ВЗВЕШИВАНИЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЦЕНТРА ТЯЖЕСТИ
Для того чтобы в процессе испытаний знать вес самолета и положение центра тяжести его в каждом полете, перед началом испытаний производится взвешивание самолета и определение его центра тяжести. Взвешивание производится в ангаре с горизонтальным полом при закрытых воротах, для того чтобы не вносить погрешности в показания весов из-за влияния ветра. При взвешивании как основные колеса, так и хвостовое или носовое колесо устанавливаются на весы. Амортизация шасси должна быть заклинена, чтобы не происходило смещения фюзеляжа и крыльев относительно оси колес.
Самолет обычно взвешивается в двух вариантах: 1) пустой самолет с несъемным оборудованием и 2) с нормальной полетной нагрузкой. В последнем случае баки самолета должны быть полностью заправлены, для того чтобы не было переливания горючего при изменении наклона самолета в процессе взвешивания.
Как известно, центром тяжести твердого тела называется точка, через которую при любом положении тела проходит равнодействующая сил тяжести. Следовательно, достаточно для нескольких положений самолета найти линии действия равнодействующей сил тяжести; на их пересечении и должен находиться центр тяжести.
Этот способ определения центра тяжести практически сводится к тому, что самолет взвешивается в каждом варианте в трех положениях, обычно в следующих:
самолеты с хвостовым колесом:
1) при стояночном угле,
2) в линии полета,
3) с поднятым вверх хвостом, когда нагрузка на хвостовое колесо близка к нулю;
самолеты с носовым колесом:
1) при полностью опущенном хвосте,
2) в линии полета,
3) при промежуточном положении хвоста.
В процессе каждого взвешивания необходимо производить замеры, указанные на фиг. 2. 1. Линия АВ представляет собой так называемую хорду обмера, параллельную плоскости симметрии самолета. :В качестве хорды обмера удобнее всего
Фиг. 2. 1. Схема измерений при взвешиваниях для определения центра тяжести самолета. |
взять какое-либо сечение крыла, расположенное внутри колеи шасси. Для измерений пользуются нивелиров, отвесами и рулеткой или стальной линейкой. Из шести замеров, указанных на фиг. 2. 1, обязательными являются только три, а остальные
п U Фиг. 2. 2. Определение центра тяжести по результатам взвешиваний. |
служат лишь для контроля. В качестве основных величин обычно берут расстояния /zi, h2 и L, а расстояния /ь 12 и а используют для контроля.
Для определения положения центра тяжести самолета относительно хорды обмера строят чертеж типа фиг. 2. 2 в масштабе V20, V 1о или Vo в зависимости от размеров самолета. Из концов А а В отрезка длиной Ь, равной хорде обмера, проводят дуги окружностей радиусами ht и h2. Общая касательная к этим
3*
окружностям является линией горизонта, проходящей через ось колеса при положении самолета, соответствующем данному взвешиванию. Построив линии горизонта I—I, II—II и III—III для трех взвешиваний, находим точку О пересечения этих линий, соответствующую центру оси колеса. От точки О по соответствующей для каждого взвешивания линии откладываем расстояние OD, равное
где Рні — показание весов при данном взвешивании под носовым (или хвостовым) колесом за вычетом тары (козелков), а G — чистый вес самолета.
Восставив из точки D перпендикуляр к линии горизонта для соответствующего взвешивания, находим точку С пересечения трех перпендикуляров, являющуюся проекцией центра тяжести самолета на плоскость симметрии. Понятно, что при указанном графическом построении вследствие неточностей обмеров и построения вместо точки пересечения трех перпендикуляров получают небольшой треугольник, размеры которого тем меньше, чем точнее произведены обмеры, взвешивание и построение. В качестве проекции центра тяжести самолета обычно принимают точку, соответствующую центру тяжести указанного треугольника. В тех случаях, когда треугольник получается слишком большим, нужно проверить все вычисления и построения, а при отсутствии в них явных ошибок вновь произвести взвешивание для повторного определения центра тяжести.
На основе обмеров самолета строят так называемый центровочный чертеж, на котором хорда обмера и центр тяжести самолета координируются относительно средней аэродинамической хорды.
Положение центра тяжести самолета с убранным шасси, а также для разной полетной загрузки определяют расчетным путем, исходя из центровки, найденной при взвешиваниях. Для этого по весу добавочных грузов и по их координатам определяют статические моменты относительно каких-либо принятых осей, а затем находят новое положение центра тяжести по формулам
__ G0xr0+%gx
Хт~ G ’
боУтоЧ—^ gy
——
где G0 — исходный вес самолета, для которого известны координаты центра тяжести хт0 и ут0 относительно принятых осей;
G — новый полетный вес, для которого определяется центровка (G = Go + ^g);
%gx и 2ЯУ — алгебраические суммы статических моментов добавочных грузов относительно принятых осей.
При испытаниях на устойчивость и управляемость указанным способом можно учесть для каждого режима изменение положения центра тяжести из-за выгорания горючего в полете; для этого в полете регистрируется при помощи указателя расхода горючего вес выгоревшего горючего и отмечается порядок его расходования из баков.
Фиг. 2.3. Силы, действующие на самолет при взвешивании. |
Одним из больших недостатков изложенного графического способа определения центра тяжести самолета по взвешиванию является невозможность быстро определить построением положение центра тяжести, для того чтобы своевременно обнаружить ошибки при взвешивании и обмерах и исправить их. Поэтому часто применяется графоаналитический метод экспериментального определения центра тяжести самолета, сущность которого сводится к следующему 1.
Взяв уравнение моментов всех сил относительно центра оси колеса О (фиг. 2.3), получим
PJL cos a = G (хт cos а — ут sin а),
откуда
Так как для всех трех взвешиваний G, L, хт и у, т постоянны, то последнее равенство представляет собой уравнение прямой линии в координатах Рн и tg а. Следовательно’, откладывая для каждого взвешивания по оси абсцисс тангенс угла наклона самолета, а по оси ординат — соответствующее давление на носовое (или хвостовое) КОЛЄСО’, мы получим три точки, которые [3] должны лежать на одной прямой в случае правильности всех измерений (фиг. 2.4).
Координаты центра тяжести можно легко определить по отрезкам Р„о и tg а0, отсекаемым указанной прямой на оси ординат и оси абсцисс
ут =—- 1 —
tg а0 G
(при а = аэ линия действия силы G пройдет через точку О на фиг. 2.3).
Фиг. 2.4. Проверка правильности определения центра тяжести самолета. |
При тщательном выполнении всех измерений, применении нивелира и заклинивании амортизационной стойки продольная центровка может быть определена с точностью до 0,25% хорды.