飞机的载重平衡和重心

  

航空器的载重与平衡是运营人运行控制中心（AOC）核心业务之一，民用航空器的载重平衡是影响飞行安全和运营人的经济效益的非常重要的因素。长期以来在世界范围内，很多航空安全事件、事故征候及事故缘于航空器的载重平衡存在错误，我国亦不例外。因此航空器的载重平衡是航空器运营人的一项非常重要的工作，以下分几个方面简要介绍航空器的载重与平衡基本知识。

一、飞机的载重

1.飞机的最大业务载重量

飞机由于自身结构强度、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，要求具有更加高的可靠性和安全性以及更加好的平衡姿态，而货物装载量、装载位置和旅客客舱座位分布直接影响飞行安全和飞机平衡。因此严格限制飞机的最大装载量对飞行安全至关重要。

飞机的最大起飞全重、最大落地全重、最大无油全重、最大起飞油量、航段耗油量、飞机的最大业载量和空机重量是飞机制造商在交付用户时提供的静态业务数据。

2.飞机的最大起飞全重（MTOW）

飞机的最大起飞全重是飞机在起飞线加大马力起飞滑跑时全部重量的最大限额。

限制飞机的最大起飞重量主要有以下几个方面的原因：（1）飞机的自身结构强度；（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：跑道长度越大，起飞重量可以越大，因为可供飞机起飞滑跑的距离越大。例如当跑道长度达到3200米时，可以起降大型飞机，当跑道长度只有1700米时，只能起降中小型飞机，（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）受襟翼放下角度的影响；（8）噪音的限制规定等。

3.飞机的最大落地全重（MLDW）

飞机的最大落地全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。

限制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。

影响飞机的最大落地全量的因素主要有：（1）大气温度与机场标高；（2）风向和风速；（3）跑道的情况；（4）机场的净空条件。

4.飞机的最大无油全重（MZFW）

飞机的最大无油全重是指除去燃油之外所允许的最大飞行重量。规定飞机的最大无油全重，主要是考虑机翼的结构强度。

5.飞机的基本重量（BW）

飞机的基本重量是指除去业务载重和燃油外，已完全做好飞机准备的飞机重量。主要包括：

（1）空机重量。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，记录在飞机的技术手册内。

（2）附加设备重量。包括服务用品及机务维修设备等。

（3）空勤组及随身携带物品重量。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”。超过或少于标准机组时应对飞机基本重量进行修正。

（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）其他应计算在基本重量之内的重量，如飞机的备件等。

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，此时需要按规定在基本重量的基础上对增减重量进行修正。修正后的基本重量反映了本次执行航班任务的飞机实际的基本重量，因此在计算最大业务载重量时应采用修正后的基本重量。

6.飞机的起飞油量（TOF）

飞机的起飞油量是指飞机执行航班任务时携带的全部燃油量。

起飞油量包括航段耗油量和备用油量两部分，但不包括地面开车和滑跑所用油量。

（1）航段耗油量（TFW），指飞机由起飞站到目的站航段需要消耗的燃油量。航段耗油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：

航段耗油量＝航段距离/飞机平均地速×平均小时耗油量

（2）备用油量（RFW），指飞机由目的站飞到其备降机场并在备降机场上空还可以飞行45分钟所需耗用的油量。有时由于目的站因为某种原因不能让飞机降落，需要飞机在其备降机场降落，因此执行航班任务的飞机都应携带备用油量。

备用油量的计算公式如下：

　　由起飞油量的组成可知，起飞油量应按如下公式计算：

起飞油量＝航段耗油量＋备用油量

（3）关于油量的说明：

A.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，但起飞油量也不得少于一定的重量。

B.有些飞机有最大着陆油量的规定，就是备用油量不得超过一定数量限额。

以上这些规定都是从机翼结构强度方面考虑的。

C.飞机携带的燃油是供发动机燃烧而产生推力的。

二、飞机的平衡

1.飞机的平衡

飞机的平衡有三种，即俯仰平衡、横侧平衡和方向平衡。

（1）俯仰平衡。是指作用于飞机上的上仰力矩和下俯力矩彼此相等，使飞机既不上仰，也不下俯。

影响飞机的俯仰平衡的因素主要有旅客的座位安排方式、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。因此航空公司配载人员在安排旅客的座位时，除去按照舱位等级来安排之外，在对重心影响较小的飞机座位区域尽量多安排旅客，并且在飞机起降时请旅客不要在客舱内走动，以免影响飞机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，要将网、绳固定牢靠，防止货物在货舱内滚动，影响俯仰平衡及造成货物损坏。

