載重平衡

"載重平衡" 談的是有關飛機的重量, 及重心位置. 飛機的重量對飛機的操作, 是非常重要的數據. 除了不能超過結構的限制之外, 也牽涉到許多性能方面的計算, 例如油量的計算, 需要的跑道長度等等. 而重心的位置也很重要, 整個飛行過程中, 重心都要維持在一定的範圍內, 否則飛機可能會失控.

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飛機當下的重量是用估算的, 而不是直接去量的. 重心的位置也是依據重量/力矩的關係來計算. 要計算飛機重量及重心的位置, 需取得以下資料:

1. 飛機空重及重心 : 每隔一段時間, 飛機就必須秤重, 以取得沒有裝酬載時的重量及重心位置. 測量前必須將油料及裝載全部清空, 在不受風力干擾 (通常是在棚廠內)情況下, 在地上預先依各輪胎位置擺上磅秤, 再將飛機拖上磅秤, 紀錄每個輪胎承受的重量, 以取得飛機空重及空重時的重心位置.
2. 各油箱燃油重量: 飛機的燃油系統可以算出各油箱的燃油重量. 另外油箱的形狀固定, 油量確定後, 燃油重心位置也可以確定.
3. 乘客+手提行李 : 目前報到程序並未要求乘客量體重 (某些對重量敏感的小飛機航線倒是有可能的), 計算時只能依平均值去去計算. 航空公司會依男、女、小孩去訂一個平均標準值, 這個平均值包含了手提行李的重量, 因此航空公司會嚴格要求手提行李的限重. 至於重心位置則是以座位位置來計算.
4. 托運行李/貨物 : 所有行李及貨物都要秤重. 另外行李通常會裝於行李櫃中, 貨物會事先打包固定於貨盤上或裝於貨櫃內, 這些容器的重量也都要計算在內. 最後每個行李櫃/貨盤都會有裝載位置, 用來計算重心.

飛機的秤重 (節錄自 FAA-H-8083-1 Weigh and Balance)

重量限制

對飛機操作來說, 有幾個 “最大重量”, 是不能超過的.

• 最大起飛重量: 顧名思義, 飛機起飛時的最大重量, 取決於飛機的結構, 由製造商訂定.
• 最大性能重量: 由飛機起飛或爬升性能所限制的重量，會依據起飛機場的跑道長度、天氣、周圍障礙物等因素而變化.
• 最大降落重量 : 飛機降落時的最大重量, 取決於起落架承受衝擊的強度. 通常都比最大起飛重量低不少, 因此飛機若剛起飛就需要返航, 往往必須先在空中洩油, 才能將飛機重量降低到 “最大降落重量”以下。
• 最大零油重量: 不含飛機油料時的最大重量 (大概就是空機重量+貨物+乘客+行李), 這牽涉到機翼的結構負重.

如果計算出來飛機重量超過這些限制, 就必須拉貨拉行李甚至拉旅客下來.

重心位置

除了重量外, 飛機重心的位置, 也很重要. 重心太後面, 飛機會失去穩定性或大幅後仰. 重心太前面, 飛機會俯衝, 並可能會超出水平尾翼的配平能力造成失控. 同時在飛行過程中, 燃油會不斷減少, 重量及重心都會隨之改變, 都要列入考量.

飛機重心位置 (節錄自 FAA-H-8083-1 Weigh and Balance)

為了調配重心位置, 乘客的座位分佈以及貨物及行李裝載的位置, 就要特別去規劃. 貨物/行李位置安排好後, 就會列出 “裝載計畫”, 上面詳列了每一個盤櫃的位置及裝載的順序, 地勤人員必須嚴格遵守上貨的順序及位置, 否則重心就會跑掉. 至於乘客, 我們則希望他們不要在客艙裡隨意更換座位.

有了以上資料, 就可以計算整架飛機的重量及重心位置. 另外還要考慮飛行過程中油量減少後的重心變化以及乘客在客艙內走動造成的誤差. 整個飛行過程中的飛機重心, 都要保持在規定的範圍內.

飛機的重量與重心位置關係圖, 必須保持在藍色框框內 (節錄自 FAA-H-8083-1 Weigh and Balance)

載重平衡表

以上這些數據的計算, 藉著電腦的幫助, 都可迅速正確的做調整. 但為了因應電腦系統臨時故障, 航空公司也都會準備紙本的作業程序. 只是平常很少用的這些紙本作業, 臨時用起來難免生疏. 而且計算結果超出範圍, 每次調整都必須重算一次, 因此非常耗費時間.

最後產出稱為一般稱為 Load Sheet 的表格. 此表格包含各種飛機操作上使用的重量及其最大限制值, 以及以上的重心位置. 最後須飛行員簽名接受才算完成.

Load and Trim Sheet (KaanBey51, CC BY-SA 4.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0>, via Wikimedia Commons)

當重心位置算出後, 飛行員必須據此來設定水平尾翼的配平. 若設定錯誤 (或飛機實際狀況與計算數值不同), 輕則影響飛行員操控手感, 重則飛機無法操控,, 造成機尾觸地或太晚拉起機頭的危險.