Was ist der Unterschied zwischen einem vorderen, hinteren, hohen und niedrigen Schwerpunkt?

Ich bin mir nicht sicher, ob ich verstehe, worauf Sie hinaus wollen, aber lassen Sie mich versuchen, den Satz zu beantworten:

am wichtigsten, wann ist der CG nach hinten oder vorne? und wann ist der CG niedrig oder hoch?

Ob der Schwerpunkt achtern oder vorne liegt, bezieht sich auf seine Position entlang der Längsachse des Flugzeugs, der Achse, die von der Flugzeugnase zum Heck verläuft. Wenn Leute sich nur auf „den CG“ beziehen, beziehen sie sich normalerweise auf die Längsposition des CG, da dies im Allgemeinen am kritischsten ist. Boeing bezeichnet die Messung der Längsachse als BA, Balance Arm, obwohl vom Längs-CG normalerweise in Prozent der mittleren aerodynamischen Sehne gesprochen wird.

Nehmen wir an, Sie haben einen Frachter mit einer einzigen 10.000-Pfund-Palette darin. Wenn sich diese Palette in der vordersten Position befindet, in der sie gehandhabt werden kann, wäre der Schwerpunkt in Längsrichtung erheblich weiter vorne, als wenn sich die Palette in der hintersten Position befände. Sehr wahrscheinlich würden in jedem Fall die jeweiligen vorderen und hinteren CG-Grenzwerte überschritten werden. Wenn ein Lademeister nur sagt: "Ich habe einen Vorwärts-CG", könnte er damit meinen, dass die Ladung vor der Vorwärtsgrenze liegt, oder er könnte einfach sagen, dass die Ladung innerhalb der Grenze liegt, aber weiter vorne liegt, als ihm lieb ist.

Nehmen wir nun an, dass wir die 10.000-Pfund-Palette in zwei 5.000-Pfund-Paletten aufteilen und eine davon in der vordersten Position auf dem Hauptdeck und die andere in derselben Längsposition auf dem Unterdeck platzieren. Das würde den Längs-Schwerpunkt nicht ändern, da beide Paletten an der gleichen Längsposition sind. Es würde jedoch den vertikalen CG, gemessen entlang der vertikalen Achse, verändern. Lademeister auf 747 müssen sich keine Gedanken über den vertikalen Schwerpunkt machen, da es in den Gewichts- und Schwerpunkthandbüchern der 747 keine definierten Grenzen dafür gibt. Lademeister auf 767s tun jedoch, da es definierte Grenzen gibt. Wenn ein 767-Lademeister sagt, er habe einen hohen Schwerpunkt, kann er damit meinen, dass die Hauptdecklast zu groß ist, wenn man bedenkt, wie viel sich im Unterdeck befindet. Er könnte auch meinen, dass der vertikale Schwerpunkt der Last auf dem Hauptdeck selbst größer als 42 Zoll über dem Boden des Hauptdecks ist.

Obwohl Sie nicht danach gefragt haben, gibt es eine dritte Achse, die Querachse, die sich sozusagen von Flügelspitze zu Flügelspitze erstreckt. Boeing bezeichnet die Position entlang dieser Achse als BBL, Body Buttock Line, und es gibt normalerweise Grenzen, wie weit der seitliche Schwerpunkt von der Mittellinie des Flugzeugs entfernt sein kann.

Im Grunde ist Ihre Frage eine Kombination aus zwei Aspekten, die bereits recht ausführlich diskutiert wurden:

Stabilität wird bereits ziemlich gut erklärt in Was bedeutet es, dass ein Flugzeug aerodynamisch stabil ist? . Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der vordere Schwerpunkt das Flugzeug stabiler, aber etwas weniger effizient macht, während der hintere Schwerpunkt es weniger stabil macht.

Die vertikale Position wird dann in Wie gehen die Flügel/Steuerflächen des Airbus Beluga mit seinem hohen Schwerpunkt um? Kurz gesagt, die vertikale Position des Schwerpunkts ist meistens irrelevant . Der Auftrieb im geraden und waagerechten Flug wirkt auf einer Linie, die durch den Schwerpunkt und die Ufer mit dem Flugzeug verläuft, sodass er keinen Moment erzeugen kann. Nur die seitliche Kraft in einem Seitenschlupf kann zu einer etwas niedrigeren Gier-Roll-Kopplung mit hohem CoG führen, aber normalerweise verlässt man sich nicht auf die Gier-Roll-Kopplung, daher ist es nicht sehr interessant.

Die vertikale Position des Schwerpunkts in einem Flugzeug und seine Auswirkungen auf die Stabilität hängen weitgehend von der Position der Flügel ab. Ein hoch montierter Flügel mit niedrigem Schwerpunkt am Rumpf erzeugt ein sehr stabiles Flugzeug um seine Längsachse; Ein hoher Schwerpunkt auf einem niedrig montierten Flügel erzeugt eine dynamische Instabilität um diese Achse. Viele Flugzeuge, die auf Manövrierbarkeit ausgelegt sind, z. B. Kunstflugflugzeuge, Militärjäger usw., haben einen an der Schulter montierten Flügel, bei dem der Auftriebsschwerpunkt sehr nahe am Schwerpunkt entlang der vertikalen Achse liegt, was eine neutrale Rollstabilität schafft.

Schwerpunkte im vorderen Bereich ihrer zugelassenen Hüllkurve entwickeln eine gute seitliche Stabilität, jedoch auf Kosten eines stärker induzierten Luftwiderstands, da das Höhenleitwerk oder die Canards mehr Auftrieb erzeugen müssen, um dem Drehmoment entgegenzuwirken, das der Schwerpunkt um die Mitte des Auftriebs erzeugt. Hintere CGs reduzieren den induzierten Widerstand, führen jedoch zu seitlicher Instabilität und können aufgrund der verringerten Wirksamkeit des Höhenleitwerks bei einem Strömungsabriss oder Trudeln ziemlich gefährlich sein.