מבט קל על איזון ומשקל - חלק 1

[Tomer Haim]

היי חברים.

רציתי לספר לכם על נושא הוא טיפה רחוק מהסימולטור שלנו אבל קרוב אלינו יותר ממה שאנחנו חושבים. נושא משקל ואיזון.

בסימולטור קשה לחרוג ממשקל המטוס ומאיזונו כי רוב המטוסים באים מוטענים "קומפלט" וחריגה מיד מדווחת לנו על ידי הסימולטור.

אבל אני לא יכול להתעלם מכך שבחצי שנה האחרונה, נהרגו בארץ 8 אנשים (ב2 מקרים) בגלל מכלול של בעיות שחלקן נבעו ממעבר מגבלת משקל ואיזון.

אני לא רוצה להיכנס לגורמים שגרמו לכל תאונה אבל אני כן רוצה להיכנס לגורמים שמשפיעים על איזון ויציבות המטוס.

כל מטוס שטס, הוא סוג של נדנדה, ממש כמו הנדנדות שכולנו התנדנדנו עליהן כשהיינו קטנים:

לכן לפי הכל נדבר על הנדנדה והכוחות המפעילים אותה:

את התמונה הזו אנחנו מכירים, הנדנדה מאוזנת, עכשיו נסביר את המושגים שהביאו לאיזון הנדנדה:

- משקל (weight): משקל כל פריט על הנדנדה הוא 20 ק"ג

- זרוע (arm): זרוע היא המרחק של כל אחד מהפריטים אל הציר עליו הנדנדה מורכבת, ובמקרה שלנו 50 ס"מ

- מומנט (moment): מומנט הוא הכוח הכללי שמפעיל הפריט על הנדנדה, המומנט שווה למכפלת המשקל בזרוע, במקרה שלנו, מומנט שני הפריטים הוא 20 כפול 50 = 1000, כל פריט לוחץ בכוח של "1000" על הצד שלו.

- מרכז כובד (center of gravity) המקום שאם נתלה עליו את הנדנדה היא תישאר מאוזנת.

כמובן שגם בלי להבין את המושגים והחישובים, ברור לנו שאם הפריט הימני יזוז ימינה (יתרחק מהציר) הנדנדה תהיה נטויה לצד שלו, אם נחזור לחישובים המשקל שלו, לא השתנה אבל הזרוע גדלה, דבר שהגדיל את המומנט הכללי שלו וכך קרה הדבר הבא:

הזרוע של הפריט הימני הוארך וכעת הוא באורך ס"מ, משקלו נשאר 20 ק"ג והמומנט שלו גדל מ 1000 ל 20 כפול = 1600. המומנט של הפריט השמאלי נשאר 1000 כפי שהיה והנדנדה נוטה לצד ימין.

גם למשקל הפריט השפעה רבה, נחזור למצב שהזרועות של הפריטים שוות אבל הפעם המשקל שונה:

המשקל של הפריט הימני גדל מ 20 ל 30 ק"ג ולא חל שום שינוי במיקומו.

הפעם, המומנט שהפריט הימני מפעיל על הנדנדה הוא 30 כפול 50 = 1500 והמומנט שהפריט השמאלי מפעיל על הנדנדה הוא כפי שהיה קודם 20 כפול 50 = 1000 לכן הנדנדה תטה לכיוון המומנט הגדול יותר.

המשמעות שבצד אחד מומנט גדול ובצד השני מומנט קטן, היא שבמצב זה מרכז הכובד זז לכיוון הצד הכבד יותר, הסבר בציור הבא:

אם נזיז ימינה את הציר עליו הנדנדה מורכבת, נוכל להשוות בין המומנטים, והנדנדה תישאר מאוזנת למרות שצד ימין כבד יותר. למה זה קורה? אמרנו שהנדנדה נוטה לצד שבו המומנט יותר גדול והמומנט הוא המכפלה של משקל הפריט והזרוע שלו, אם פריט אחד כבד יותר והשני קל, נזיז את הציר של הנדנדה כך שהפריט הכבד יותר יקבל זרוע קטנה יותר.

