Весовое устройство для определения взлетной массы и взлетной центровки самолета и способ определения взлетной массы и взлетной центровки самолета (варианты)
WEIGHT DEVICE FOR DETERMINATION OF TAKE-OFF MASS AND TAKE-OFF ALIGNMENT OF AIRCRAFT AND METHOD FOR DETERMINATION OF TAKE-OFF WEIGHT AND TAKE-OFF ALIGNMENT OF AIRCRAFT (VERSIONS)

Изобретения относятся к механическим средствам и методам измерений и могут быть использованы для предполетного определения массы и положения центра тяжести летательных аппаратов.
Для безопасности полетов необходимо знать фактические значения взлетной массы и взлетной центровки самолета. Неправильный учет распределения нагрузки на борту может привести к нештатным ситуациям при взлете.
Средством для определения массы и центровки самолета является его взвешивание на самолетных весах различных типов.
Известен способ определения массы самолетов типа «Ильюшин» и «Туполев», заключающийся в размещении весов под носовую или хвостовую опору самолета и в определении величины изменения давления на носовую стойку шасси или хвостовую опору при переносе второй опоры с основного шасси на подкрыльевые подъемники, с последующим определением массы самолета расчетным путем /Авторское свидетельство СССР №386265, 19/07, 1973 г., Бюллетень изобретений №26/.
Этот способ предназначен для взвешивания лишь пустых самолетов и не может быть применен для определения фактических значений взлетной массы и взлетной центровки самолетов в аэродромных условиях.
Известны весы для взвешивания автомобилей, содержащие грузовую площадку, под которой расположено измерительное устройство. Известные весы можно назвать весами прямого действия, поскольку при взвешивании автомобиля он целиком размещается на грузовой площадке, а весоизмерительным устройством напрямую регистрируется его полная масса /Цымбалин В.В. и др. Испытание автомобилей. - М.: Машиностроение, 1978, с. 199/.
Известные весы имеют следующие недостатки с точки зрения их применения для определения взлетной массы и взлетной центровки самолета.
Во-первых, ограниченные габариты грузовой площадки, что соответственно накладывает ограничения на габариты взвешиваемого объекта. Во-вторых, с помощью известных весов невозможно определить положение центра тяжести взвешиваемого объекта, что, например, для автомобиля, практически несущественно, но для самолета имеет решающее значение, определяющее безопасность его полета.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа для весового устройства является весовое устройство для определения массы и центровки пустого самолета, содержащего три грузовые платформы, например, платформы автомобильных весов, с установленными на них гидроподъемниками, каждая из которых имеет отдельное весоизмерительное устройство, позволяющее распределить массу пустого самолета на три точки опоры: две - крыльевые гидроподъемники, и одна - подфюзеляжный: носовой или хвостовой.
Прототипом заявляемых вариантов способа определения взлетной массы и взлетной центровки самолета выбран способ определения взлетной массы и взлетной центровки самолета, реализуемый описанным весовым устройством.
Способ включает закатывание пустого самолета на три грузовые платформы, имеющие отдельные весоизмерительные устройства, регистрацию приходящейся на каждую платформу нагрузки от поднятого гидроподъемника в линию полета самолета, и вычисление по зарегистрированным показаниям общей массы и координаты центра тяжести пустого самолета.
Взлетная же масса (включающая массу пустого самолета, снаряжения, экипажа, коммерческой нагрузки, топлива) и взлетная центровка самолета определяются расчетом, либо по центровочному графику.
Аналогичное весовое устройство и способ определения взлетной массы и взлетной центровки самолета применяются на ЗАО «Саратовский авиационный завод» и описаны в «Руководстве по летной эксплуатации самолета ЯК-42» в разделе 8.4. «Инструкция по загрузке и центровке», в котором, в том числе, приводится центровочный график самолета ЯК-42, дающий достаточное представление о практическом определении взлетной массы и взлетной центровки самолета /«Руководство по летной эксплуатации самолета ЯК-42. Раздел 8.4. «Инструкция по загрузке и центровке». АО «Саратовский авиационный завод» (прототип)/.
Существенный недостаток этого весового устройства и способа состоит в том, что определение взлетной массы и взлетной центровки самолета расчетом, либо по центровочному графику «Инструкция по загрузке и центровке» производится весьма приближенно. Фактические значения взлетной массы и взлетной центровки самолета могут значительно отличаться от найденных расчетом, либо по графику, и выходить за предельно допустимые, особенно при взлете на предельно-передних центровках.
Задачи изобретения состоятся в разработке весового устройства малой грузоподъемности, позволяющего определить взлетную массу и взлетную центровку загруженного самолета, а также способа определения фактических значений взлетной массы и взлетной центровки расчетным путем, что обеспечивало бы гарантию безопасности полетов.
