1、JournalAviationUniversityVol.34No.5ofChinaFlightof.Civil54Sept.2023中国民航飞行学院学报飞机装载与平衡课程实验项目开发研究*闫凤良（中国民航大学空中交通管理学院天津300300）摘要：飞机装载与平衡课程是交通管理专业的一门核心课程，在培养人才过程中发挥着重要的作用。本文基于当前的课程现状，按照课程改革的要求研究开发课程实验项目，提出了实验项目开发的主要思路和步骤，并依据课程理论教学内容设计了实验教学内容和具体的实验项目。实验项目包括了客机、货机主要机型的配载与平衡实验，也包括手工填制载重平衡图表，电子配载；不仅包括常规的配载方案
2、，还包括根据优化理论的配载。实验项目的开发不仅加深了学生载重平衡知识的掌握程度，提高了学生工程实践能力，还增强了岗位工作意识，大大提高了教学质量和教学效果。关键词：载重与平衡实验项目实验教学Research on Developing Experimental Project of Aircraft Loading and Balance CourseYan Fengliang(College of Air Traffic Management CAUC,Tianjin,300300,China)Abstract:Aircraft Loading and Balance is a core c
3、ourse of traffic management specialty,whichplays an important role in the process of cultivating talents.Based on the current curriculum situationand the requirements of curriculum reform,this paper studies and develops curriculum experimentalprojects,puts forward the main ideas and steps of experim
4、ental project development,and designs ex-perimental teaching contents and specific experimental projects according to the teaching content ofcurriculum theory.The experimental items include the loading and balance experiments of main air-craft types of passenger aircraft and cargo aircraft,as well a
5、s the manual filling of load balance chartsand electronic loading;It includes not only the conventional stowage scheme,but also the stowage ac-cording to the optimization theory.The development of the experimental project not only deepens thestudents mastery of loading and balance knowledge,improves
6、 the students engineering practice abil-ity,but also enhances the post work consciousness and greatly improves the teaching quality andteaching effect.Keywords:Loading and balanceExperimental projectExperimental teaching1课程存在的问题与实验项目开发的意义1.1目前课程存在的问题航空配载工作主要是负责飞机的平衡，合理地安排旅客和货物在客舱和货舱中的装载位置，确定飞机的重心和水平
7、安定面的调定值或者平衡调整片的刻度，并根据这些数据生成装载平衡单。飞行员根据装载平衡单货舱内的货物状态进行检查，然后为了使飞机处于正常平衡状态，对驾驶舱内平衡片进行相应的设置，此时驾驶员在*中国民航大学实验技术创新基金项目（2 0 2 1CXJJ04）进行起飞操作时才能有正常的杆力。因此，载重平衡是民航工作的重要一项，对飞机的性能和安全起着重要作用。当前飞机装载与平衡16 学时的理论课，主要是一些课堂实践练习题目，无实验环节，导致教学效果不佳，存在的问题如下：（1）无实验项目，仅限于练习题目。目前本课程无实验环节，主要是在理论课程教学过程中穿插让学生做了一些载重与平衡图表的填写练习，练习Jou
