典型飛行姿態(tài)和載荷系數(shù)一、載荷系數(shù)（過載系數(shù)）的概念載荷系數(shù)的定義n,從俯沖后拉起飛行姿態(tài)的簡單情況，我們可以給載荷系數(shù)一個(gè)恰當(dāng)?shù)亩x，即：除重力外，作用在飛機(jī)上的某方向上所有外力之合力與當(dāng)時(shí)飛機(jī)重量之比值，叫載荷系數(shù)。由上面定義可以看出，載荷系數(shù)是一個(gè)矢量，用符號n表示.它在機(jī)體坐標(biāo)軸系三個(gè)主軸方向的分量為（見圖2.4）.除重力以外的總外力在y方向上的分量（可近似認(rèn)為就是升力y）與飛機(jī)重量G之比就是y向的載荷系數(shù)nJ，它可能為正，也可能為負(fù)。這取決于該外力的方向'當(dāng)升力y與y坐標(biāo)軸正方向一致時(shí)取正，反之取負(fù)。例如，在平直飛行情況下，飛機(jī)的升力只要求與重力相等，即y：G，此時(shí)n》：y/（；：1。若飛機(jī)作等速平直倒飛，則nJ=—1（因此升力方向與y軸的正方向相反）。但在曲線飛行時(shí)，如俯沖拉起情況下，升力大于飛機(jī)重力的徑向分力Gc。s6，這兩個(gè)力之差使飛機(jī)產(chǎn)生向心加速度，飛行軌跡便向上彎曲。此時(shí),Ny=Y/G=cos0+v*v/9，當(dāng)以大速度小半徑猛烈拉起時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生很大的正”."，路大，表示升力比飛機(jī)重量大得越多，飛機(jī)受力越嚴(yán)重.n,當(dāng)然，在飛機(jī)的x方向上，也會(huì)出現(xiàn)與切線加速度相關(guān)的慣性力當(dāng)然，在飛機(jī)的x方向上，也會(huì)出現(xiàn)與切線加速度相關(guān)的慣性力Nx按照定義，在俯沖、拉起等各種飛行情況下，x方向的載荷系數(shù)應(yīng)為：除去重力外的x方向的所有外力（沿；方向分量）與重力之比，即^2.4過幢系數(shù)在機(jī)體坐標(biāo)系下的分^2.4過幢系數(shù)在機(jī)體坐標(biāo)系下的分Bt(2.9)由圖2.3可得：—喝X=g戲?2）將（2.9）式代入（2.8）式，得fij—由于Ax一般較?。ㄊ剑?.8）對應(yīng)俯沖拉起飛行中又有加力的情況），而飛機(jī)結(jié)構(gòu)在x方向的強(qiáng)度、剛度較好，故除特殊情況（如著陸剎車、前方撞擊等）外,Nx常不予考慮。平直等速飛行時(shí)，T=X,Nx=o。另外,z向的過載一般也較小，因而我們重點(diǎn)討論y向過載.例2.1如圖2.3所示，飛機(jī)俯沖后沿圓弧線拉起。求：（1）當(dāng)已知v=1000km/h，r=1000m,0=45，30,0時(shí)的Ny各為多少？（2）若限制Nmax<8，在同樣的拉起速度下，允許的拉起圓弧半徑r為多大？解U）由式【土彷得：七=*=cns^%=匚口專日+7.M0—Rcnsp—0.707?nT=8.577弓=3gC0s|?=0.nT=3.736H=1,=8.R7=3）由式3.7）得：%=1+~?S—Flywa'于舊rj玲=L123.S4m載荷系數(shù)的物理意義載荷系數(shù)表示了實(shí)際作用于飛機(jī)重心處（坐標(biāo)原點(diǎn)）除重力外的外力與飛機(jī)重力的關(guān)系.是用比值的概念來表示，為一相對值。就y方向而言,Ny表示飛機(jī)升力是重量G（也即是平直飛行時(shí)的升力）的多少倍。另一方面，載荷系數(shù)又表示了飛機(jī)質(zhì)量力與重力的比率。就》方向來說，y向?qū)嶋H的質(zhì)量力（Gcos0+N，）是飛機(jī)重量G（即等速平飛時(shí)的質(zhì)量力）的多少倍這個(gè)倍數(shù)即為n，即GcosZ?二Nu_―=%須注意的是，在動(dòng)平衡體系中，飛機(jī)的總質(zhì)量力與除重力外的外力是大小相等、方向相反的平衡力系。因此，也可用質(zhì)量力來計(jì)算載荷系數(shù)，但如以質(zhì)量力來決定過載的方向，就應(yīng)該是與飛機(jī)坐標(biāo)軸正方向相反的為正，反之為負(fù)。載荷系數(shù)的實(shí)用意義由上述分析可以看出，飛機(jī)的載荷系數(shù)是飛機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)重要的原始參數(shù)之一，它有兩方面的實(shí)際意義。載荷系數(shù)確定了，則飛機(jī)上的載荷大小也就確定了。