当飞机由于外界干扰而失去俯仰平衡时但是在飞机重心范围内，可以靠飞机自身的安定性能自动恢复平衡，也可通过操纵驾驶杆改变升降舵角度而使飞机恢复俯仰平衡。

（2）横侧平衡。是指作用于飞机机身两侧的滚动力矩彼此相等，使飞机既不向左滚转，也不向右滚转。

影响飞机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。尤其对于宽体飞机，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，避免货物在飞机失去横测平衡时向一侧滚动而加重不平衡的程度。

当由于某种原因使飞机失去横侧平衡时，可以通过改变某侧机翼的副翼角度而使飞机恢复横侧平衡。例如当飞机向左侧滚转时，则增大左侧副翼放下角度使左侧升力增大，即使向右滚转的力矩增大，使飞机重新回到横侧平衡状态。

（3）方向平衡。是指作用于飞机两侧的力形成的使飞机向左和向右偏转的力矩彼此相等，使飞机既不向左偏转，也不向右偏转。

影响方向平衡的因素主要有发动机推力和横向风，例如飞机在飞行时一台发动机熄火，则飞机必然向该发动机所在一侧偏向。又如飞机在飞行时，遇到一股横向风，则飞机出现偏向。

当由于某种情况使飞机失去方向平衡时，可以通过改变方向舵角度，使飞机向相反方向偏转，即可使飞机恢复方向平衡。例如飞机向右侧偏向时，则使方向舵向左偏一定角度，产生向左偏转的力矩，使飞机回到原方向来。

由于飞机有俯仰平衡、横侧平衡和方向平衡，因此当飞机同时处于这三种平衡状态时，才说明飞机处于平衡状态。

2.飞机的重心

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。飞机重心的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增大的方向移动。

限制飞机重心位置的原因有：飞机的安定性和飞机的操纵性。

3..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。前缘和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）标准平均翼弦（SMC）。在所有翼弦中，长度等于机翼面积与翼展之比的翼弦称为标准平均翼弦，用SMC表示。

（3）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。

每种机型的平均空气动力弦和标准平均翼弦的长度和所在位置都是固定的，都已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（或标准平均翼弦上，但较少用），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来表示重心的位置。

三、飞机的实际业务载量

飞机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。

飞机的大小不同，它的业务载量差别很大，小型飞机只有几百公斤，大型飞机有一百多吨，航空公司在计算实际业务载重量时，行李、邮件、货物的重量按照实际重量计算，旅客的体重重量计算方法，按照民航局对承运人颁布相关规定计算。采用的方法是大型航空器持有人使用标准旅客平均体重，按照成人、儿童、婴儿分别计算，这个重量是依据我国人口普查数据和航空公司抽样调查得出的，是国际上普遍采用的方法，根据我国人口普查数据和旅客出行方式随身携带物品的变化，航空公司可以对这个重量进行修正。对于小型航空器来说所有重量要求采用实际重量，中国民航最早规定国内航班每位成人按72公斤计算，儿童按36公斤计算，婴儿按8公斤计算；国际航班每位成人按75公斤计算，儿童按40公斤计算，婴儿按10公斤计算。但目前由于各航空公司情况不同，采用标准不尽相同，但不论采用什么重量标准都是经过行业主管部门批准的，航空公司不能未经批准改变旅客的标准平均体重。

飞机的业载是动态数据，只有在飞机起飞前半个小时左右才能知道飞机的实际业载，它的准确性直接影响飞行安全。一般而言，大型航空器持有人不会因为飞机超载而把准备登机的旅客拉下，现在的飞机设计非常先进，大型航空器超载的现象很少，即便是真的超载也不会拉下旅客，航空公司首先应该把货物、邮件拉下。