稱重平衡系統(Weight and Balance System,WBS)是大型飛機很重要的一套系統,主要用來實時測量、計算飛機的重量和重心位置,從而可以連續反饋飛機的重量和重心,向飛行控制系統傳輸信息,由飛行控制系統調整空投時的飛行姿態;通過顯示器向機組人員實時顯示飛機的重量和重心;同時通過超限告警(視覺和聽覺)來提高系統的安全性。
對飛機重量和重心的準確、實時測量非常重要,飛機自身重量的增加會改變飛機的重心,降低飛機的商載效率,嚴重時還會影響飛行安全,例如,更換波音747機身表面的油漆,會出現新舊油漆總重量相差上百千克的情形。重量改變可能會導致:
(1)實際重心偏後,飛機拉起時尾部摩擦跑道導致起火;
(2)實際重心偏前,飛機衝到跑道盡頭仍然拉起困難;
(3)直升機重心偏離旋翼軸心,使飛行員難以操縱飛機。
目前,國外許多型號的大型飛機像空客、波音等都採用了WBS系統自動測量飛機的重量重心數據。在ISO6702-1 國際標準中就有關WBS系統要求進行了詳細的描述,在 ARINC737-1 國際標準中也對系統的詳細設計和性能要求作了敘述。[1-2]
對於重量的測量,一般都採用了藉助飛機腹下頂孔作為承力點,在頂孔與承力點之間用輪輻式傳感器作為測量部件,由液壓千斤頂提升飛機使傳感器承重的方式。這種方式測量繁瑣,不具有實時性,數位化程度低,對於重心的獲得主要是基於專門的地勤人員手工測量和手動計算。而由太原航空儀表有限公司進行研製的WBS系統,與傳統的重量測量和重心解算方法相比具有以下優點:
(1)為大飛機實時提供適宜飛行操作的重量重心數據;
(2)在重量重心以及姿態發生變化的情況下,能夠實時修正並顯示最新的重量重心數據;
(3)精確的重量和重心管理,能夠在重量重心超限情況下給出故障告警顯示。
WBS系統的發展
國外WBS系統於90年代初應用在大型飛機上,主要針對飛機整體稱重,WBS系統採用的是應變傳感器和壓力傳感器。
由於飛機稱重平衡系統可以實時確定飛機重量和重心,並嚴格控制飛機操作的安全和經濟指標,因此,已經逐漸受到大型飛機的青睞,美軍運輸機C-130飛機、波音公司777和空中巴士A340等都採用了該系統。其中,最新的波音777使用了美國CRANE公司的稱重平衡系統,有效改善了飛機整體性能,提高了裝卸效率,極大地減少了維護成本。
稱重平衡系統基本功能組成
系統模塊主要包括稱重平衡計算機、傳感器數據管理與顯示計算機、起落架液壓緩衝器中壓力傳感器組(用於飛機整體稱重)[2]和貨艙地板電阻應變式傳感器組(用於貨艙地板稱重)。系統的主要功能就是接收各種信號,解算並輸出顯示實時的重量重心數據,同時向飛控系統輸出相應的重量重心信息,用於飛行狀態控制。
系統主要實現2部分功能,第一部分是地面情況下飛機整體的實時稱重與重心解算;第二部分是貨艙地板的實時稱重與重心解算。
稱重平衡系統設計原理
1 飛機地面整體重量重心測量設計原理
(1)稱重工作原理。