אם הפריט הכבד יותר נמצא בצד ימין, נזיז את הציר ימינה, והפעם, הזרוע של פריט ימין היא 40 ס"מ והמומנט שלו הוא 30 כפול 40 = 1200.

הזרוע של פריט שמאל היא 60 ס"מ אך המשקל הוא רק 20 לכן גם המומנט של פריט שמאל יהיה: 20 כפול 60 = 1200והנדנדה תהיה מאוזנת, שני הפריטים לוחצים על הנדנדה באופן שווה.

לסיכום: מיקום הפריטים על הנדנדה קובעים את מיקום מרכז הכובד שהוא המקום שאם נתלה עליו את הנדנדה, היא תישאר מאוזנת.

נעבור למטוסים:

כל מטוס שטס הוא בעצמו נדנדה, רק שביגוד לנדנדות אחרות, בנפשנו שהנדנדה הזו תהיה מאוזנת ככל שניתן. האיזון הרצוי אינו מתקבל מאמצע אורך המטוס, מקומו הרצוי הוא איפשהו מתחת לכנפיים ומקדימה למרכז הלחץ בגלל סיבה שאותה נלמד בהמשך.

לכן במטוס מאוד חשוב הטענה וחלוקה של נוסעים דלק ומטען בצורה כזו שמרכז הכובד יישאר במקומו.

לכל מטוס יש משקל ריק ויש מרכז כובד כשהוא ריק, נתונים אלו נמדדים על ידי הבעלים של המטוס.

הוספת פריטים למטוס (נוסעים, מטען, דלק) מזיזים גת מרכז הכובד אחורה וקדימה לפי משקלם ומיקומם על גבי המטוס. לכל שורת נוסעים זרוע משלה, לדלק יש זרוע משלו ולמטען זרוע משלו ובדיוק כפי שדיברנו קודם, אם נכפיל את המשקל בזרוע, נקבל מומנטים ולבסוף את מרכז הכובד כשהמטוס מלא.

ברור שאי אפשר לדרוש מהטיס לטוס רק כשמרכז הכובד נמצא בערך מסוים, לכן יש לכל מטוס מגבלת מרכז כובד קדמי, ומגבלת מרכז כובד אחורי אותן אין לעבור בכל מחיר, בנוסף יש לכל מטוס מגבלת משקל כללי.

על הטייס לא לחרוג ממגבלת מרכז הכובד ומגבלת המשקל בכל שלבי הטיסה, עליו לקחת בחשבון את שרפת הדלק שגורמת אף היא לתזוזה של מרכז הכובד לאורך זמן.

נעבור לפרקטיקה ונלמד על משקל ואיזון של ססנה 172.

ססנה 172 בנויה מגוף מטס בתוכו 2 שורות נוסעים, מכלי דלק בכנפיים ו2 תאי מטען (שהם חלל אחד) קדמי ואחורי.

כך זה נראה:

בכחול מסומן קיר האש, זה קיר שתפקידו לחסום את חום המנוע וחס וחלילה אש שלא תעבור לתא הנוסעים והוא עשוי מפלדה. בלי שום קשר, קבע יצרן המטוס שקיר האש זו הנקודה ממנה מודדים את הזרועות של כל הפריטים במטוס. למנוע יש זרוע שלילית ולחלקים רבים אחרים הזרוע היא חיובית.

החלק המסומן בצהוב, הוא טווח מרכז הכובד המותר.

הקווים האדומים מציינים את הזרועות של כל הפריטים שניתן להעמיס על המטוס ומרחקם (הזרוע שלהם) מקיר האש ביחידות אינטש.

למשל, האנשים שיושבים בשורה הקדמית, הזרוע שלהם היא 37 אינטש והזרוע של תא מטען קדמי היא 95 אינטש. שימו לב, במטוס הזה, כל מה שנעמיס עליו יזיז את מרכז הכובד אחורה.

נעבור לתרגיל קטן:

תומר, ברוכי, קרבל ובקשי מתכננים טיסה ללרנקה.