8、rnalAviationUniversityofChinaFlightofCivil55Vol.34No.5飞行学院学报中国民航Sept.2023题目内容简单，学生对教学内容理解不深。（2）题目数量少，知识应用生疏。目前载重与平衡课程中涉及学生实践练习的题目数量较少，仅限于两个窄体客机（B737、A 32 0）的2 套练习题目，达不到对民航各类机型的熟悉和掌握。另外，练习的题目涉及的教学内容不全面，仅涵盖了部分机型的载重平衡图的填制，离岗位实际工作情况差距较大。（3）练习题目教学实施困难。目前主要在课堂教育过程中实施，但由于课堂上课时间有限，往往导致学生在课堂完不成练习，需要学生课下自行练习，
9、导致学习中断，对飞机的载重与平衡知识掌握深度不够，尤其是自学能力比较差的同学学习效果比较差。因此，针对目前课程存在的问题，急需要开发一套符合课程教学内容的实验项目，让学生有针对性地进行专项练习。飞机装载与平衡是一门与民航实际工作密切相关的课程，因此可以引入任务驱动式的教学模式。1.2实实验项目开发的目的按照新版培养方案的要求，本课程加入了8个学时的实验课时，因此需要课程开发一套满足课程内容的实验项目。配载相关实验最大特点是内容以实务操作为主，与行业联系紧密，实用性强。传统的实验项目主要用于培养学生了解、掌握和重复操作能力。但是，这属于思维层级理论中的低层思维培养，而人才培养的高级思维层次是对人
10、的设计、思辨和创造能力的培养，不仅要注重培养技术人员，更应当通过实验项目设计实现对学生高层次思维的训练，实现高级人才的培养，这正是当前课程所缺乏的内容。在实践教学中，应当根据学生的特点、培养目标以及教学内容科学地选择教学方法2 。通过开发各类型的飞机装载与平衡实验项目，帮助学生了解飞机装载与平衡问题的重要性，理解飞机的载重与平衡对飞机飞行及其性能的影响，飞机载重平衡的目标与各影响因素，掌握飞机的重心位置计算，以及业载、燃油对飞机重心变化的影响。通过合理的货物、旅客座位分配实现合理的重心位置配置。通过实验项目培养学生分析问题、解决问题能力，培养团队合作意识和创新意识3。2实验项目开发的主要思路和
11、步骤2.1主要思路主要从以下几方面进行实验项目的开发，见图1所示。实验项目需求分析实验项目设计实验项目优化优化配载方法客机配载与平衡不同飞机种类的国内外参考文献基于重量的配载配载重量最大实验项目配载经验货机配载与平衡配载操作程序宽体机配载与平衡航空公司调研不同机型的实验项目基于重心位置的配载重心位置最佳配载影响因素窄体机配载与平衡配载相关规定手工配载与平衡不同配载方式的规章查询基于装载顺序的配载装卸流程最少实验项目配载要求自动化配载与平衡图1实验项目开发的主要思路JournalAviationVol.34No.5UniversityFlight56ofChinaofCivilSept.2023
12、飞行学院学报中国民航实验项目需求分析：课程的实验项目要满足课程教学的要求，既要满足民航行业规章的要求，又要贴近航空公司实际生产一线的工作岗位要求，还要跟进当前行业领域最前沿的研究和应用。因此需要从3个方面进行需求分析。(1)民航行业规章的要求严格执行规章标准就是在守住人民生命财产的安全线，是行业安全发展的生命线，也是民航从业人员不得逾越的底线和不可触碰的红线。因此，实验项目的内容和要求必须要遵守规章的要求，实验项目的设计必须按照现有载重与平衡相关规章进行。目前主要相关的规章包括：国内的规章AC-121-FS-135航空器重量与平衡控制规定和AC-121-68航空器空重和重心控制，美国FAA的A
13、 C 12 0-2 7 F A i r c r a f t W e i g h t a n d Ba l a n c e Co n t r o l 和AC120-85AAirCargoOperations。实验项目中旅客标准平均重量、手提行李和个人物品等标准平均重量的使用，载重平衡舱单的制作要求等都要按照我国规章要求设计。(2）舟航空公司配载岗位要求在实验项目设计上，还要考虑在实际工作中配载的工作流程、要求以及配载过程中需要考虑到的影响因素。比如要考虑飞机的重心位置、飞机的结构强度限制、货物的装卸顺序等因素限制的实验项目。（3）行业前沿理论和应用要求飞机的配载不仅要在运行安全的前提下完成业载的