如果我們知道了飛機(jī)重心處的載荷系數(shù)，那么結(jié)合對應(yīng)載荷系數(shù)的其他飛行參數(shù)(如高度、重量、速度、氣動(dòng)力分布等)就能求得飛機(jī)結(jié)構(gòu)各部分所受的實(shí)際載荷大小，以及它的作用方向，這就便于我們對飛機(jī)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度等指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)校驗(yàn)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要保證飛機(jī)能承受n所確定的載荷。在使用時(shí)，不能超過所規(guī)定的n值，否則飛機(jī)就不安全。載荷系數(shù)還表明飛機(jī)機(jī)動(dòng)性的好壞。因?yàn)檩d荷系數(shù)也是各種飛行姿態(tài)受載情況與平直飛行情況相比較下的相對值，通過載荷系數(shù)可以了解到飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性能，因此，載荷系數(shù)又是飛機(jī)機(jī)動(dòng)性的重要指標(biāo).現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)特別強(qiáng)調(diào)機(jī)動(dòng)性能，要求有較大的飛機(jī)載荷系數(shù)，一般n一約等于8。設(shè)計(jì)時(shí)，如能正確選取載荷系數(shù)的極限值，則既能使飛機(jī)滿足戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求，又能使飛機(jī)滿足結(jié)構(gòu)的重量要求。W上T1?轉(zhuǎn)彎憎況仃心項(xiàng)^悄配螺健博折.載荷系數(shù)可用過載表(圖2.5(a))等儀92測定.在平直飛行時(shí)，無加速度，則載荷系數(shù)?1，此時(shí)，過載表內(nèi)的彈簧與重塊的重力平衡，表的指針靜止地指著“l(fā)”.當(dāng)機(jī)動(dòng)飛行出現(xiàn)加速度。，時(shí)，表內(nèi)彈簧由于重塊本身質(zhì)量力增大而伸長，井帶動(dòng)指針指出nJ的大小.當(dāng)載荷系數(shù)為負(fù)時(shí)，重塊的質(zhì)量力反向，彈簧受壓縮短，帶動(dòng)指針反向轉(zhuǎn)動(dòng)指出負(fù)載荷系數(shù)值。重塊浸于油液中以增加阻尼，減小振動(dòng)，使指針穩(wěn)定。如需測飛機(jī)某處的載荷系數(shù)，就將過載表裝在該處：如要測全機(jī)的載荷系數(shù)，就將表裝在飛機(jī)的重心處，還可用自動(dòng)記錄裝置把整個(gè)飛

行運(yùn)動(dòng)過程的載荷系數(shù)情況記錄下來，繪成曲線，以作為飛機(jī)設(shè)計(jì)、研究、改進(jìn)的依據(jù).二、其他飛行姿態(tài)的載荷系數(shù)計(jì)算進(jìn)入俯沖情況（見圖2.6）飛機(jī)在此情況下：Y=.蛔一受止<S.11）—^=coe^的（2.⑵測得飛機(jī)的Ny=0,視v與「的不同情況，ny可能為正，也可能為負(fù)，還可能為零.例2.2如圖2.6所示，飛機(jī)進(jìn)行俯沖，已知此時(shí)〃1000m，測得飛機(jī)的Ny=0,解聽=海_圭=*4挪凌頃。得n=血28ni/s=299,81皿％重直俯沖情況（圖2.7）飛機(jī)在此情況下但須注意，此時(shí)可能有x方向的載荷系數(shù)T-XNlG御~~G~=G若飛機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)推力為零的狀態(tài)下進(jìn)行垂直俯沖，并略去空氣阻力（x=o），此時(shí)，1=0，即飛機(jī)在垂直向下的x方向上的重力與慣性力大小相等、方向相反，機(jī)內(nèi)務(wù)裝載物均沒有垂直方向（，方向）的力作用于結(jié)構(gòu)上，這意味著自由墜落失重的情況。觀看俯沖演示動(dòng)畫等速水平盤旋情況（見圖2.8）這是飛機(jī)機(jī)動(dòng)性能的主要指標(biāo)之一，此時(shí)

