Devis de chargement et centrage (Weight and balance)
1 : Limitations des poids et des moments
Tout avion possède des limites de poids imposées par la résistance de la cellule et par les performances. Ces limites sont :
- le poids maximum au décollage,
- éventuellement le poids maximum à l'atterrissage ; (n'est généralement pas envisagé pour les avions de tourisme)
- le poids maximum dans chaque compartiment (passagers avants, passagers arrières, bagages ...)
Il possède également des limites pour la position de son centre de gravité, fixées par les conditions de stabilité et de maniabilité indiquées au § 6.6.
Ces limitations, indiquées dans les manuels de vol, doivent être respectées simultanément.
2 : Devis de chargement
Le devis de chargement est une simple addition des éléments suivants :
a) le poids à vide figurant sur le Certificat de Navigabilité (fiche de pesée) et qui comprend :
- - le poids de l'avion et de ses équipements fixes ;
- - le carburant non consommable ;
- - l'huile, si l'avion a été pesé avec le plein d'huile.
b) le poids du plein d'huile (densité = 0,9), s'il n'est pas inclus dans le poids à vide ;
c) le poids de l'essence embarquée (densité = 0,72) ;
d) le poids du pilote et des passagers dans chaque compartiment (poids standard d'un adulte = 170 lbs ou 77 kgf) ;
e) le poids des bagages.
A l'intérieur de cette addition, et dans la mesure où le centrage reste dans les limites autorisées, le pilote peut adapter les valeurs respectives du chargement.
3 : Calculs de centrage
Les limites AVANT et ARRIERE de centrage sont fixées pour chaque avion. Elles sont définies par rapport à une référence fixe qui, pour les avions légers, est souvent la face avant de la cloison pare-feu ; la distance entre les deux limites extrêmes du centre de gravité est de l'ordre de 10 à 20 cm, suivant le type d'avion.
C'est par la méthode indiquée au § 6.1.2 que l'on peut calculer la position du centre de gravité. Toutefois ce n'est généralement pas la distance du centre de gravité à la référence qui est limitée mais, ce qui revient au même, la somme des moments de toutes les charges, c'est-à-dire le moment du poids total par rapport à la référence.
Le problème sera donc de calculer la somme des moments et de vérifier que le moment total reste à l'intérieur des limites fixées.
Les éléments du calcul sont fournis par le manuel de vol sous forme de tableaux ou d'abaques (graphiques) dont l'utilisation fait toujours l'objet d'un exemple figurant dans le manuel. Ce sont:
- un tableau ou graphique de chargement (LOADING GRAPH) donnant les moments en fonction du poids des divers éléments du chargement ;
- un tableau ou graphique de centrage (CENTER OF GRAVITY MOMENT ENVELOPE) donnant les limites du moment en fonction du poids total.
Un chargement ne sera correct que si le poids maximum autorisé n'est pas dépassé et simultanément si le moment obtenu est compris entre les deux limites.
Remarque :
Les unités utilisées sont généralement
- le kgf ou la livre (pound) pour les poids ;
- le kg.m ou la (livre x pouce)(lb.in) pour les moments.
Dans ce dernier cas, les moments sont souvent divisés par 1000 pour éviter la manipulation de grands nombres.
4 : Exemple de calculs
4.1 : Extraits du manuel d'un morane - Rallye 880 B
TABLE 1 Poids et moments de la charge utile
Les moments sont calculés par rapport à la face AV de la cloison pare-feu et en mètres.kgf
| 2 réservoirs de 52 l. dans les ailes | ||
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| | 47,35 | 10 | 17,77 |
| | 56,82 | 20 | 35,54 |
| | 66,29 | 30 | 53,31 |
| | 75,76 | 40 | 71,08 |
| | 85,23 | 50 | 88,85 |
| | 94,70 | 60 | 106,62 |
| | 104,17 | 70 | 124,39 |
| | 113,64 | 80 | 142,16 |
| | 123,11 | 90 | 159,93 |
| | 132,58 | 100 | 177,70 |
| | 142,05 | 110 | 195,47 |
| | 151,52 | ||
| | 160,99 | ||
| | 170,46 | ||
| | 189,40 | ||
NOTE: Le siège AR. peut être occupé par 2 personnes à condition que:
- le poids total ne dépasse pas 110 kg
- le siège soit équipé de 2 ceintures
- le centrage et le poids restent dans les limites autorisées.
EXEMPLE DE CALCUL DE CHARGEMENT
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| Poids à vide ....................... | | |
| Huile ................................. | 4,5 | -2,5 |
| Carburant .......................... | 75 | 80,02 |
| Pilote et passager AV......... | 150 | 142,05 |
| Passager AR .................... | 70 | 124,39 |
| Bagages sur siège AR | 10 | 17,77 |
| ............... | ............... | |
| Total au décollage | ||
| Consommation de carburant | ||
| prévue pour le vol ............... | ||
| ............... | ............... | |
| Total à l'atterrissage............ | ||
NOTE : Le poids maximum ainsi calculé ne doit pas dépasser 770 kgf et le centrage tel que le moment calculé doit se trouver entre les deux limites données par la table ci-après, au poids correspondant.