14、装载任务，还要考虑获得最佳的经济效益和提高生产效率问题。同样的飞机不同的装载方式也会导致业载量不一样；同样的业载，重心位置不同，会导致飞机的耗油不一样；同样的业载，不同的配载装卸效率也不一样。学习国内外相关的研究资料，在实验项目设计时，可以考虑用优化的方法来解决飞机业载配载问题。2.2主要步骤实验项目开发主要分4个步骤完成(图2)。2.2.1实验项目调研针对目前我国航空公司的配载工作现状，以及国内外载重优化方法的使用和我国有关飞机装载与平衡规章要求进行调研，进行总结，形成调研报告，为下一步实验项目设计做好准备。2.2.2实验项目内容建立针对不同类型的飞机在不同情况下的配载分别设计实验项目，包括
15、客机/货机的配载与平衡、宽体机与窄体机的配载与平衡等；另外，针对配载方式，开发基于手工和基于配载软件的实验项目。实验项目调研需要开发什么实验项目？实验项目内容实验项目包括那些内容？确定实验项目设计实验项目需要如何实现？使用何种方法优化实验结实验项日优化果？图2 实验项目开发的主要步骤2.2.3实验项目设计依据实验项目内容，按照培养目标和教学大纲的要求，针对不同的实验目的，设计开发出满足载重与平衡实际工作岗位实验。2.2.4实验项目优化按照配载的要求，设置不同的目标约束条件，实现不同目的的优化配载，比如配载重量最大，配载重心最佳，装卸流程最少等。3实验内容与具体实验项目3.1实实验内容按照课程教
16、学大纲和教学内容，课程主要完成以下几方面的实验内容：飞机的重心位置计算；客运航班载重平衡；货运航班载重平衡；电子配载单的编制。3.1.1飞机的重心位置计算让学生了解飞机装载与平衡的重要性，掌握飞机载重的基本知识，掌握飞机重心概念，重量和重心的影响因素，飞机的重心与飞机平衡，理解重心的力学原理、表达形式和求解方法，掌握飞机JournalAviationUniversityofChinaFlightofCivilVol.34No.557中国民航飞行学院学报Sept.2023空重、燃油、业载的力矩及重心的计算方法。让学生利用飞机载重的基本知识，基于飞机的平衡原理，利用重心通用计算公式，对飞机在不同条
17、件下进行重心计算。主要包括以下几方面：（1）飞机的运行空机重量、干使用重量，以及干使用指数等计算；（2）业载重量计算、旅客指数计算、货物指数计算；（3）燃油重量计算、燃油指数计算、飞机重心计算模型。3.1.2客运航班载重平衡让学生理解客运航班的装载与平衡的约束和目标，掌握旅客座位分配与货物分配方法，学会客运航班载重平衡单的填写。在给定具体航班所需油量、业载和飞机相关基础重量的前提下，对旅客和货物及行李进行合理分配，使得飞机的重心满足重心约束的要求。对分配进行合理调整，使得最后重心接近目标重心。3.1.3货运航班载重平衡让学生了解航空货运集装器的分类，理解货运航班的约束因素，掌握货运航班的装载平
18、衡单的识读与填写，能够识读载重表。在给定具体航班所需油量、业载和飞机相关基础重量的前提下，对给定的航班货运集装器进行合理货舱和位置分配，使得飞机的重心满足重心约束的要求。对分配进行合理调整，使得最后重心接近目标重心。3.1.4电子配载单的编制让学生掌握客运航班装载平衡的基本原理，通过对客运装载的要求和影响因素的考虑，利用计算机编制电子配载单，实验过程中积极主动完成实验并解决问题。依据给定的载重平衡单，通过编程，实现电子版的载重平衡单。包括舱单信息的显示界面，输入界面，输出界面，重心位置的图形显示。重心的自动计算，在给定目标重心条件下，优化配载。3.2具体实验项目根据实验内容开发具体的实验项目，
19、主要有以下8 个实验项目，如图3所示。（1）实验项目1：飞机的重心位置计算。通过飞机、旅客、货物、邮件等已知数据，计算飞机的业载，飞机燃油重量和燃油指数，飞机起飞重量、着陆重量、无油重量、滑行重量等飞机相关重量和对应指数，以及检查是否满足最大起飞重量、最大着陆重量、最大无油重量等限制要求。使用常用的飞机重心计算方法计算飞机的重心。（2）实验项目2：载重与平衡原理。通过根据飞机的受力关系，依据计算出的飞机的各种重量，考虑飞机的操纵性和稳定性要求，依据具体机型的飞行包线，确定飞机的重心。主要内容包括：实验项目1：飞机重量计具飞机重心计算飞机指数计算解快：飞机重心计翼重心和配载的关系！为什么要配载？
