5.8 Варианты загрузки и ограничения

Вид транспортных операций, для которых предназначен самолет, определяет сте­пень приемлемости специальных ограничений по загрузке. Хотя широкий диапазон допустимых центровок повышает эксплуатационную гибкость самолета, он имеет и отрицательные стороны:

1. Большое смещение ЦМ требует значительных запасов по устойчивости и маневренности, что в общем случае затрудняет проектирование хвостового оперения и системы управления самолета. Кроме конструктивной сложности возрастут масса и со­противление самолета.

2. Значительный запас по устойчивости создает существенное балансировочное сопротивление.

3. Слишком передняя центровка должна компенсироваться возрастанием аэродинамической силы от хвостового оперения, направленной вниз. Эго может значительно уменьшить максимальный коэффициент подъемной силы (закрылки выпущены).

На пассажирских транспортных самолетах желателен широкий диапазон изменения допустимых центровок, порядка 20—25% САХ. При этом необ­ходимо учитывать различные варианты компоновки кабины, приращение полезной нагрузки, переоборудование самолета в грузопассажирский вариант, увеличение запаса топлива на последующих модификациях самолета. Авиалинии всегда воз­ражают против размещения пассажиров по определенным местам, но в опреде­ленных пределах идут на балансировку самолета полезными грузами. Приемлема также перекачка топлива, применение же балластных грузов следует избегать.

Для легких самолетов желательно проанализировать все возможные вариан­ты загрузки. На пассажирские транспортные самолеты распространяется следу­ющее правило размещения пассажиров (пример на рис 5.3). Предполагается, что в пустом самолете пассажиры сначала занимают места, ближайшие к окнам. Ког­да эти места заполнены (А→С), занимается следующий ближайший к окну ряд (C→Д), и наконец, места рядом с проходом (Д→Е). Ближайшие к окнам сиде­ния могут заполняться двумя путями: начиная с передних (А→В₁→С) или начиная с задних (А→В₂→С).

Рис. 5.3. Процесс загрузки самолета: 1- сиденья у окон; 2- сиденья ближайшие к проходу пр

Рис. 5.4 Типичные ограничения по загрузке большого грузового самолета

Это образует своеобразную петлю. Крайние точки этой петли B₁ и В₂ соответствуют варианту, когда заняты все только передние или только задние сиденья у окон. Петли при переходе от C→D и D→E образуются анало­гичным образом. При компоновке кабины с расположением пяти сидений в ряд верхняя петля будет иметь незначительные размеры, так как заполняется всего один ряд. Другие схемы компоновки могут дать совершенно различные результаты.

Самолеты общего пользования (воздушные такси, магистральные, местных линий) обычно требуют большой допустимой зоны центровок в связи с многообразием выполняемых задач. Например, самолет «Пилатус Портер» имеет этот диапазон, равный 23% САХ, а самолет Скоттиш Авиэйшн «Джестстрим» — 30% САХ. Такой диапазон не нужен на самолете частного пользования в связи с небольшой полезной нагрузкой и ее близостью к ЦМ пустого самолета.

Легкий двухместный самолет имеет диапазон центровки всего 5—10% САХ, при этом необходимо учитывать статистический разброс массы экипажа и возможные варианты оборудования и отделки самолета.

Грузовой самолет с большим многообразием возможных вариантов загрузка требует их тщательного анализа на этапе предварительного проектирования. Разумные пределы по центровке выбираются на основе статистических данных или по характеристикам устойчивости и управляемости при известной конструкции хвостового оперения. В результате может быть построена балансная диаграмма по ограничениям центровки в зависимости от массы самолета (рисунок 5.4). Соответствующее уравнение имеет вид

где G _nycт.2 и G _{пуст 2} — соответственно эксплуатационная масса пустого

самолета и положение его ЦМ, а х _ц.,_{м. пред.} представляет пределы задней и передней центровки, соответствующие G _{nycт. 2}+G_гp..

Возможные отклонения по центровке описываются выражением

они пропорциональны допустимому смещению ЦМ. Асимметрическая форма диаграммы вызвана положением ЦМ пустого самолета, который находится близко к заднему пределу в этом конкретном примере. При полной загрузке самолета его разгрузку необходимо производить, начиная с хвостового отсека. Выполнение этого требования зависит от размещения погрузочно-разгрузочных дверей и вида грузовой операции. Значительное смещение ЦМ самолета будет наблюдаться во время загрузки и разгрузки транспортного самолета. Для исключения неожиданного опрокидывания самолета, его ЦМ должен всегда быть внутри треугольника, образованного опорами шасси. Пассажирские и грузовые двери не должны размещаться слишком далеко в хвостовой части фюзеляжа, при схеме с носовым колесом.

Центровочная схема маневренного самолета