در هر پرواز، صرف‌نظر از نوع هواپیما، تعیین صحیح و دقیق وزن و تعادل (Weight and Balance) نه‌تنها یک الزام قانونی و عملیاتی است، بلکه به‌معنای تضمین پایداری، کنترل‌پذیری، و ایمنی ساختاری هواپیماست. نادیده گرفتن این مبحث، حتی در هواپیماهای سبک آموزشی، می‌تواند منجر به ناپایداری دینامیکی، بروز واماندگی زودهنگام، کاهش نرخ صعود، یا حتی شکست سازه‌ای گردد.
۱. مؤلفه‌های اصلی سیستم وزن هواپیما
در هر محاسبه‌ی Weight and Balance، باید ساختار اصلی جرم‌های هواپیما را بشناسیم:
| مؤلفه | تعریف | تحلیل کاربردی |
| Basic Empty Weight (BEW) | جرم پایه‌ی هواپیما بدون محموله یا سوخت قابل استفاده، شامل ساختار، تجهیزات نصب‌شده، روغن، و ملحقات ثابت | پایه‌ای‌ترین وزنی است که نمی‌توان بدون تأثیر بر طراحی هواپیما تغییرش داد |
| Payload | جمع وزن خدمه، مسافران، بار و محموله | مستقیماً به درآمدزایی پرواز مرتبط است؛ در پروازهای مسافربری، کنترل‌شده با Manifest |
| Useful Load | مقدار قابل استفاده بین BEW و MTOW | نشان‌دهنده‌ی “ظرفیت تصمیم‌پذیر خلبان” برای بارگیری است |
| Zero Fuel Weight (ZFW) | وزن کل بدون سوخت | برای بررسی محدودیت‌های ساختاری در بخش بال، چراکه سوخت به‌عنوان وزنه تعادل در مخازن محسوب می‌شود |
| Ramp Weight | وزن قبل از ترک رمپ؛ شامل سوخت Taxi | همیشه کمی بیشتر از TOW است؛ تفاوت معمول 100–300 کیلوگرم |
| Takeoff Weight (TOW) | وزن هواپیما در لحظه‌ی بلند شدن از زمین | مبنای اصلی برای بررسی عملکرد برخاست و نرخ صعود |
| Landing Weight (LW) | وزن هواپیما هنگام فرود، پس از مصرف سوخت | ممکن است در پروازهای کوتاه بسیار نزدیک به TOW باقی بماند، به‌ویژه برای محموله‌های سنگین |
۲. مرکز جرم (CG): (نقطه ای ست حیاتی در پایداری دینامیکی پرواز)
CG یا Center of Gravity، جایی‌ست که می‌توان کل وزن هواپیما را در آن نقطه فرض کرد. موقعیت CG در یک محدوده تعیین‌شده (Envelope) باید باقی بماند تا پایداری طولی، کنترل آسان و کارایی بهینه حفظ گردد.
| CG عقب‌تر از حد | CG جلوتر از حد |
| کاهش پایداری، افزایش خطر Pitch-up | سخت شدن کنترل در Pitch، نیاز به Elevator بیشتر |
| احتمال ورود ناخواسته به Stall/Spin | افزایش طول برخاست و نرخ صعود پایین‌تر |
چرا CG حیاتی است؟
- موقعیت CG مستقیماً تعیین می‌کند که نیروی عمودی مورد نیاز دم هواپیما (Tail Down Force) چقدر باشد.
- اگر CG خیلی جلو باشد → دماغه سنگین است → خلبان باید Elevator را زیاد بگیرد → افزایش Drag → افزایش مصرف سوخت
- اگر CG خیلی عقب باشد → Tail Down Force کاهش می‌یابد → پایداری طولی کم می‌شود → احتمال افزایش زاویه حمله و ورود به Stall
نمودار Envelope:
یک نمودار دوبعدی که محور افقی آن معمولاً CG به‌صورت درصد MAC (Mean Aerodynamic Chord) و محور عمودی آن وزن است. CG باید داخل محدوده‌ی مجاز باقی بماند.