20、主要内容包括：实验项目2：飞机受力关系飞机操纵性与稳定性载重与平衡原理飞机各种相关重量飞机重心飞机重心包线与指数实验项目3：主要内容包括：客机的载重平衡单载重表说明平街图说明制作舱单的填制方法解快：行业实际怎么配载？主要内容包括：实验项目4:货能的装载限制货机的载重平衡单货机的载重平餐图制作货运相关电报装印通知单主要内容包括：结构限制实验项目5：载荷眼制重量限制载重与平衡限制平街限制重心包线眼制解快：持味货贷限制配载时有什么要求？实验项目6：主要内容包活：重心对失速速度影响重心对飞机性能影重心对起飞性能影响响与包线缩减重心对飞行性能境响重心对潜陆性能能响包线缩减原理实验项目7：主要内容包括：常
21、用的配载系统使用配载系统商易辅助配载系统设计解决：如何快速实现配载？如何配载是最佳的？主婴内容包括：实验项目8：客运配载优化配载优化客改货配载优化贷运配载优化图3载重平衡具体实验项目（3）实验项目3：客机载重平衡单的制作。依据具体机型的载重平衡图表，利用已经计算出的各种重量、指数填制客机载重平衡图表（含宽体机和窄体机的载重平衡）。（4）实验项目4：货机载重平衡单的制作。依据具体机型的载重平衡图表，利用已经计算出的各种重量、指数填制货机载重平衡图表（含宽体机和窄体机的载重平衡）。（5）实验项目5：载重平衡限制。利用飞机飞行手册重量数据和已经计算的各种重量数据，JournalAviationofC
22、hinaVol.34No.5University58FlightofCivilSept.2023飞行学院学报中国民航计算各舱位是否满足飞机结构限制、载荷限制、重量限制、平衡限制，以及特殊货物限制和飞行包线限制等。（6）实验项目6：飞行包线缩减。利用已知的飞机机型数据和计算出的各种重量数据，参照A C-12 1-FS-135航空器重量与平衡控制规定附录五的方法，对飞机的重心包线进行缩减计算。（7）实验项目7：配载系统的使用和简易系统设计。学会航空公司常用的配载系统的使用，并按照要求让学生利用计算机自行设计开发一套简易的配载系统或软件。（8）实验项目8：配载优化。通过设置不同的约束条件，如配载的重
23、量最大，配载的重心最佳，配载货物装卸流程最简单等条件，利用优化的方法重新进行配载，并对配载结果进行分析总结。4实验项目的优势通过开发新的实验项目，相比以往的练习题目在以下几个方面有显著的提升：4.1实验题目内容更丰富，并紧密结合了生产实际基于理论开发的实验项目，不仅包含了客机货机的载重平衡表填制等实操类实验，还包括了重心位置计算、载重平衡原理计算等理论性较强的内容实验，而且也涉及到民航常见的B737、A320、B7 7 7、B7 47 等多种客机、货机、宽体机、窄体机等机型。从实验项目的数量、内容全面性方面都有了很大提高，涉及的生产实际的机型应用上也都更贴近于生产实际的情况，相比以往的少量、简
24、单个别机型的4套练习题目有了显著提高。4.2实现了人工和自动化配载的结合当前的课程练习题目主要是对民航客机载重平衡图表进行手工填制，而研究开发的实验项目除了传统使用手工对具体机型的载重平衡图表进行填制之外，还包括对目前航空公司配载部门使用的自动化配载系统进行学习和使用，还可以应用课程组的科研成果计算机自动化配载系统辅助设计，并要求学生利用计算机知识自行设计制作简易配载系统或软件，实现了人工手动配载、自动化系统配载相结合，更加有效地提高了学生对配载工作的认知，提高了学生对配载效率的意识。4.3常规配载与优化配载的结合实验项目突破了传统练习题目的要求，配载结果更加优化。以往配载练习题目只要按照规定
25、，在不超过重量限制和重心包线限制的情况下把业载分配到飞机的舱位中即可。而现在设计开发的实验项目，不仅要按照常规的要求进行配载，还增加重心优化、重量最多、装载效率最高等约束条件，利用常见的优化理论方法实现了配载的优化，达到理想的配载方案。5结论飞机装载与平衡课程是一门专业性很强的核心课程，实验项目对课程的支撑具有重要的意义。开发的课程实验教学项目不仅深入理解和掌握载重平衡的理论知识，也能熟练运用相关理论进行行业实际操作的载重平衡单表的填制；不仅熟悉了民航企业现行配载系统，还能应用课程组研发的载重平衡软件，并且可以自行学习设计简易平衡软件；不仅能够通过实验模拟实际生产环境完成配载的生产任务，还能够针对学生自己完成的实验方案利用优化理论进一步地优化计算，以获得最佳的配载方案，提高配载效率。通过开发的课程实验项目培养了学生行业岗位责任意识、工程实践能力、组织与协调能力、行业软件开发能力和创新能力。开发的实验项目实现了课程教学目标的达成，满足培养方案的培养目标要求。参考文献1林彦，黄建伟民航配载与平衡课程教学改革研究J科技风，2 0 2 0(36):56-572刘慧，张宁民航特色工商管理专业教学方法改革研究一一以民航配载与平衡课程为例.科技风，2 0 2 0(30):、2 1-2 23肖锋，李洪丽开放性创新实验项目的教学实践与探索J.黑龙江教育，2 0 18(11):4-5