盤旋傾斜角，越大,嶼撻大”當(dāng)大坡度疑旋#=巧"?80’時(shí)5,■4?膈在水平方向上，向心力Yz與離心慣性力Ns平衡，當(dāng)8=75一80時(shí)，Na=3.7?5.7。當(dāng)飛行速度增大時(shí)，如仍須作小半徑盤旋，則需要采用大迎角飛行以產(chǎn)生大的升力，同時(shí)需要增大推力以克服升力增大所引起的阻力增大，還需要大的傾斜角，以產(chǎn)生作此盤旋所需的升力的水平分量（向心力）.很明顯，此時(shí)將產(chǎn)生相當(dāng)大的載荷系數(shù)。圈舄&進(jìn)入俯沖情亂圈舄&進(jìn)入俯沖情亂觀看盤旋演示動(dòng)畫垂直突風(fēng)情況（見圖2.9）△Y=（運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系）因?yàn)樽?i+劇;⑥也拼（運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系〉18)因?yàn)樽?i+劇;⑥也拼（運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系〉18)觀看垂直突風(fēng)演示動(dòng)畫在暴風(fēng)雨中飛行時(shí)，U可達(dá)40m/s，將產(chǎn)生較大的載荷系數(shù).此外，突風(fēng)載荷還會(huì)引起飛機(jī)的動(dòng)態(tài)波動(dòng)，即附加振動(dòng)過載，特別當(dāng)周期性突風(fēng)作用時(shí)，還將引起附加的波動(dòng)載荷疲勞.還應(yīng)注意，突風(fēng)未必都垂直于附加的平飛速度，對于非垂直作用的突風(fēng)，平行于飛行方向的突風(fēng)分量Ux將與速度V0疊加，即式(2.18)中用代換即可。不作特技飛行的運(yùn)輸機(jī)等，機(jī)動(dòng)載荷系數(shù)不大，突風(fēng)載荷系數(shù)一般是其危險(xiǎn)情況。波音一707客機(jī)在氣動(dòng)布局和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取措施，選擇了適當(dāng)?shù)臋C(jī)翼剛度參數(shù)，使其大晨弦比的后掠機(jī)翼具有良好的柔性，從而為機(jī)翼提供了較好的突風(fēng)緩和特性，即K值較小，降低了突風(fēng)引起的動(dòng)載荷應(yīng)力。這樣就使飛機(jī)在同樣的Ny條件下能以較高的速度通過強(qiáng)突風(fēng)區(qū)，或在速度相同的條件下通過突風(fēng)區(qū)而nJ減小，提高飛行安全性和乘客舒適感。三、考慮飛機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的截荷系數(shù)(見圖2.10)1.飛機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的載荷系數(shù)飛機(jī)在空中飛行時(shí)通常既有平移運(yùn)動(dòng)，又有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在直線飛行時(shí)，平尾上只產(chǎn)生平衡載荷，此時(shí)整個(gè)飛機(jī)無旋轉(zhuǎn)，前面討論的就是這種情況，當(dāng)平尾產(chǎn)生使飛機(jī)作機(jī)動(dòng)飛?行的載荷時(shí)，此載荷將產(chǎn)生使飛機(jī)繞重心旋轉(zhuǎn)的力矩，井與旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的慣性力矩相平衡，這個(gè)機(jī)動(dòng)載荷又會(huì)使飛機(jī)產(chǎn)生y向加速度，因此在機(jī)動(dòng)飛行時(shí)，飛機(jī)的y向載荷系數(shù)為嘰驀=曇上號士舍式中孔——機(jī)翼升如%——平尾的平衡載荷＜匕“—■平電的機(jī)動(dòng)載荷，這種載荷系數(shù)在飛機(jī)各處均相同。飛機(jī)繞重心旋轉(zhuǎn)的載荷系數(shù)為?=地=用心■川氏土=—X七L%(Z.20}*GiG(Gigi*式中Niy----任意點(diǎn)i處因飛機(jī)旋轉(zhuǎn)而承受的y向慣性力；Gi,Mi——坐標(biāo)為任意Xi處的重力和質(zhì)量；Xii點(diǎn)距飛機(jī)重心的距離(有正，有負(fù)，以重心為坐標(biāo)原點(diǎn)來計(jì)算)；La平尾機(jī)動(dòng)載荷合力作用點(diǎn)到飛機(jī)重心的距La平尾機(jī)動(dòng)載荷合力作用點(diǎn)到飛機(jī)重心的距離;可以看出，Nyr隨飛機(jī)各處x,的不同而不同，在重心處為零，沿兩端線性變化到最大值，還必須注意，由于力矩有一定的方向，Xi也有正有負(fù)，因而旋轉(zhuǎn)慣性力及其附加的旋轉(zhuǎn)載荷系數(shù)也有正有負(fù)，應(yīng)正確判明。