第一章飞机的外载荷

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第一章飞机的外载荷

1.1 飞机的载荷

外载荷：飞机在起飞、飞行、着陆及地面停放等过程中，
作用在飞机上的外力

外载荷：空气动力、惯性力以及飞机在着陆、地面滑行和停机时地面的反作用力

飞机做等速直线水平飞行时，作用在飞机上的外 载荷有：升力Y0、阻力X0、重力G和推(拉)力P0

Y0 ＝G P0 ＝X0

水平飞行

 

 

 

Y (升力)

G (重力)

P (推力)

X (阻力)

G(重力）

Y(升力）

飞机在等速直线水平飞行时的外载荷

什么是飞机的外载荷？着陆时，作 用在飞机上的外载荷有哪些？

飞机在起飞、飞行、着 陆及地面停放等过程中，作 用在飞机上的外力称为飞机 的外载荷。着陆时，作用在 飞机上的外载荷包括重力， 升力，及地面的反作用力。

 

飞机飞行时，作用在飞机上的外载荷有哪些？ 做等速直线水平飞行时，各力之间的关系？

 

.飞机飞行时，作用在飞机上的外载荷有：升 力、重力、推力和阻力。Y=G=X。抬头力矩等 于低头力矩。

 

1.2 飞机的过载

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1.2.1 飞机重心的过载

一、过载的基本概念
在曲线飞行中，作用于飞机上的升力经 常不等于飞机的重量。为了衡量飞机在某一 飞行状态下受外载荷的严重程度，引出过载 (或称载荷因数)这一概念。

二、过载的定义

.
作用在飞机某方向的除重力之外的外载荷与 飞机重量的比值，称为该方向的飞机重心过 载，用n表示。

.
飞机在Y轴方向的过载，等于飞机升力（Y） 与飞机重量的比值，即

 

 

 

 

 

 

 

 

Y (立轴)

Z (横轴)

X (纵轴)

 

飞机重心

 

飞机在X轴方向的过载等于发动机推力P与 飞机阻力X之差与飞机重量的比值，即

 

 

飞机在Z轴方向的过载等于飞机侧向力（Z）与 飞机重量的比值，即

 

 

飞机在飞行中，Y轴方向的过载 往往较大， 它是飞机结构设计中的主要指标之一，飞机的结构 强度主要取决于Y方向的过载。而其它两个方向的 过载（ ）较小，它们对飞机结构强度 的影响也较小。

，

 

 

.
什么是飞机的重心过载？什么是飞机升力方 向的过载？

 

.
作用在飞机某方向的除重力之外的外载 荷与飞机重量的比值，称为该方向的飞 机重心过载。飞机在升力方向的过载等 于飞机升力与飞机重量的比值.

 

三、过载的大小

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在不同的飞行状态下，飞机重心过载的大小往往不一 样。过载可能大于1、小于1、等于1、等于零甚至是负值， 这决定于曲线飞行时升力的大小和方向。

.
飞机平飞时，升力等于飞机的重量， 等于1；

.
曲线飞行时，升力经常不等于1。

.
飞行员柔和推杆使飞机由平飞进入下滑的过程中，升力比飞 机重量稍小一些， 就小于1；

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当飞机平飞时遇到强大的垂直向下的突风或在垂直平面内做 机动飞行时，驾驶员推杆过猛，升力就会变成负值， 也 就变为负值；

.
当飞机以无升力迎角垂直俯冲时，载荷因数就等于零。

 

 

 

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的正、负号与升力的正、负号一致， 而升力的正、负号取决于升力与飞机Y轴 （立轴）的关系。如果升力的方向与Y轴 相同，则取正号；反之则取负号。

 

 

飞行中飞机重心处Y方向过载是否 一定等于1，为什么？

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飞机的重心过载可能大于 1，也可能小于1，或等于 零，甚至是负值，这取决 于飞行时升力的大小和方 向。

 

 

当驾驶员猛推杆使飞机进入下滑时，为 什么飞机Y方向的过载可能为负值？

驾驶员猛推杆可能使飞机的迎角 减小过大，产生负的升力。

 

四、过载的意义

过载表示飞机的外载 荷（除重力外）与飞 机重力的关系。这种 关系用倍数来表示， 是一个相对值。

 

1.2.2  飞机各部位的局部过载

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在研究飞机各部件的载荷时，只知道飞机的 过载是不够的，还必须知道部件的过载。部 件过载是该部件在某一飞行状态中的质量力 与其本身重量的比值。当飞机没有对重心的 角加速度时，部件的过载等于飞机的过载； 当飞机有对重心的角加速度时，飞机重心以 外各部件的过载，等于飞机的过载加上或减 去一个附加过载。

 

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前面在研究飞机过载时，是把整架飞机当 作一个质点来看待的，因此，计算得到的 过载是指飞机重心处的过载。当飞机绕重 心有角加速度 (抬头为正)时，飞机各 部位的过载值就会发生改变。

