Como determino o centro de gravidade da aeronave?

Você pergunta particularmente sobre o Centro de Gravidade (CG), mas não o peso. Qualquer cálculo de CG incluirá necessariamente o peso como um componente do cálculo; portanto, refiro-me aos cálculos como peso e equilíbrio (ou CG).

As duas principais formas de determinação de peso e balanceamento são pesando fisicamente a aeronave e calculando matematicamente com base nas adições ou subtrações do peso anterior. O primeiro é realizado pelo pessoal de manutenção e forma o peso vazio e CG para qualquer aeronave. A última pode ser executada por operadores de voo ou por manutenção e usa o peso vazio predeterminado e CG como base para os cálculos; isso pode ser necessário devido à instalação de novos equipamentos, por exemplo, ou um piloto pode fazer esse cálculo para determinar o peso e CG para um determinado vôo com, por exemplo, combustível e passageiros.

Para operações de manutenção, a maioria das aeronaves possui uma seção no manual de manutenção ou no manual de operação que prescreve o processo. Para operações de voo, a maioria das aeronaves possui um manual de informações ou um manual operacional que irá prescrever o cálculo.

Um parâmetro necessário é um dado de referência estabelecido.

A fórmula básica é:

$$ C_G = \ frac {(W_1 \ cdot A_1) + (W_2 \ cdot A_2)} {W_1 + W_2} $$

Onde:

• $ W_n $ é o peso da medida da balança da aeronave, peso vazio predeterminado, combustível ou carga útil, etc.
• $ A_n $ é o braço do momento, em referência ao dado, da medição da escala da aeronave, CG vazio predeterminado, combustível ou carga útil, etc.
• $ C_G $ é a solução para o centro de gravidade da aeronave.

A circular informativa da FAA cancelada AC65-9A contém um capítulo inteiro ( Capítulo 3 ) dedicado ao assunto de peso e equilíbrio, incluindo exatamente o que você pergunta, os parâmetros que devem ser considerados e as fórmulas usadas para executar os cálculos. Embora cancelado, o AC ainda está disponível on-line (tenho uma cópia impressa).

EDIT: Veja o comentário abaixo de @ voretaq7 referenciando o excelente "Aircraft Weight & Balance Handbook" citado aqui:

In addition to AC 65-9A the current Aircraft Weight & Balance Handbook (FAA-H-8083-1A - available here) contains more than you ever wanted to know about computing weight & balance.

Este é atualmente o link direto para o PDF desse documento.

Não está totalmente claro para mim se você está interessado em determinar o CG (Centro de Gravidade) de um novo design ou um já existente, eu acho que é o último.

Neste caso, os principais parâmetros são:

• A carga útil (por exemplo, pessoas, carga, outras (por exemplo: munições))
• O combustível

O fabricante fornece tabelas para determinar o CG devido às diferentes condições de carga (combinação da carga útil da aeronave e combustível).

Para aviões leves, você pode obter uma boa aproximação com uma balança de banheiro. Primeiro, coloque-o sob a roda dianteira / traseira, observe a força F1 e faça o mesmo para uma das rodas principais. Você nota a força e toma o dobro desse valor, F2. O CG está em um ponto de uma linha ao longo da fuselagem, onde os momentos de F1 e F2 têm o mesmo valor. É álgebra elementar para crianças de 10 anos ...

Uma resposta muito simples, mas familiar aos modeladores, é levantá-lo do chão. Tenha em mente que o seu CG horizontal (frente para trás) é normalmente ligeiramente para a frente do seu Clift, e é "equilibrado" pelo ângulo de incidência ou corte do elevador.

Existe também um CG vertical (de cima para baixo) que deve ser comparado com o seu centro de arrasto frontal. Observe que a maioria dos projetos de cauda de aeronaves é assimétrica, com mais "up" do que down, adicionando também ao trim up. O arrasto do estabilizador vertical é assim usado com mais eficiência, economizando alguns ajustes na horizontal.

Para a escala completa, existem fórmulas baseadas no POH no CG antes de carregar combustível, pessoas, bagagem, etc. Tarefa de pré-voo muito importante para verificar isso.