۳. سیستم‌ها و ابزارهای محاسبه – با مثال عملی
الف) Load Sheet:
مدرک رسمی بارگیری که معمولاً توسط Loadmaster یا Dispatcher تهیه می‌شود. شامل:
- تعداد مسافر و موقعیت صندلی‌ها
- موقعیت و وزن بار در محفظه‌های مختلف
- مقدار سوخت
- مقدار Trim که باید تنظیم شود
ب) Flight Computer / E6B:
در هواپیماهای آموزشی سبک، محاسبه دستی CG با فرمول زیر انجام می‌شود:
CG = (Σ Weight × Arm) / Σ Weight
ج) CG Envelope Chart:
نمودار تصویری برای بررسی اینکه CG در محدوده مجاز هست یا نه. با رسم یک نقطه از تقاطع TOW و CG، می‌توان ورود به محدوده‌ی ایمن را بررسی کرد.
د) FMS:
در هواپیماهای مدرن، وزن مسافران و بار به سیستم FMS وارد می‌شود و Trim Pitch بر اساس آن تنظیم می‌گردد.
| ابزار | کاربرد |
| Load Sheet | سند رسمی شامل همه اجزای وزن و CG |
| Weight and Balance Form | محاسبه دستی یا نیمه‌خودکار CG با کمک جدول |
| Flight Management System (FMS) | محاسبه خودکار وزن و داده‌ها برای هواپیماهای پیشرفته |
| CG Envelope Chart | نمودار پایداری جهت بررسی مجاز بودن موقعیت CG |
۴. خطاهای رایج در بارگذاری
| خطا | پیامد | راهکار پیشگیرانه |
| بارگذاری بیش از MTOW | شکست در سیستم فرود، افزایش طول برخاست | محاسبه دقیق قبل از Fueling |
| بار جلوتر از CG limit | سخت شدن کنترل دماغه، افزایش مصرف سوخت | توزیع مجدد مسافر یا بار |
| سوختگیری نامتقارن | لیست شدن هواپیما در Taxi یا Rotation | رعایت استاندارد سوختگیری از هر دو مخزن یا balancing fuel |
| Center of Pressure و CG بسیار نزدیک | افزایش حساسیت به Pitch، احتمال ناپایداری طولی | تنظیم بار برای حفظ تفاضل سازگار بین CoP و CG |
خطرات ناشی از بارگذاری نامناسب (Improper Loading Hazards):
- نقض Envelope پایداری: منجر به از دست رفتن کنترل یا کاهش پاسخ سطوح پروازی
- افزایش طول برخاست و فرود: به‌ویژه در شرایط high density altitude
- افزایش مصرف سوخت: CG نامناسب منجر به زاویه حمله غیربهینه
- خرابی سازه‌ای: در صورت تجاوز از Maximum Takeoff/Landing Weight
مقررات و حدود قانونی (Legal Limits):
- Maximum Takeoff Weight (MTOW): نباید تحت هیچ شرایطی تجاوز شود
- Maximum Landing Weight (MLW): جهت حفظ سازه در هنگام فرود
- CG Limits: تعیین‌شده توسط سازنده، بسته به پیکربندی داخلی و مخازن سوخت
مقررات بین‌المللی (ICAO Annex 6 و FAA FAR Part 91/121) رعایت بارگذاری مجاز را اجباری می‌دانند، حتی برای پروازهای سبک و خصوصی.
Weight and Balance، یک الزام قانونی، بلکه بخشی حیاتی از مهارت خلبانی حرفه‌ای است. وزن و تعادل، مفهومی صرفاً عددی یا محاسباتی نیست؛ این، ترجمه‌ای مهندسی‌شده از علم آیرودینامیک به تصمیم خلبان در کابین است. خلبانی که به‌درستی وزن، موقعیت CG و محدودیت‌های سازه‌ای را درک کند، درک پایداری هواپیما را نه‌فقط با ابزار، بلکه با ذهن خود احساس خواهد کرد.
در سیستم آموزشی آموزشگاه خلبانی پرسان، هدف ما ایجاد چنین درکی، نه صرفاً از طریق محاسبه، بلکه با تحلیل، پیش‌بینی و اقدام عملیاتی دقیق است.