משקל ואיזון


.שאלות משקל ואיזון מקבלות את הניקוד הגבוה ביותר

מביניהן הכבדות ביותר הן שאלות על חישוב הכוח הדרוש להחזיק את המטוס בטיסה ישרה ואופקית


כפי שלמדנו בפרק יציבות וניהוג ישנה חשיבות רבה למיקום מרכז הכובד במשך הטיסה על מנת לשמור על יחס נכון של יציבות וניהוג בציר העילרוד.

הנחת היסוד הנה שכביכול, כל משקל המטוס מרוכז בנקודה אחת שהיא מרכז הכובד ומציינת מצב בו המטוס מאוזן במישור העילרוד

מרכז הכובד יכול לנוע בתחום מוגדר הנקבע ע"י יכולת הגה הגובה לייצר די כוח נגדי, למגמת שינוי מיקום מרכז הכובד

מכאן שניתן להוסיף מטען או להוריד וכן גם לשנות מיקום מטען בתוך המטוס ובלבד שמיקום מרכז הכובד לא יחרוג מהתחום המותר

יצרן המטוס מגדיר את המיקום המומלץ של מרכז הכובד ואת טווח התנועה המותר קדימה ואחורה יחסית לקו מוגדר - קו הדטום.

דרך אחת לקביעת מיקום קו הדטום הנה קביעת נקודת יחוס בגוף המטוס כגון "קיר האש" המפריד בין המנוע ותא הצוות במטוס חד מנועי שמנועו מורכב מלפנים, או משפת ההתקפה של הכנף

דרך אחרת היא לקבוע את מיקום קו הדטום ואת טווח התנועה המותר קדימה ואחורה יחסית לקו הדטום כאחוז ממיתר הכנף הממוצע - MAC - Mean Aerodynamic Chord.

ההצגה שלהלן (שהיא גם השיטה הנפוצה יותר), הנה ביחס לנקודת ייחוס על גוף המטוס

מרכז הכובד ינוע בהתאם להעמסת ציוד/נוסעים/כמות דלק. ועלינו לדאוג לכך שלא יחרוג מהמגבלות המוכתבות על ידי היצרן

לשם מציאת מרכז הכובד נשתמש בחוק פיזיקאלי ולפיו:

מומנט = משקל X אורך הזרוע

כדי לחשב את אורך הזרוע נקבע בצורה שרירותית על ידי היצרן קו "דתום" (קו ייחוס) ממנו נמדדים כל המרחקים לצורך חישוב המומנטים.

קו הדתום יכול להימצא בכל מקום לאורך הגוף ואף במרחק מסוים לפני הגוף.

בכל "ספר מטוס לטייס", פרק "משקל ואיזון", תמצא הגדרת היצרן למיקום קו הדטום.

ערכים להלן, הנמצאים מאחרי קו הדטום, כלומר לכוון הזנב, יסומנו כחיוביים. ערכים שלפני קו הדטום, כלומר לכוון אף המטוס, יסומנו כשליליים

אופן מציאת מרכז הכובד:

תחילה מחשבים את מיקום מרכז הכובד כאשר המטוס "ריק".

משקל ריק – כאשר המטוס כולל את כל האביזרים החיוניים לטיסה, כולל נוזל הידראולי, נוזל קירור, שמן שאינו ניתן לניקוז ודלק שאינו ניתן לניצול

נתבונן בדוגמא הבאה לשקילת מטוס ריק:

נתונים:

מיקום "דתום" - אף המטוס.

מיקום גלגלים ראשיים - "30 מהדתום.

מיקום גלגל זנב - "110 מהדתום

משקל גלגל ימין - 100 ק"ג

משקל גלגל שמאל - 100 ק"ג.

משקל גלגל זנב - 45 ק"ג

כעת נכניס את הנתונים לטבלה:

כעת נוכל לחשב את מיקום CG למטוס ריק יחסית לדתום המטוס –

לאחר שמצאנו את מיקום מרכז הכובד של המטוס הריק נחשב את שינוי מיקום מרכז הכובד בעקבות הוספת ציוד/נוסעים/דלק על ידי חישוב השפעתו של כל גורם על פי הנוסחה הבאה:

- לדוגמא: נחשב את השפעתו של טייס השוקל 70 ק"ג שעלה כעת על המטוס ויושב במרחק של "40 מהדתום, על מיקום מרכז הכובד של מטוסנו

:לחלופין ניתן לחשב באמצעות הטבלה שלהלן

אנו רואים כי מרכז הכובד נע מרחק של "1.04 קדימה. בעקבות עלייתו של הטייס למטוס.

