В чем разница между передним, задним, высоким и низким центром тяжести?

Я не уверен, что понимаю, к чему вы пытаетесь добраться, но позвольте мне попытаться ответить на предложение:

самое главное, когда CG находится в положении AFT или Forward?, а когда CG Low или High?

Направлена ​​ли ЦТ назад или вперед, относится к ее положению вдоль продольной оси самолета, той оси, которая проходит от носа самолета к хвосту. Обычно, когда люди ссылаются только на «центровую компьютерную графику», они обычно имеют в виду продольное положение компьютерной графики, поскольку оно, как правило, является наиболее важным. Boeing называет измерение продольной оси BA, балансиром, хотя о продольной ЦТ обычно говорят в процентах от средней аэродинамической хорды.

Допустим, у вас есть грузовое судно с одной паллетой на 10 000 фунтов. Если этот поддон находится в крайнем переднем положении, позволяющем с ним работать, продольная ЦТ будет значительно больше вперед, чем если бы поддон находился в крайнем заднем положении. Весьма возможно, что в любом случае будут превышены соответствующие пределы центровки носа и кормы. Если мастер загрузки сказал только: «У меня передний ЦТ», он может иметь в виду, что груз находится впереди предела прямого хода, или он может просто иметь в виду, что груз находится в пределах предела, но больше вперед, чем ему хотелось бы.

Теперь предположим, что мы разделили поддон весом 10 000 фунтов на два поддона весом 5 000 фунтов и поместили один из них в самое переднее положение на главной палубе, а другой — в том же продольном положении на нижней палубе. Это не изменит центр тяжести в продольном направлении, потому что оба поддона находятся в одном и том же продольном положении. Однако это изменило бы вертикальную ЦТ, измеренную вдоль вертикальной оси. Мастерам по загрузке самолетов 747 не нужно беспокоиться о вертикальной ЦТ, потому что в руководствах по весу и балансировке 747 для нее нет определенных ограничений. Однако Loadmasters на 767-х действуют в соответствии с установленными ограничениями. Если мастер загрузки 767 говорит, что у него высокая ЦТ, он может иметь в виду, что нагрузка на основную палубу слишком велика, учитывая, сколько находится на нижней палубе. Он также может иметь в виду, что вертикальный центр тяжести самой нагрузки главной палубы превышает 42 дюйма над полом главной палубы.

Хотя вы не спрашивали об этом, есть третья ось, боковая ось, проходящая, так сказать, от кончика крыла до кончика крыла. Боинг называет положение вдоль этой оси BBL, линией ягодиц тела, и обычно существуют ограничения относительно того, насколько далеко от осевой линии самолета может быть боковая ЦТ.

По сути, ваш вопрос представляет собой комбинацию двух аспектов, которые уже обсуждались довольно подробно:

Стабильность уже довольно хорошо объяснена в разделе Что означает, что самолет должен быть аэродинамически устойчивым? . Подводя итог, можно сказать, что передний центр тяжести делает самолет более устойчивым, но немного менее эффективным, а задний центр тяжести делает его менее устойчивым.

Затем вертикальное положение обсуждается в разделе Как крыло/рули Airbus Beluga справляются с высоким центром тяжести? Короче говоря, вертикальное положение центра тяжести в основном не имеет значения . Подъемная сила в прямолинейном и горизонтальном полете действует на линию, проходящую через центр тяжести и кренится вместе с самолетом, поэтому не может создать никакого момента. Только боковая сила при боковом скольжении может привести к несколько более низкому соединению рыскания и крена с высоким центром тяжести, но обычно на сцепление рыскания и крена не полагаются, поэтому это не очень интересно.

Вертикальное положение ЦТ на самолете и его влияние на устойчивость во многом будут зависеть от положения крыльев. Высоко установленное крыло с низкой ЦТ на фюзеляже создаст очень устойчивый самолет относительно его продольной оси; высокий центр тяжести на низко расположенном крыле создаст динамическую нестабильность относительно этой оси. Многие самолеты, предназначенные для обеспечения маневренности, например пилотажные самолеты, военные истребители и т. д., имеют плечевое крыло, центр подъемной силы которого расположен очень близко к центру тяжести вдоль вертикальной оси, что создает нейтральную устойчивость к крену.

Центры тяжести в переднем диапазоне их утвержденной огибающей развивают хорошую поперечную устойчивость, но за счет большего индуктивного сопротивления, поскольку хвостовое оперение или утки необходимы для создания большей подъемной силы, чтобы противодействовать крутящему моменту, создаваемому центром тяжести относительно центра подъемной силы. Задние ЦТ уменьшают индуктивное сопротивление, но приводят к поперечной нестабильности и могут быть весьма опасны при сваливании или штопоре из-за снижения эффективности хвостового оперения.