《飞机的外载荷概述》

1. 飞机结构1.1 飞机结构的基本概念1.1.1 飞机外载荷及飞机结构承载能力飞机在飞行或起飞、着陆、地面运动时，其他物体对飞机的作用力和力矩称为飞机外载荷。

1飞机外载荷1) 飞机外载荷分类飞机外载荷按其作用形式可分为集中载荷和分布载荷。

飞机外载荷按其作用性质可分为静载荷和动载荷。

飞机外载荷按飞机所处状态又可分为飞行载荷和地面载荷。

2) 飞行中飞机的外载荷及过载(1) 飞行中飞机的外载荷。

图1.1­1 飞机机体坐标系和外载荷向机体坐标系原点简化当外载荷形成平衡力系时，满足平衡方程组(1.1­1)，飞机进行的是匀速直线运动，也就是定常飞行； 当外载荷不能形成平衡力系时，飞机进行的是变速运动，也就是非定常飞行。

⎩⎪⎨⎪⎧∑X ＝0，∑M X ＝0∑Y ＝0，∑M Y ＝0∑Z ＝0，∑M Z ＝0(2) 过载(载荷系数)。

① 过载的定义和物理意义。

过载的定义： 作用在机体坐标系某方向表面力的合力与飞机重量之比称为飞机在该方向的过载(也称为载荷系数)。

飞机的过载用字母n 表示，按照图1.1­1给出的机体坐标系，过载分为沿纵轴过载n x 、沿立轴过载n y 和沿横轴过载n z ，由此可得⎩⎪⎨⎪⎧n x ＝（P －D ）/W n y ＝L /W n z ＝Z /W② 飞机水平匀速飞行时的过载。

图1.1­2 飞机水平匀速飞行时的外载荷飞机进行的水平匀速直线飞行就是一种定常飞行状态，这些外载荷必须满足平衡方程(1.1­1)。

因为侧向力Z 、力矩M y 和M z 自然为零，所以⎩⎪⎨⎪⎧∑X ＝0，P 0＝D 0∑Y ＝0，L 0＝W ∑M Z ＝0，M A ＝M B在此飞行状态下，飞机的过载为： n x ＝P 0－D 0＝0，n y ＝L 0/W ＝1，n z ＝Z /W ＝0。

③ 机动过载。

水平机动过载出现在飞机水平盘旋情况，如图1.1­3所示。

2. 飞机的外载荷飞机结构与强度第二章 飞机的外载荷1/602. 飞机的外载荷飞机结构与强度2.1 飞机结构上的主要载荷 2.2 不同飞行状态下的过载 2.3 其他载荷情况 2.4 疲劳载荷 2.5 飞机设计规范简介2/602. 飞机的外载荷飞机结构与强度2.1 飞机结构上的主要载荷飞机在飞行、起飞、着陆、地面维护等使用过程 中，作用在飞机上的外力称为飞机的外载荷。

(1)飞行时的外载荷。

(2)起飞、着陆时的外载荷。

3/602. 飞机的外载荷 机体坐标系飞机结构与强度yzx4/602. 飞机的外载荷 速度坐标系飞机结构与强度5/602. 飞机的外载荷 载荷分类飞机结构与强度1. 质量力Rm ——飞机的质量和加速度相关的力。

惯性 力：如重力，离心力等。

2. 表面力Rf——物体之间直接接触而产生的力。

例： 升力，空气阻力，发动机推力T，地面支反力。

6/602. 飞机的外载荷飞机结构与强度2.1.1 过载的概念定义：飞机所受除重力之外的表面力总和与飞 机重量之比称为过载系数n，简称过载。

n = Rf / G飞行中：n = ( Ra + P ) / G= ( Ra + P + Pk ) / G着陆（起飞）时： n过载，过载系数，载荷系数7/602. 飞机的外载荷 过载在机体坐标系中的分解飞机结构与强度n = nx i + n y j + nz kn=2 2 n x + n y + n z2zyx8/602. 飞机的外载荷飞机结构与强度过载的符号：正过载，负过载。

与机体坐标 系坐标轴方向一致为正，反之为负；通常过载 系数简称为过载。

通常提到过载是指ny。

nx和nz相对较小；飞机 结构x，z方向的强度、刚度较好；主要校核y方 向的过载。

9/602. 飞机的外载荷飞机结构与强度铅垂平面内飞机曲线运动力学方程（速度坐标系） 平衡方程：P cos(α + ϕ ) − X = G sin θ + maτaτ = dV / dt an = V 2 / RR为飞机运动轨迹的曲率半径Y + P sin(α + ϕ ) = G cos θ + man过载值：1 dV P cos(α + ϕ ) − X = sin θ + ⋅ nx = G g dt Y + P sin(α + ϕ ) 1 V2 ny = = cos θ + ⋅ G g R10/60ga n ga n ga m G mR n n y x f +=+===θθτcos sin //G G G2.2 不同飞行条件下的过载∑F x =0 T =X∑F y =0 Y =G0=−=GX T n x 1==GY n y 0=z n z 匀速水平飞行z等速水平倒飞n=1−yR V g n dtdV g n y x 21cos 1sin ⋅+=⋅+=θθ0=θR V g n y 211max ⋅+=时RV g G N Y 2sin ⋅==γGY =γcos γcos 1==G Y n y 测量n y ，可计算γyn 1cos =γ122−=y cir n g V R 盘旋半径：),,,(/12max max 2maxmax max max p V H c f S G V c GY n y H y y ===ρS G p =z机翼静力加载试验z人体承受过载的能力与过载方向和时间的关系服Military fightersPrimary trainersAdvanced trainersLight planesCargo & passenger transportsHeavy bombersz Different kinds of aircraftsg xn n z y y ε±=0g x n n zx x 20ω±=z Aircraft is Rotating after take offS G V V W c n GS V a c n n n n a y y a y y y y yg /2)/(2/20200ρρ±=Δ±=Δ±=z Gust caused by mountainsKS G WV c n n a y y yg /20ρ±= 水平突风远小于垂直突风，引起的水平方向过载可以忽略不计(不大于1.3-1.5)突风还可能引起振动，特别是在重型飞机上引起周期性的载荷，严重时导致共振。