המטוס הוא CGK, ולאחר חישובי דלקים ורזרבות, אנחנו צריכים 25 גלון דלק

בנוסף יש לנו מזוודה של כסף ששוקלת 20 ק"ג

נמיר את כל המשקלים ללברות (כל 1 ק"ג = 2.2 לברות וכל 1 גלון דלק = 6 לברות).

תומר = ק"ג = 176 לברות

ברוכי = ק"ג = 176 לברות

קרבל = 55 ק"ג = 121 לברות

בקשי = 70 ק"ג = 154 לברות

מטען = 20 ק"ג = 44 לברות

דלק = 25 גלון (נכפיל ב6) = 150 לברות.

בספר המטוס של מונאייר כתוב שהמטוס הריק שוקל 1560 והזרוע שלו היא 62173 ובמצב זה מרכז הכובד הוא 62173 / 1560 = 39.85 אינטש.

עכשיו נטעין את המטוס:

נרשום את הפריטים ואת הזרועות של כל פריט ונכפיל כל פריט בזרוע שלו.

עכשיו נסכם משקלים ומומנטים:

משקל כללי: 1560+352+275+150+44=2381 לברות

מומנט כללי: 62173+13024+20075+7200+4180=106625

בשביל לקבל את מרכז הכובד, נחלק את המומנט בכללי במשכל הכללי: 106625 / 2381 = 44.79

לסיכום יש לנו מטוס שמשקלו 2381 לברות ומרכז הכובד שלו, 44.79 אינטש מאחורי קיר האש.

מה שנותר לנו לבדוק הוא, האם המשקל ומרכז הכובד לא חורגים מהמגבלות, אז המגבלות הן:

- משקל המראה מרבי: 2400 לברות

- משקל מרבי בתאי מטען: 120 לברות

- מגבלת מרכז כובד קדמי: "35 עד משקל 1950 ו "39.5 במשקל 2400 לברות

- מגבלת מרכז כובד אחורי: "47.3 בכל המשקלים.

אז מה היה לנו שם:

- מטוס שוקל 2381 לברות = בתחום המגבלות

- משקל בתאי מטען 44 לברות = בתחום המגבלות

- מרכז כובד "44.79 אינטש = בתחום המגבלות (בין 39.5 ל 47.3)

מסקנה 1: תומר, ברוכי, קרבל ובקשי יכולים לטוס להנאתם ולאכול סופלאקי

מסקנה 2: היה עדיף שתומר וברוכי יורידו 5 ק"ג כל אחד.

עכשיו נראה את הדברים ויזואלית:

בכל ספר מטוס יש את ה"מעטפת".

המעטפת מציגה לנו באופן ויזואלי את גבולות המטוס מבחינת משקל ומבחינת איזון.

על הטייס להיות תמיד בתוך המעטפת (המסגרת האדומה).

שימו לב בצד שמאל יש משקלים מ 1500 עד 2400 כי 2400 זה המשקל המרבי של המטוס

למטה יש את מרכז הכובד מ 35 ועד 47.5.

המטוס שלנו שוקל 2381 לברות ומרכז הכובד שלו הוא 44.71 אינטש.

כעת נמקם את המטוס על גבי הגרף, נצליב בין משקל המטוס למרכז הכובד ונקבל את העיגול הכחול.

באופן ויזואלי אנחנו רואים, שהמטוס שלנו עומד במגבלות.

זה הכל חברים, זו לא תורה מסיני, לא צריך להיות דוקטורט, רק לחשב חיבור, כפל וחילוק.

לפני שאתם טסים, מי מכם שטס במציאות ואני בטוח שיש כאן נערים שקוראים את המאמר הזה ועתידים לטוס במציאות עוד כמה שנים, לפני שאתם זורקים 4, 6, 10, 300.. אנשים לתוך המטוס שלכם וטסים, תחשבו רגע, אני עומד במגבלות? למי שמכיר את החישוב נושא המשקל ואיזון לא אמור לקחת יותר מדקות בודדות שיכולות לחסוך סבל רב.

נחיתות בטוחות לכולם.

