Wie bestimme ich den Schwerpunkt bei Flugzeugen?

Sie fragen insbesondere nach dem Schwerpunkt (CG), aber nicht nach dem Gewicht. Jede CG-Berechnung schließt zwangsläufig das Gewicht als Berechnungskomponente ein; Daher bezeichne ich die Berechnungen als Gewichts- und Gleichgewichtsberechnungen (oder CG-Berechnungen).

Die beiden Hauptmethoden zur Bestimmung von Gewichts- und Gleichgewichtsmessungen sind das physische Wiegen des Flugzeugs und das mathematische Berechnen auf der Grundlage von Additionen oder Subtraktionen zum vorherigen Gewicht. Ersteres wird vom Wartungspersonal durchgeführt und bildet das Leergewicht und den Schwerpunkt für jedes gegebene Flugzeug. Letzteres kann entweder von Flugbetreibern oder von der Instandhaltung durchgeführt werden und verwendet das vorgegebene Leergewicht und den Schwerpunkt als Grundlage für die Berechnungen; dies kann beispielsweise aufgrund des Einbaus neuer Ausrüstung erforderlich sein, oder ein Pilot kann eine solche Berechnung durchführen, um das Gewicht und den Schwerpunkt für einen gegebenen Flug mit beispielsweise Treibstoff und Passagieren zu bestimmen.

Für Wartungsarbeiten haben die meisten Flugzeuge einen Abschnitt im Wartungshandbuch oder Betriebshandbuch, der den Vorgang vorschreibt. Für den Flugbetrieb haben die meisten Flugzeuge ein Informationshandbuch oder Betriebshandbuch, das die Berechnung vorschreibt.

Ein notwendiger Parameter ist ein etabliertes Referenzdatum .

Die Grundformel lautet:

Wo:

• $W_n$ist das Gewicht der Flugzeugwaage, das vorgegebene Leergewicht, der Kraftstoff oder die Nutzlast usw.
• $A_n$ist der Momentarm in Bezug auf das Datum der Messung der Flugzeugwaage, des vorgegebenen leeren Schwerpunkts, des Kraftstoffs oder der Nutzlast usw.
• $C_G$ist die Lösung für den Schwerpunkt des Flugzeugs.

Das annullierte FAA Advisory Circular AC65-9A enthält ein ganzes Kapitel ( Kapitel 3 ), das dem Thema Gewicht und Gleichgewicht gewidmet ist, einschließlich genau Ihrer Frage, der Parameter, die berücksichtigt werden müssen, und der Formeln, die zur Durchführung der Berechnungen verwendet werden. Obwohl abgesagt, ist das AC immer noch online verfügbar (ich habe ein gedrucktes Exemplar).

BEARBEITEN: Siehe den Kommentar unten von @voretaq7, in dem auf das hier zitierte ausgezeichnete "Aircraft Weight & Balance Handbook" verwiesen wird:

Zusätzlich zu AC 65-9A enthält das aktuelle Aircraft Weight & Balance Handbook (FAA-H-8083-1A – hier erhältlich) mehr, als Sie jemals über die Berechnung von Weight & Balance wissen wollten.

Dies ist derzeit der direkte Link zum PDF dieses Dokuments.

Mir ist nicht ganz klar, ob Sie daran interessiert sind, den CG (Center of Gravity) eines neuen oder eines bestehenden Designs zu bestimmen, ich denke, das letztere.

In diesem Fall sind die wichtigsten Parameter:

• Die Nutzlast (z. B. Personen, Fracht, Sonstiges (z. B. Munition))
• Der Treibstoff

Der Hersteller stellt Ihnen Tabellen zur Bestimmung des Schwerpunktes aufgrund des unterschiedlichen Beladungszustandes (Kombination aus Flugzeugnutzlast und Treibstoff) zur Verfügung.

Für leichte Flugzeuge können Sie mit einer Personenwaage eine gute Annäherung erhalten. Legen Sie es zuerst unter das Vorder-/Spornrad, notieren Sie die Kraft F1 und machen Sie dann dasselbe für eines der Haupträder. Sie notieren die Kraft und nehmen den doppelten Wert, F2. Der Schwerpunkt befindet sich in einem Punkt einer Linie entlang des Rumpfes, wo die Momente von F1 und F2 den gleichen Wert haben. Es ist elementare Algebra für 10-Jährige ...

Eine sehr einfache Antwort, aber eine, die mit Modellbauern vertraut ist, ist, sie vom Boden abzuheben. Denken Sie daran, dass Ihr horizontaler Schwerpunkt (von vorne nach hinten) normalerweise leicht vor Ihrem Clift liegt und durch den Einfallswinkel oder die Trimmung des Höhenruders „ausgeglichen“ ist.

Es gibt auch einen vertikalen CG (von oben nach unten), der mit Ihrem Frontwiderstandszentrum verglichen werden sollte. Beachten Sie, dass die meisten Flugzeugheckdesigns asymmetrisch sind, mit mehr "oben" als unten, was auch zur Aufwärtstrimmung beiträgt. Der Luftwiderstand des Seitenleitwerks wird dadurch effizienter genutzt, wodurch etwas Höhentrimmung in der Horizontalen eingespart wird.

Für den vollen Maßstab gibt es Formeln im POH, die auf dem Schwerpunkt basieren, bevor Kraftstoff, Personen, Gepäck usw. geladen werden. Sehr wichtige Aufgabe vor dem Flug, um dies zu überprüfen.