简述机翼外载荷的大小机翼外载荷是指施加在飞机机翼表面的各种力和力矩。

这些外载荷的大小是设计和运行飞机的重要参数，需要合理估计和控制。

机翼外载荷主要包括飞行气动载荷、结构载荷和操纵力载荷。

飞行气动载荷飞行气动载荷是由于空气动力学效应而产生的机翼外载荷。

它主要包括升力、阻力、侧力和俯仰力矩。

升力升力是机翼支持飞机重量的主要力量。

它的大小与机翼形状、迎角、飞行速度等因素有关。

一般来说，升力随着飞行速度的增加而增加，与机翼的迎角密切相关。

阻力阻力是飞机飞行时需要克服的阻碍前进的力量。

它的大小与机翼形状、迎角、飞行速度等因素有关。

一般来说，阻力随着飞行速度的增加而增加。

侧力侧力是作用在飞机机翼侧面的力量，它的大小与飞机的横向稳定性和操纵性有关。

俯仰力矩俯仰力矩是指作用在飞机机翼上的使飞机产生俯仰运动的力矩。

它的大小与飞机的重心位置、机翼的形状和迎角等因素有关。

结构载荷结构载荷是由飞机自身重量和外部载荷施加在机翼上的载荷。

它的大小与飞机的重量、外载荷的位置和重量分布、机翼的结构强度等因素有关。

飞机自身重量飞机自身重量是指飞机的构件、设备、燃料等各部分的重量总和。

这部分载荷主要通过飞机的结构进行传递。

外部载荷外部载荷是指飞机上的货物、油料、武器装备等外部附加负载。

这部分载荷主要通过机翼进行支持和传递。

操纵力载荷操纵力载荷是由于飞行员操纵操作所施加在机翼上的载荷。

它的大小与飞行员操纵杆的力量和动作有关。

飞行员通过操纵杆控制飞机的姿态和航向。

机翼外载荷的大小估计估计机翼外载荷的大小是飞机设计和运行过程中的重要任务之一。

一般采用飞行试验、数值模拟和模型试验等方法。

飞行试验是最直接的方法，通过在真实飞行中测量机翼上的载荷，来估计机翼外载荷的大小。

数值模拟方法基于计算流体力学和结构力学的理论和方法，通过数值模拟飞机飞行过程中的气动效应和结构响应，来估计机翼外载荷的大小。

模型试验方法是通过制作飞机的缩比模型，并在气动试验台上进行模拟飞行试验，来估计机翼外载荷的大小。

第三章 机 身机身用来固定机翼、尾翼、起落架等部件，使之连成一个整体。

同时，它还用来装载人员、燃料、武器，各种设备及其他物资。

根据机身的上述功用，要求机身有足够的内部容积和长度，为了减小飞机的阻力，机身外形应光滑，突起物、开口应尽量少。

在保证结构具有足够的强度、刚度和抗疲劳强度的情况下，力求重量最轻。

第一节 机身的外载荷和力图一、机身的外载荷作用在机身上的外载荷主要有空气动力，机翼、尾翼和起落架等结构的固定接头传来的力，机身内部装载和部件质量力，机身结构本身的质量力。

其中空气动力和机身结构质量力为分布力，其余为集中力，这和机翼外载荷相似，但对于机身来说，它的外载荷有两个特点。

首先，在机身上起主要作用的是集中载荷，由机翼、尾翼以及其它部件传给机身的集中力很大。

相比之下机身上分布的空气动力就较小，而且一般机身截面接近圆形，其上空气动力的分布大致是对称的，基本上能在机身局部自相平衡而不再传给机身的其它部分。

可以说，空气动力对机身总体影响不大（座舱等突出部位除外）。

机身本身结构质量力也较小，计算时通常把它折算到结构附近的集中载荷上去。

因此，分析机身受载时主要考虑集中力。

其次，侧向作用于机身的载荷，对机身结构受力也很重要。

这是因为：一方面机身剖面接近圆形，各方向抗弯刚度相差不多，不象机翼水平方向的抗弯刚度比垂直方向大得多。

另一方面机身所受的侧向载荷与垂直方向的载荷相差也不大。

而且侧向载荷要使机身严重受扭，不可忽视。

机身的载荷通常可分对称和非对称两种。

与机身对称面对称的载荷，称为对称载荷；反之则称为非对称载荷。

（一）对称载荷1、飞机在垂直平面内作曲线飞行时的机身对称载荷飞机在垂直平面内作垂直飞行时，机身除了要承受由机翼、尾翼固定接头传来的对称载荷外，还要接受作用于对称面的装载（人员、燃油、设备）以及结构本身的质量力。

当飞机具有对重心的角加速度时，机身上各部件、装载的载荷因数部件n 等于飞机重心的载荷因数n 加上角加速度引起的附加载荷因数部件n ∆。