הנוסחה שלעיל תקפה גם עבור תוספת או הפחתת משקל

היה ונתונות מגבלות מרכז הכובד והשאלה הנה על תוספת משקל מסוים, תוספת משקל מרבית אפשרית או מגבלות הזזת מטען קיים

אפשרות נוספת היא תזוזת מרכז הכובד כאשר מטען מועבר ממקום אחד לאחר. חישוב השינוי הוא

חישוב הכוח הדרוש להחזיק את המטוס בטיסה ישרה ואופקית

מאחר שמטוס מתוכנן כך שמרכז הכובד ימצא לפני מרכז העילוי, נוצר מומנט הורדת אף

המומנט המאזן = הכוח שמפעיל מיצב הגובה (כלפי מטה) X מרחק מרכז העילוי של מיצב הגובה ממרכז העילוי של הכנף.

במקרה שמשקל המטוס משתנה ו/או מיקום מרכז הכובד משתנה (כגון צריכת דלק במהלך הטיסה), ניתן לחשב את הכוח הדרוש החדש שיפעיל מיצב הגובה, על מנת שהמטוס יאוזן לטיסה ישרה ואופקית

.שים לב לנהל כל החישובים באותה יחידת נפח (עבור דלק) ומשקל

המרת נפח דלק למשקל תבוצע על פי המשקל הסגולי הנתון בשאלה

כאשר מופיע נתון כגון - מומנט 34 לב×אינצ/1000 משמעו מומנט 34000 ליב'/אינצ

מחשבון המרת מידות

.טבלת עזר למעבר בין ערכים כמותיים

המידות הבסיסיות שלהלן, עלול שתהיינה שונות במעט, במבחן רת"א כגון, משקל דלק סגולי 0.7 כנגד 0.72 בטבלה שלהן

.העתק הטבלה שלעיל לדף ובמהלך תרגול השאלות במחולל המבחנים, כל עת שהנך נדרש להמרת נתונים, הדגש את קו ההמרה בצבע

.אלו ההמרות שעליך לזכור ולדעת בע"פ עבור מבחן רת"א

משקל ואיזון - מאמר ממצה וכולל הדגמה על ססנה 172

מחשבון משקל ואיזון - על בסיס ססנה 172, אך מתאים גם למטוסים אחרים בעלי 4 מקומות ישיבה

מחשבון משקל ואיזון - ססנה 152


(MAC - Mean Aerodynamic Chord) - חישוב מרכז כובד כאחוז ממיתר פרופיל הכנף הממוצע

:נתונים

מרחק מרכז הכובד - CG מקו הדטום - DATUM או מיקום מרכז הכובד כאחוז ממיתר הכנף (כאשר נקודת האפס היא בשפת ההתקפה של הכנף).

המרחק מקו הדטום לשפת ההתקפה של הכנף - (LeMAC (leading edge mean aerodynamic chord

המרחק מקו הדטום לשפת הזרימה של הכנף - (TeMAC (Tail edge mean aerodynamic chord

המרחק מקו ה - DATUM לשפת הזרימה של הכנף - (TeMAC (Tail edge mean aerodynamic chord

MAC - אורך מיתר הכנף הממוצע

לעיתים ה - MAC -אורך מיתר הכנף ניתן כך: MAC=Temac - Lemac

מהנתונים שלעלי עלינו לחלץ את מיקום מרכז הכובד - CG במונחים של מרחק באינטשים (אלא אם נתוני התרגיל הנם במטר או ס"מ).

.רגע שיש בידנו מיקום מרכז הכובד במונחים של מרחק, פתרון הבעיה המוצגת לנו מתבצע כדרך שפתרנו אותה קודם לכן - הטבלה שלעיל

.אחר שמצאנו את התשובה לשאלה ואם בשאלה הנתון הנדרש הוא מיקום מרכז הכובד באחוזים ממיתר הכנף, אזי בהליך הפוך, נחשב את המיקום כאחוז ממיתר הכנף

:חישוב מרכז הכובד כאשר הנתונים הם

המרחק מקו הדטום לשפת ההתקפה של הכנף - LeMAC (leading edge mean aerodynamic chord

המרחק מקו הדטום לשפת הזרימה של הכנף - TeMAC (trailing edge mean aerodynamic chord

%MAC - מרכז הכובד כאחוז ממיתר הכנף

.שים לב ! המונחים שלעיל והנוסחאות עשויים לבלבל, בשעה שבמרבית המקרים ניתן לחשב זאת באמצעות שירטוט והצבת הערכים הנתונים בשאלה על גביו