TABLE 2
SOCATA
RALLYE 880 B
MANUEL DE VOL
TABLE DE CENTRAGE
| Poids (kgf) | Moment minimum (m.kgf) | Moment maximum (m.kgf) | Poids (kgf) | Moment minimum (m.kgf) | maximum (m.kgf) |
| 450 | 390,1 | 466,6 | 620 | 537,5 | 642,9 |
| 460 | 398,8 | 477,0 | 630 | 546,2 | 653,3 |
| 470 | 407,5 | 487,4 | 640 | 554,9 | 663,7 |
| 480 | 416,2 | 497,8 | 650 | 563,6 | 674,1 |
| 490 | 424,8 | 508,1 | 660 | 572,2 | 684,4 |
| 500 | 433,5 | 518,5 | 670 | 580,9 | 694,8 |
| 510 | 442,2 | 528,9 | 680 | 589,6 | 705,2 |
| 520 | 450,8 | 539,2 | 690 | 598,2 | 715,5 |
| 530 | 459,5 | 549,6 | 700 | 606,9 | 725,9 |
| 540 | 468,2 | 559,9 | 710 | 615,6 | 736,3 |
| 560 | 485,5 | 580,7 | 720 | 624,2 | 746,6 |
| 570 | 494,2 | 591,1 | 730 | 632,9 | 757,0 |
| 580 | 502,9 | 601,5 | 740 | 641,6 | 767,4 |
| 590 | 511,5 | 611,8 | 750 | 650,2 | 777,8 |
| 600 | 520,2 | 622,2 | 760 | 658,9 | 788,1 |
| 610 | 528,9 | 632,6 | 770 | 667,6 | 798,5 |
4.2 : Problème
Vérifier si cet avion peut décoller dans les conditions suivantes :
- Poids à vide (C.N) : 455 kgf
- Moment à vide (C.N) : 405 kgf.m
- Huile : 5 l
- Essence :100 l
- Pilote + Pass. av. :140 kgf
- Pass. arr.: 70 kgf
- Bagages : 40 kgf
a) VERIFICATION de la charge sur le siège arrière : 70 + 40 = 110 kgf. (ok).
b) CALCULS DES MOMENTS :
Les données et la table 1 nous permettent de déterminer les moments, au besoin par interpolation entre deux valeurs de la table.
On dresse donc le tableau suivant :
| Chargement | Masses | Moments |
| Avion vide Huile (1) Essence Pilote + Passager AV Passager ARR. + bag.(70+40) | 455 4,5 72 140 110 | 405,00 - 2,50 76,82 132,58 195,47 |
| TOTAUX | 781,5 | 807,37 |
c) VERIFICATION : le chargement n'est pas correct. Il y a, à la fois surcharge (781,5 > 770 kg) et excès de centrage arrière.
d) CORRECTION : les 100 litres d'essence sont absolument nécessaires pour le trajet envisagé. Il faut donc abandonner une partie des bagages. Nous enlevons donc 15 kg de bagages, que nous soustrayons, de même que le moment correspondant, du total :
-
Totaux précédents 781,5 807,37 Bagages à retirer - 15,0 - 26,65 Nouveaux TOTAUX 766,5 780,72
e) VERIFICATIONS : Par interpolation dans la table 2, on détermine les moments limites correspondant à un poids total de 766,5 kg, soit 664,54 et 794,86 kgm. On a maintenant respecté toutes les limitations :
- Poids total : 766,5 < 770 kg.(OK)
- Moment : 664,54 < 780,72 < 794,86 (OK)
f) VERIFICATION POUR L'ATTERRISSAGE, après consommation de 80 litres d'essence
| Totaux au décollage Consommation (80 l) (à retirer) | 766,5 - 57,6 | 780,72 - 61,46 |
| TOTAUX à l'atterrissage | 708,9 | 719,26 |
On vérifie, comme ci-dessus : 614,65 < 719,26 < 735,16 (OK)
4.3 : Extraits du manuel d'un Cessna 172
FIGURESProblème :
Quel poids de bagages pourra-t-on emporter avec le chargement suivant ?
- Poids à vide (C.N) : 612,9 kgf
- Moment à vide (C.N) : 576 kgf.m
- Pilote + Pas. AV. :150 kgf
- Pas. AR :150 kgf
- Plein d'essence et d'huile.
a) Détermination des charges et moments à l'aide du "Loading Graph" :
| Chargement | Masses (lbs) | Moment (lb.inch/1000) |
| Avion vide (612,9 kg et 576 kgm) (2) Huile Essence (39 GAL. à 6 lbs / GAL) Pilote + Pass. AV. (150 kg) Pas. AR. (150 kg) | 1350 15 234 330 330 | 49,95 - 0,30 11,20 11,80 23,10 |
| Totaux sans bagage Maximum autorisé | 2259 2300 | 95,75 108,50 |
b) Charge disponible pour les bagages : 2300 - 2259 = 41 lbs, soit 18,4 kgf, donnant un moment de 4000 lb.inch.
On obtient : Poids total : 2300 lbs et Moment total : 95,75 + 4 = 99,75 (lb.inch / 1000)
Ces valeurs sont les coordonnées d'un point qui, sur le graphique ci-dessous, se trouve à la limite supérieure de l'enveloppe autorisée. Le chargement est donc correct.
FIGURE
NB. D'autres exemples de tableaux et diagrammes sont donnés en annexes A à H