 

 

 

在飞机纵轴上，A、B分别为飞机重心前、后两点。 试问，当飞机绕Z轴转动抬头瞬间，这两处Y方向过 载与重心过载的关系？

 

.这两处Y方向过载等于重心过载加上附加过 载；A处过载大于重心过载，B处过载小于重心 过载。

 

.
当飞机绕重心有一个抬头的角加速度 时，在 机身上某一点 处，就会产生一个线加速度：

 

 

 

这个附加的线加速度 将产生一个附加的过载 ，即

式中 g--重力加速度。 因此，在 点处的局部过载 为

 

 

 

 

飞机各部位的局部过载沿 飞机长度是按直线规律变 化的。部件距离飞机的重 心越远，或飞机绕重心转 动的角加速度越大，该部 件的附加过载也越大。只 有当飞机绕重心的角加速 度为零时，飞机上沿纵向 各点处的过载才相等，都 等于飞机重心处的过载。

 

当飞机绕Z轴加速转动时，为什么距重 心越远产生的Y方向附加过载值越大？

 

重心外各点的附加线加速度等于 角加速度与此点到重心距离的乘 积，距离越远，附加线加速度越 大，附加过载就越大。

1.2.3 飞机着陆时的过载

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飞机着陆接地时的速度可分解为水平分速和垂 直分速。由于水平分速是在着陆滑跑过程中逐 渐消失的，因此飞机沿水平方向的受力不大； 垂直分速是在飞机与地面相对撞击后很短的时 间内消失的，故飞机沿垂直方向的撞击力较 大。飞机着陆接地时承受的载荷，主要就是作 用于起落架的垂直撞击力。飞机接地时垂直方 向的过载，为作用于起落架上的垂直撞击力与 飞机重量的比值。

 

.
飞机着陆时，由于飞机的垂直下降速度在很短的时 间内降为零，出现很大的负加速度，这将引起着陆 过载。

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飞机着陆过载：起落架的实际着陆外载荷与

飞机停放在地面时起落架的
停机载荷之比，即：

 

如果飞机没有绕重心的角加速度，则部件 的过载就等于飞机重心的过载；否则，还要 加上由角加速度引起的附加过载。 例如：前三点式起落架飞机以两个主轮接地 时，作用于起落架的载荷对飞机重心的力 矩，要使飞机产生机头下俯的角加速度。这 时，飞机重心后面的部件，其过载等于飞机 重心过载加上一个附加过载；而飞机重心前 面的部件，则应减去一个附加过载。

 

飞机双轮接地时
Y方向的过载

?

 

 

 

.
G

 

.
角加速 度

 

角加速度

G

P

前三点式飞机以两主轮接地着陆 时，沿机身纵向各点的Y方向过载 值的分布情况。

 

.各点的Y方向过载值等于重心过 载与附加过载之和。各点的Y方向 过载值沿机身纵向呈线性分布， 重心前各点的Y方向过载值小于重 心过载，重心后各点的Y方向过载 值大于重心过载。

 

 

1.3 飞机最大使用过载和最大允许速压

.
1.3.1 飞机的最大使用过载

 

过载ny越大，说明作用在飞机上的升力Y也越大。 所以，飞机在飞行中的过载值ny就表示了飞机受力的 大小。通常把飞机在飞行中出现的过载值ny称为使用 过载，用ny,ser表示。设计飞机时所规定的最大使用 过载值，称为最大使用过载，用ny,ser,max表示。

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各种飞机的最大使用过载，主要是由飞机的机动飞 行能力，飞行员生理上的限制，以及在飞行中因气 流不稳定而可能受到的外载荷等因素确定的。

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对于不能做特技飞行的飞机，例如大型运输机，其 最大使用过载通常是由飞机在不稳定气流中飞行时 可能产生的过载来确定的。大型运输机的最大使用 正过载大约为3.4，最大使用负过载为1.5.2.5。

.
一架飞机的最大使用过载规定得越大，飞机结构承 受外载荷的能力就越强。

 

1.3.2 飞机的最大允许速压

物理量q称为速压。

飞机平飞时，可以根据飞机在不同高度时的需用推力和发动 机的可用推力之间的关系，确定出各个高度上的最大平飞速 度VH,max，飞机在各个高度上的最大速压为：

 

.
在飞机结构设计过程中，通常规定某一高 度为H0上的qH,max作为飞机结构强度设计 用的最大速压，用qmax表示。称为使用限 制速压。

 

.
飞机在下滑终了容许获得的最大速压， 称为最大允许速压（强度限制速压）， 用qmax,max表示。

 

 

飞机使用过载的大小，标志 着飞机总体受外载荷的严重 程度；而速压的大小，则标 志着飞机表面所承受的局部 气动载荷的严重程度。

 

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飞机的外载荷

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