Решение поставленной задачи достигается тем, что:
- весовое устройство для определения взлетной массы и взлетной центровки самолета, содержащее грузовую платформу с весоизмерительным устройством, согласно изобретению, снабжено неподвижной фундаментной опорой, на которой установлен шарнирно один конец грузовой платформы, другой конец которой выполнен с возможностью воздействия на измерительное устройство, при этом минимальная длина грузовой платформы превышает опорную базу взвешиваемого самолета;
а
- в способе определения взлетной массы и взлетной центровки самолета, заключающееся в закатывании самолета на грузовую платформу с весоизмерительным устройством и расчете взлетной массы и взлетной центровки самолета по показаниям весоизмерительного устройства, согласно изобретению, на грузовую платформу закатывают загруженный самолет, совмещая при этом ось избранного базового шпангоута с осью неподвижной фундаментной опоры и фиксируют в этом положении первое показание весоизмерительного устройства, перемещают самолет вдоль грузовой платформы на расстояние «» и фиксируют в этом положении второе показание весоизмерительного устройства, по двум показаниям весоизмерительного устройства определяют расчетным путем фактическую массу самолета и расстояние от оси базового шпангоута до центра тяжести самолета, а по нанесенной в набранном масштабе схеме положения средней аэродинамической хорды относительно оси базового шпангоута определяют фактическую взлетную центровку самолета;
- в способе определения взлетной массы и взлетной центровки самолета, заключающееся в закатывании самолета на грузовую платформу с весоизмерительным устройством и расчете взлетной массы и взлетной центровки самолета по показаниям весоизмерительного устройства, согласно изобретению (второй вариант), на грузовую платформу закатывают загруженный самолет, совмещая при этом ось выбранного шпангоута с осью неподвижной фундаментной опоры и фиксируют в этом положении первое показание весоизмерительного устройства, перемещают самолет вдоль грузовой платформы до положения, при котором первое показание весоизмерительного устройства удваивается, измеряют длину этого перемещения, равную расстоянию от оси базового шпангоута до центра тяжести самолета, и определяют расчетным путем фактическую массу самолета, и по нанесенной в выбранном масштабе схеме положения средней аэродинамической хорды относительно базового шпангоута определяют фактическую взлетную центровку самолета.
Снабжение весового устройства для определения взлетной массы и взлетной центровки самолета неподвижной фундаментной опорой, на которой установлен шарнирно один конец грузовой платформы, другой конец которой выполнен с возможностью воздействия на весоизмерительное устройство, при этом минимальная длина грузовой платформы превышает опорную базу взвешиваемого самолета, позволяет при закатывании самолета со стороны этой опоры уменьшить нагрузку весоизмерительное устройство, вследствие чего все весовое устройство в целом можно выполнить как весовое устройство малой грузоподъемности, что значительно упрощает его конструкцию и в то же время позволяет взвешивать тяжелые самолеты.
Оба варианта способа самостоятельны и равноценны. Они различаются между собой порядком расчета и определения фактических значений взлетной массы и взлетной центровки самолета.
В первом варианте расчет производится по полученным формулам, во втором варианте координата центра тяжести находится простым измерением перемещения самолета.
Объединение трех технических решений в одну заявку связано с тем, что все они решают одну и ту же задачу: определение фактических значений взлетной массы и взлетной центровки самолета.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где:
на фиг. 5 (а) - показано закатное положение самолета на грузовой платформе;
на фиг. 5 (б) - перемещенное в сторону весоизмерительного устройства положение самолета на грузовой платформе.
Весовое устройство для определения взлетной массы и взлетной центровки самолета содержит грузовую платформу 1, весоизмерительное устройство 2, с которым взаимодействует шарнирно опертый конец 3 грузовой платформы 1, и неподвижную фундаментную опору 4, с которой взаимодействует смонтированный шарнирно другой конец 5 с грузовой платформы 1.
Минимальная длина грузовой платформы 1 превышает опорную базу взвешиваемого самолета 6. Это необходимо для возможности перемещения самолета в сторону весоизмерительного устройства 2.
а
Способ определения взлетной массы и взлетной центровки самолета по первому варианту осуществляется следующим образом. Самолет 6 закатывают на шасси (например, тягачом) на грузовую платформу 1 так что, совмещают ось выбранного базового шпангоута с осью неподвижной фундаментной опорой 4. Это первое положение фиксируют и снимают первое показание с весоизмерительного устройства. Затем самолет перемещают вдоль грузовой платформы 1 на расстояние «», фиксируют это второе положение и снимают второе показание с весоизмерительного устройства 2.
Затем самолет 6 перемещают вдоль грузовой платформы 1 на произвольное расстояние, фиксируют это второе положение и снимают второе показание с весоизмерительного устройства 2.
Массу самолета вычисляют по формуле:
Координату центра тяжести самолета относительно оси базового шпангоута вычисляют по формуле:
1
где: R - первое показание весоизмерительного устройства;
2
R - второе показание весоизмерительного устройства;
- длина грузовой платформы между опорами;
а
- перемещение самолета по платформе.
Способ определения взлетной массы и взлетной центровки самолета по второму варианту осуществляется следующим образом.
После снятия первого показания весоизмерительного устройства 2 самолет 6 перемещают вдоль грузовой платформы 1 до положения, при котором первое показание весоизмерительного устройства удваивается, и замеряют длину этого перемещения, равную от оси базового шпангоута до центра тяжести самолета:
Массу самолета вычисляют по формуле:
Приведем вывод расчетных формул. Запишем условие статического равновесия: ΣМ(А)=0;
1. платформы (Фиг. 1):
пл
пл
где: R - реакция опоры от силы тяжести платформы G, приложенной в ЦТ платформы на плече ;
2. платформы с установленным самолетом (Фиг. 2):
,
1
где: R - реакция опоры от силы тяжести самолета G, приложенной в ЦТ самолета на плече X от оси опоры без весов, или с учетом (5):
3. платформы с перемещенным самолетом (Фиг. 3):
,
2
а
где: R - реакция опоры от силы тяжести самолета G, перемещенного на длину “” в сторону весоизмерительного устройства, или с учетом (5):
Постановка (6) в (7) дает:
откуда искомая масса самолета определяется:
после чего из (6) координата центра тяжести самолета относительно оси базового шпангоута определяется по соотношению:
2
1
В частном случае при R=2*R из соотношения (9) следует:
и из соотношения (8) следует:
Предлагаемое устройство и варианты способа позволяют определять фактические значения взлетной массы и взлетной центровки загруженных самолетов и обеспечивают повышение безопасности полетов.