[科普中国]-极限载荷系数

飞机载荷

飞行中，作用于飞机上的载荷主要有飞机重力、升力、阻力和发动机推力(或拉力)。飞行状态改变或受到不稳定气流的影响时，飞机的升力会发生很大变化。飞机着陆接地时，飞机除了承受上述载荷外，还要承受地面撞击力，其中以地面撞击力最大。飞机承受的各种载荷中，以升力和地面撞击力对飞机结构的影响最大。1

平飞中的受裁情况飞机在等速直线平飞时，它所受的力有:飞机重力G、升力Y,阻力X和发动机推力P。为了简便起见，假定这四个力都通过飞机的重心，而且推力与阻力的方向相反，则作用在飞机上的力的平衡条件为:升力等于飞机的重力，推力等于飞机的阻力。即Y=G,P=X。

飞机作不稳定的平飞时，推力与阻力是不相等的。推力大于阻力，飞机就要加速;反之，则减速。由子在飞机加速或减速的同时，驾驶员减小或增大了飞机的迎角，使升力系数减小或增大，因而升力仍然与飞机重力相等。平飞中，飞机的升力虽然总是与飞机的重力相等，但是，飞行速度不同时，飞机上的局部气动载荷(局部空气动力)是不相同的。飞机以小速度平飞时，迎角较大，机翼上表面受到吸力，下表面受到压力，这时的局部气动载荷并不很大;而当飞机以大速度平飞时，迎角较小，对双凸型翼型机其来说，除了前缘要受到很大压力外，上下表面都要受到很大的吸力。翼型越接近对称形，机翼上下表面的局部气动载荷就越大。所以，如果机翼蒙皮刚度不足，在高速飞行时，就会被显著地吸起或压下，产生明显的鼓胀或下陷现象，影响飞机的空气动力性能。

作曲线飞行时的受载情况飞机在垂直平面内作曲线飞行的受载情况如图所示。这时，作用于飞机的外力仍是飞机的重力、升力、阻力和发动机的推力。但是，这些外力是不平衡的。

曲线飞行虽是一种受力不平衡的运动状态，但研究飞机在曲线飞行中的受载情况时，为了方便起见，可以假设飞机上还作用着与向心力大小相等、方向相反的惯性离心力。这样，就可以把受力不平衡的曲线飞行作为受力平衡的运动状态来研究。

飞机在垂直平面内作曲线飞行时，升力可能大大超过飞机重量。飞机在曲线飞行中所受的载荷可能比平飞时大得多。

飞机过裁在曲线飞行中，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(或称载荷系数)这一概念。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，称为该方向的飞机重心过载，用n表示。飞机在y轴方向的载荷系数，等于飞机升力Y与飞机重童的比值，即 。

飞机在x轴方向的载荷系数等于发动机推力P与飞机阻力x之差与飞机重量的比值，即 。

飞机在z轴方向的载荷系数等于飞机侧向力(Z)与飞机重量的比值，即 。

飞机在飞行中，y轴方向的载荷系数往往较大，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方向的载荷系数。而其他两个方向的载荷系数较小，它们对飞机结构强度的影响也较小。

在不同的飞行状态下，长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，n等于1;曲线飞行时，升力经常不等于1。驶员柔和推杆使飞机由平飞进如下滑的过程中，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作机动飞行时，驾驶员推杆过猛，升力就会变成负值，n也就变为负值；当飞机以无升力迎角垂直俯冲时，载荷系数就等于零。2

极限载荷系数就是指在飞机最大载荷能力下的载荷系数的值。

飞机部件的过载在研究飞机各部件的载荷时，只知道飞机的极限载荷系数是不够的，还必须知道部件的极限载荷系数。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。3