飞机载荷的组成

n    飞行中的载荷

Ø    升力

Ø     重力

Ø     空气阻力

Ø     发动机推/拉力

n      气动载荷

                        气动载荷随飞机构型、飞行状态、发动机状态等变化。其中升力对机体受载的影响是最大的。

l    升力

l   阻力

l    侧向力

n      载荷的分类方式

Ø     作用特性：静载荷，动载荷

Ø     分布方式：集中载荷，线、面、体分布载荷

Ø     载荷性质：质量载荷，表面载荷

升力、座舱增压载荷、地面撞击力等对飞机结构的影响最大。

2 过载的概念

作用于飞机某方向的除重量之外的外载荷与飞机重量的比值。
 

Ø  飞机过载表明了机体受载的严重程度。

Ø  飞机过载可能                                         

Ø    对飞机结构的承载影响最大。

Ø    设计过载

设计、审定飞机时规定的最大过载，又称极限过载。

Ø    使用过载

正常飞行中允许使用的最大过载，是飞机结构的永久变形限制。

Ø    设计过载和使用过载的意义

v     表明了飞机机动性好坏

v     表明了飞机抗强突风的能力

       使用限制：

n_y的正负号与升力的正负号一致，升力的正负号决定于升力与飞机机体坐标系y轴的关系，若升力方向与y轴一致，则取正号，反之亦然。运输类飞机一般为-1 ~  2.5。

