אומנה - הדרכת תיאוריה לרישיון טיס

משקל ואיזון

.שאלות משקל ואיזון מקבלות את הניקוד הגבוה ביותר

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

בכדי להבין את הנושא, נתחיל במערכת פשוטה של מאזניים.

בכדי לאזן את זרועות המאזניים, כל שצריך הוא להניח שתי משקולות שוות בשני הצלחות.

במקרה זה ומכיון שאורך זרועות המאניים שוות, אין צורך בחישוב כלשהו. המשקלים שיאזנו מאזניים כאלה, זהים עבור כל אורך זרועות מאזניים שנבחר.

נניח כעת שזרועות המאזניים איננן שוות:

בכדי לאזן מאזניים כאלו, נדרש להניח משקלים שונים בכל צד.

המשקל המונח בכף המאזניים כפול אורך הזרוע יוצר כוח כלפי מטה הנקרא מומנט.

עבור משקל מסויים, נניח 1 ק"ג המונח בצד הזרוע הארוכה של 2 מטר, המשקל שיאזן אותו בצד הזרוע הקצרה של 1 מטר הוא 2 ק"ג.

החישוב הנו:

1ק"ג כפול 2 מטר= מומנט 2

2ק"ג כפול 1 מטר = מומנט 2

וכן גם בטבלה:

אם נהפוך את ארכי הזרועות, נקבל תוצאה זהה לקודמת

נניח כעת מאזניים בהן זרוע ימין היא באורך 2 מטר והמשקולת המירבית שניתן לתלות עליה הנה של 5 ק"ג. מה צריך להיות אורכה של הזרוע שעליה תלויה משקולת של 10 ק"ג ?

נציג את הנתונים בטבלה:

התשובה:

נציג את השאלה אחרת:

מאזניים בהן זרוע ימין היא באורך 2 מטר וזרוע שמאל ואורך זרוע שמאל 1 מטר עליה תלויה משקולת 10 ק"ג. מהי המשקולת שנדרש לתלות על זרוע ימין כדי לאזן את המערכת ?

התשובה:

מטוס לעניין משקל ואיזון הנו שווה ערך למאזניים

בתמונה שלעיל נקודת התלייה הנה מרכז העילוי - המקום בו כל העילוי שמייצרות הכנפיים מרוכז בנקודה אחת.

המרחק בין מרכז העילוי/נקודת התלייה של המטוס לבין מייצב הגובה בזנב המטוס הנו קבוע.

הכוח שמייצר מיצב הגובה ביחד עם הגה הגובה הנו גם כלפי מטה ווגם כלפי מעלה ויכול להשתנות בהתאם לתנועת הגה הגובה.

המטען שעל המטוס ובכלל זה משקל גוף המטוס ומשקל הדלק, מרוכזים לכאורה בנקודה אחת שהיא מרכז הכובד של המטוס וחייבת להיות לפני נקודת תליית המטוס - מרכז העלוי.

מרכז הכובד יכול לשנות את מקומו בהתאם למשקל המטען שעל המטוס, בהתאם לפיזורו בתוך גוף המטוס, בהתאם להשתנותו עקב צריכת דלק ובמטוסי נוסעים גם עקב תנועת נוסעים מסיבית קדימה או אחורה.

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

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

.ערכים 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 בדוגמה הבאה לשקילת מטוס ריק:

נתונים:

מיקום "דטום" - אף המטוס

מיקום גלגלים ראשיים - "30 מהדטום

מיקום גלגל זנב - "110 מהדטום

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 מרכז הכובד - CG למטוס ריק, יחסית לדטום 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:

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

:לחלופין ניתן לחשב באמצעות הטבלה שלהלן

נחשב את ההפרש בין מיקום קו הדטום במטוס ריק לבין מטוס שיושב בו טייס במשקל 70 ק"ג:

"1.04 = 43.65 - 44.69

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

.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

MAC - אורך מיתר הכנף הממוצע

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

מהנתונים שלעיל 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

משקל ואיזון למסחרי

משקל ואיזון

עבור השפעות חיצוניות על המטוס