飞机的外载荷教学.ppt

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,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;P=X。抬头力矩等于低头力矩。,1.2 飞机的过载,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,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,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； 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。,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。,飞行中飞机重心处Y方向过载是否一定等于1，为什么？,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,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。,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,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。 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,?,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。,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。 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34，最大使用负过载为1.52.5。 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