n      飞机的最大过载：

翼载荷：

Ø    n_max的数值与飞机性能、设备性能和人体生理机能等有关。

Ø    n_max越大，机动性愈好；但n_max增大使结构载荷增大，结构重量增加，会影响整个飞机的性能。

Ø    人对n_max的承受能力有限。

l    抗过载服系统

1-发动机引来的压缩空气；2-气滤；3-调压器；4-通信号灯；胶囊

l    高过载座舱内的座椅

1-  可倾斜座椅；2-后撑弹簧筒

3  水平面内的匀速直线飞行

n    受载情况

Y＝G；    P＝X ；Z＝0 ；∑ M=0 。

n    机翼蒙皮受力情况

①     高速小迎角

Ø 蒙皮上下受吸（易鼓胀），前缘受压（易凹陷），受力大。

Ø 易增大阻力、损坏蒙皮。

②     低速大迎角

Ø 蒙皮上吸下压，受力小

Ø 易失速

根据过载的定义，水平面内匀速直线飞行时的过载为：

4  垂直平面内的曲线飞行

n      动力学方程：

升力随角度变化而变化，水平位置时取得最大值。

n      过载表达式为：

5   水平面内的曲线飞行

n      动力学方程：

n      过载表达式：

n      盘旋半径表达式：

Ø 坡度越大，所需升力就越大！飞机就越容易失速或损坏！

Ø 坡度的限制因素：发动机推力、飞机临界迎角、飞机结构强度和刚度。

Ø 民机正常=30°,单发=15°。

6 飞机的局部过载

部件在某一飞行状态中的质量力与其本身重量的比值。

由于飞机部件与飞机重心具有一定的距离，因此部件过载与飞机重心位置的过载不相等。

n    相对质心的加速度：

n    附加过载：

n    局部过载：             

7 飞机的突风过载

n    突风的速度能达到15m/s至20m/s（雷雨中可达50m/s），可能使飞机承受很大的过载。

n    突风是很危险的，飞机载荷可能突然增大或减小，导致结构疲劳,还可能引起振动甚至共振。

n    水平突风速度一般远小于飞机飞行速度，其影响可不考虑。

n    垂直突风很危险，它使飞机的迎角发生变化，可能导致升力突变，在起飞和着陆阶段可能导致飞机发生失速。

n    突风载荷是民用运输机的主要载荷之一。

突风作用前：

突风作用后：

突风作用前飞机正在做匀速直线水平飞行，即突风作用前过载为1，则突风作用后的过载为：

（上突风取“ ”号，下突风取“-”号）

8 飞机的着陆过载

起落架着陆时的最大过载n_y可达3~4。飞机在地面的运动情况是多种多样的，可能存在n_x (如前方撞击、刹车)以及n_z (如侧滑着陆等)。

9 飞机的疲劳载荷

n  疲劳破坏的特征

Ø  疲劳破坏过程是裂纹形成、扩展到最后断裂的过程。

Ø  交变或循环应力低于静强度情况下，仍会发生破坏。

Ø  疲劳破坏宏观上无明显塑性变形，是低应力脆性断裂。

Ø  影响疲劳强度的因素包括材料性能，加工工艺，工作环境条件等。

Ø  疲劳破坏具有局部性。

Ø  疲劳破坏是长期累积发展的结果。

n  疲劳载荷来源

①       突风重复载荷（gust）

Ø  垂直突风产生一个攻角增量导致升力变化。

Ø   突风来源于大气环境，根据设计规范采用统计值进行结构校核。

Ø   突风载荷是运输类飞机的主要疲劳载荷。

②       机动重复载荷：是战斗类飞机的主要疲劳载荷，由飞机的机动飞行产生（横滚、俯冲等）

③       着陆撞击重复载荷

Ø  飞机着陆时垂直速度不为零，起落架减振受到撞击而产生振动，导致重复载荷。

Ø  着陆撞击载荷对机体结构影响极小，对起落架结构有较大影响。

Ø  地面滑行时的疲劳载荷与跑道的粗糙度有关，设计规范中有相关数据。

④       机体结构地－空－地循环载荷

⑤       气密座舱地—空—地压差载荷

10 飞机的其他载荷

n    热载荷

Ø  动力装置散热    

Ø  气动加热

Ø  太阳的直接辐射和反射辐射

热载荷的影响

Ø  高温状态下结构材料的强度和刚度降低（钛合金，新型陶瓷等新材料可耐高温）

Ø  温度不均匀造成结构的温度应力（结构件易发生失稳、疲劳损伤，材料性能变坏）

Ø  材料长时间处于高温受力状态，将发生蠕变，产生不可恢复的永久变形

Ø  温度反复变化导致结构出现热疲劳问题

n    噪音(声振)载荷

Ø  载荷来源：动力装置、空气动力、武器发射

Ø  产生的问题：结构声疲劳

n    瞬时响应载荷

    瞬时响应载荷的来源：空中机轮制动、空中卸载保护、起飞助推、外挂物投放、弹射、核武器爆炸等。

n    非正常状态载荷

发动机停车、尾旋、单轮着陆、打地转、机头碰地、飞机翻倒、因故障强迫着陆等。

n    冰雹载荷

n    雷击

11 飞机设计规范简介

(1). 强度规范：规定了飞机总的强度水平，各主要部件、构件上的外载荷以及对他们进行强度试验时的加载条件。

(2). 安全系数f 的选取原则：

①       保证结构在使用载荷作用下不产生永久变形。

②       各构件合理选择f 值，使结构尽量轻。

③       针对不同类型的载荷、材料、工艺等因素，选取f 值。

④        一般铝合金取f =1.5；复合材料考虑初始缺陷附加系数1.25，f =1.5×1.25；长时间受疲劳载荷的构件取f = 2.0；经常受短时间疲劳载荷作用的构件，f =1.5×（1.1～1.2）=1.65～1.80。

(3).  设计工况的选取

①       飞机飞行过程中飞行状态很多，只能选取若干种相对最严重的受载状态进行分析。

②       选取的设计工况是最易使结构、人员出现损伤的飞行状态。

③       设计规范对全机和各主要部件的设计情况作了规定；对全机而言，这些设计情况反映在飞机飞行包线上。

(4). 刚度规范：规定了飞机部件允许的弯曲和扭转变形，气动弹性的临界速度。

(5). 飞机试验规范。

(6). 飞机适航性的指标：大气条件、机场条件；对出现故障、差错及其后果影响的限制，故障飞行的性能要求，飞行包线限制，飞行品质、操纵品质标准，防火、防腐指标，驾驶舱及视界的标准，警告装置要求，仪表、电气、特种设备的适航指标，迫降时的安全指标，救生要求和动力装置的适航指标。

本节知识要点：飞机载荷的类型，若干种典型飞行状态的受载情况，飞机过载的概念和计算，突风过载的概念和计算，飞机部件过载的概念和计算，飞机着陆过载的概念，疲劳载荷，其他载荷，飞机设计规范简介。