空气动力弦上，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表示重心的位置，如公式（11-19）所示。 （11-19）例7某架飞机的平均空气动力弦长度为6.91642米，重心在
28、该弦上的投影点距该翼弦前缘的距离为1.647米，试用平均空气动力弦表示飞机的重心位置。解：3 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
29、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，构成的力矩相对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，构成的力矩相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，得负值时为低头矩，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，即总重量重心相对于基准点距离=所有力矩和因此有 （11-20）由于事先指定了基准点的位置，
30、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（11-20）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（11-19）表示出利用平均空气动力弦表示的飞机的重心位置。（2） 站位法站位是用来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，而其它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
31、目所在站位数可以直接作为该项目的力臂值。于是可用下式计算出飞机重心的站位，即 （11-21）采用英制的国家，一般用英寸作为站位的单位，称为站位英寸；采用公制的国家，则用米作为站位单位，称为站位米。这样就可直接用公式（11-21）计算出飞机重心的站位。求出重心的站位数后，则可由式（11-19）换算成平均空气动力弦百分比，即：有些机型进行计算时，除了利用站位基准点的坐标体系外，还另外选定一点作为平衡基准点（或称力矩基准点），所有装载项目的力臂长度都以平衡基准点为准计算。这就需要把各个装载项目的以站位基准点为准计算的力臂（即该项目的站位数）换算成以平衡基准点为准的力臂，换算方法如式（11-22）所示。装载项目相对于平衡基准点的力臂=装载项目的站位数-平衡基准点的站位数 （11-22）再用式（11-23）求算飞机的重心位置： （11-23）计算结果是重心相对于平衡基准点的位置，然后再由式（11-24）换算成重心的站位数。重心的站位数=重心相对于平衡基准点的位置+平衡基准点的站位数 （11-24）（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