למאמרים נוספים כנסו: http://www.virtual-flight.com/articles/art.htm

[Tomer Haim]

את החלק השני של המאמר (דוגמה למעבר מגבלת איזון בעת הטיסה + הסבר על יציבות המטוס כתלות של איזון) ברוכי יכתוב אחרי שהוא יחזור מלרנקה :mrgreen:

ועכשיו שאלה לכולם: (בהתבסס על הנתונים של CGK)

בספר המטוס של מונאייר כתוב שהמטוס הריק שוקל 1560 והזרוע שלו היא 62173 ובמצב זה מרכז הכובד הוא 62173 / 1560 = 39.85 אינטש.

אז CGK יוצא לטיסה לאילת.

- במטוס 2 טייסים שכל אחד מהם שוקל 90 ק"ג

- במטוס יש 40 גלון דלק ועד אילת המטוס עתיד לצרוך 18 גלון

- את המטען שמים בתא מטען קדמי

נשאלות השאלות הבאות:

1) כמה חבילות ששוקלות 5 ק"ג כל אחת (מלאות אבקה) יהיה ניתן להעביר בגבול בטאבה

2) מה יהיה משקל ומרכז כובד המטוס בהמראה ובנחיתה באילת

3) האם ניתן להעמיס את המטען בצורה ייעילה יותר?

[David Bendavid]

וואו תומר! איזה השקעה, מדריך מעולה!

רק שבתמונה הזו:

זרוע שמאל לא אמורה להתקצר?

[Izik Bakshi]

מזל שהקיץ הורדתי 10 קילו.. :mrgreen:

סחטיין תומר, השקעה מדהימה!!!

[Moshe Bensal]

תומר,

כל הכבוד על ההשקעה, ותודה על השיתוף.

[noamkn]

מדריך מדהים ומרתק! תודה רבה!

אני אסיים את השיעורים של בני גורן (מוות!!) ואני אפתור את זה.

[Yoni]

מדריך מדהים ומרתק! תודה רבה!

אני אסיים את השיעורים של בני גורן (מוות!!) ואני אפתור את זה.

מדהים תומר! תודה רבה!

גם אני כמו נועם, אקרא את כל המאמר בעיון, לאחר שיעורי הבית

[Matan Solomon]

וואו, אחד היותר מושקעים לדעתי, כל הכבוד תומר!

[Baruch Spiegel]

את החלק השני של המאמר (דוגמה למעבר מגבלת איזון בעת הטיסה + הסבר על יציבות המטוס כתלות של איזון) ברוכי יכתוב אחרי שהוא יחזור מלרנקה :mrgreen:

המדריך כבר קיים חפשו אותו באתר ההורדות של IFS, קובצי הדרכה בסיסיים, שיעור 5.

עמודים 6-10 למי שמתעצל לקרוא הכל. (עדיף להתחיל מההתחלה כדי להבין מושגי יסוד)

(קישור לדף הבית - בחתימה שלי)

כל הכבוד תומר על המדריך!

[Tomer Haim]

תודה ברוכי,

מי עונה על 3 השאלות??

[ifs2003]

תן משקל של המטוס וזרוע מהספר וניתן לך תשובה.

וחידה ממני, (לא לתומר)

הגרף של משקל ואיזון מראה שני אפשרויות Normal ו Utility.

1. מה המשמעות של כל אחד מהם ? הסבר פרט נמק...

[Elad Levy]

אני חושב שיותלטי זה עם רוצים לתרגל ספינים או תרגיל אחר שדורש שה-CG והמשל המירבי יהיו במקום זה

[Baruch Spiegel]

דרך אגב בהחלט אפשר בתפריט WEIGHT AND BALANCE בסימ להטעין משקלים דמיוניים בתחנה אחורית ולגרום למרכז כובד אחורי ולהתנסות בחוסר איזון סביב ציר העלרוד ובהזדקרות שאי אפשר לצאת ממנה. זה אפילו לא כואב.

:wink:

[ifs2003]

אני חושב שיותלטי זה עם רוצים לתרגל ספינים או תרגיל אחר שדורש שה-CG והמשל המירבי יהיו במקום זה

נכון, ויש גם מגבלת משקל

[Shmulik Lin]

ואללה תומר ...זוכר את השאלה הזאת משירגל....