[科普中国]-速度载荷图

载荷

载荷指的是使结构或构件产生内力和变形的外力及其它因素。或习惯上指施加在工程结构上使工程结构或构件产生效应的各种直接作用，常见的有：结构自重、楼面活荷载、屋面活荷载、屋面积灰荷载、车辆荷载、吊车荷载、设备动力荷载以及风、雪、裹冰、波浪等自然荷载。

对于不同分析类型，载荷可分为以下几种不同种类。

结构分析中常见的载荷：力、压力、重力、位移边界条件等。

热分析中常见的载荷：温度、热流变率、对流边界条件等。

磁场分析中常见的载荷：磁势、磁通量边界条件等。1

载荷因子任何施加在飞机上使飞机从直线飞行偏斜的力都会在结构上产生一个应力；这个力的大小用术语叫“载荷因子”。

载荷因子是飞行时的作用于飞机的全部负荷和飞机总重量之比值。例如，载荷因子3意思是作用于飞机结构上的全部载荷是飞机总重量的三倍。载荷因子通常表达为术语”G”，也就是说载荷因子3可以说成3G，或者载荷因子4可以说成4G.。

注意到一个有趣的现象是当一个飞机从俯冲拉起且载荷因子为3G时，飞行员将受到3倍于其体重的向下的压力。因此，在任何机动中载荷因子的大小可以通过考虑飞行员座椅受压的程度来获得。由于现代飞机的操作速度大大的增加了，这个影响已经变得非常明确，是所有飞机结构设计中的主要考虑之一。

所有飞机的结构设计都预期只能承受一个确定大小的过载，载荷因子知识是所有飞行员必备的。载荷因子对于飞行员来说重要，是因为两个不同的原因：

1. 由于明显的危险过载，飞行员对飞机结构施加影响是合理的。

2. 因为增加的载荷因子增加了失速速度，使得在看起来安全的飞行速度上有失速的可能。

VG图最大升力曲线VG图上最首要的曲线就是最大升力曲线。示例的飞机在62mph（英里/小时）的时候可以达到不超过1G载荷因子，这是机翼水平失速速度。由于最大载荷因子随空速的平方成正比，最大的正的升力在92mph的时候达到载荷因子达到2G，112mph的时候达到3G，137mph时达到4.4G，等等。任何在这条曲线以上的载荷因子从空气动力学上是得不到的；也就是这个VG图的飞机不能在最大升力曲线之上飞行，因为会失速。本质上相同情况出现在负升力飞行时，但是有个例外，那就是产生给定的负载荷因子所需要的速度比产生相同的正载荷因子的速度要高。

例如，上图可以看到在62mph的时候产生的载荷因子约1G，而对应于-1G载荷因子，速度大约为80mph。

如果这架飞机飞行的正载荷因子超过正极限载荷因子4.4的话，将可能导致结构化损坏。当飞机在这个区域操作时，将会发生要不得的主结构剩余形变，也会产生高速疲劳损伤。在正常操作中必须避免在超过极限载荷运行。

两个交点在VG图上还有重要的另外两点。第一，是正极限载荷因子和最大正升力线的交点。这点是空气动力学地达到极限载荷因子的最低空速。任何超过此点的空速将会产生能够损坏飞机的足够强的升力；任何低于此点的空速产生的正升力都不足以导致飞机的过载损坏。这个速度的一般术语叫“机动速度”，原因是亚音速空气动力学的考虑能够预知这种条件下的最小可用转弯半径。机动速度是个有用的参考点，因为飞机低于这个速度飞行时不会产生破坏性的正的飞行载荷。在机动速度以下，机动和骤风的任何结合都不会产生机翼过载的破坏。

下一个是负极限载荷因子和最大负升力线的交点。任何大于这点的空速，将会产生足以损坏飞机的负升力；任何低于此点的空速产生的负升力都不足以导致飞机的过载损坏。

极限空速(红线速度)是飞机的设计参考点，这张图的飞机受限于225mph。如果飞机要超过这个极限速度，很多现象会导致结构化损坏和结构化故障。

因此，飞机在飞行时是受限于一套速度和不超过极限速度的载荷因子组合，也不能超过极限载荷因子，也不能超出最大升力性能。飞机必须在这个包络线内运行，这样才能够避免结构化损坏，以确保飞机达到预期的使用期限。飞行员必须把VG图看作是安全运行条件下的空速和载荷因子的允许组合。任何处于结构包络线之外的机动或者骤风将会导致飞机的结构损坏，它将有效的缩短飞机的使用期限。2