飛機(jī)任何處的總載荷系數(shù)則應(yīng)為(2.21)由于飛機(jī)重心處的旋轉(zhuǎn)載荷系數(shù)為零，故在計(jì)算靠近重心處物體（如機(jī)翼結(jié)構(gòu)及其上的裝載設(shè)備等）的質(zhì)量力時(shí)，可近似不考慮旋轉(zhuǎn)載荷系數(shù)的影響。圖啰曲飛機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的過順情配例2.3飛機(jī)在平衡飛行中作躍升機(jī)動(dòng)。已知X1=4m,X2=-6m,La=5m,Az=3rad/s2,Iz=10000N.m.s2,求Nyr及Ytm.2.裝載或設(shè)備作用在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的質(zhì)量力知道了飛機(jī)在某一飛行狀態(tài)下的載荷系數(shù)，就可以知道詼狀態(tài)下飛機(jī)各裝載固定點(diǎn)承受的裝載物質(zhì)量力（重力和慣性力的合力）。例如，當(dāng)飛機(jī)在俯沖拉起時(shí)，由于裝載物隨飛機(jī)一起作圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)裝載物的質(zhì)量力比裝載物本身的重力大，就像裝載物“變重”了一樣。當(dāng)飛機(jī)沒有繞重心的角加速度時(shí)，裝載物的載荷系數(shù)與飛機(jī)重心處的載荷系數(shù)相同.所以只要將飛機(jī)的載荷系數(shù)乘上某一裝載物的重量，就是該裝載物固定點(diǎn)在這一飛行狀態(tài)下所受的載荷。飛機(jī)的質(zhì)量力當(dāng)然應(yīng)是飛機(jī)各部分質(zhì)量力之和.出現(xiàn)載荷系數(shù)后，總的質(zhì)量力增大為這樣，飛機(jī)里重量為G的裝載或設(shè)備，作用在結(jié)構(gòu)上的質(zhì)量力（圖2.11）則應(yīng)為已=nG,H=W3,…5)若討論y向質(zhì)量力，則應(yīng)為*=用（234〉當(dāng)飛機(jī)有繞重心的角加速度時(shí)，則總載荷系數(shù)應(yīng)考慮旋轉(zhuǎn)載荷系數(shù)。即按式（2.21）求出裝載物所在處的總載荷系數(shù)，將裝載物所在處的總載荷系數(shù)乘以裝載物重量，就是該裝載物固定點(diǎn)在這一飛行狀態(tài)下所受的載荷.還必須注意，對于飛機(jī)上較長的裝載物，如發(fā)動(dòng)機(jī)、油箱、導(dǎo)彈等，則不能筒單地把它當(dāng)作一個(gè)質(zhì)點(diǎn)來考慮，這樣會(huì)帶來較大的誤差。此時(shí)，它繞飛機(jī)重心的質(zhì)量慣性力矩應(yīng)按下式計(jì)算，即上-卒衣+1據(jù)隊(duì)也郎）是某個(gè)長裝載物繞自身重心轉(zhuǎn)動(dòng)的質(zhì)量慣性矩。因此，在它本身的重心處將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)集中的慣性力矩么N，、，在計(jì)算支持結(jié)構(gòu)的內(nèi)力時(shí)應(yīng)當(dāng)計(jì)入，即占耳=虹”a（&，與）

四、著陸時(shí)的載荷系數(shù)（圖2.12）飛機(jī)降落著地時(shí)，由于飛機(jī)的垂直下降速度在較短的時(shí)間內(nèi)降為零，出現(xiàn)了很大的減速度，產(chǎn)生了著陸撞擊，引起了著陸載荷系數(shù)。著陸載荷系數(shù)的定義是起落架的實(shí)際著陸載荷凡與飛機(jī)停放地面時(shí)起落架的停機(jī)載荷Pdg之比，即式中N,.--著陸時(shí)飛機(jī)的》向憤性力，￥；--落陸時(shí)飛機(jī)的升力。戰(zhàn)斗機(jī)的起落架著陸時(shí)量大的載荷系數(shù)Ny可達(dá)3—4,但旅客機(jī)一般不超過2。飛機(jī)在地面運(yùn)動(dòng)情況多種多樣，因而不但有n），也還會(huì)出現(xiàn)”.（如前方撞擊、剎車時(shí)）以及Nc（如側(cè)滑著陸時(shí)）.觀看載荷起飛巡航著陸過程分析演示動(dòng)畫五、飛機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)最大載荷系數(shù)的選取飛機(jī)載荷系數(shù)的大小與飛機(jī)的飛行戰(zhàn)術(shù)、拄術(shù)性能和飛機(jī)結(jié)構(gòu)的受力、設(shè)備的正常工作以及人員的生理機(jī)能等均有很大關(guān)系.最大載荷系數(shù)選得越大.飛機(jī)作機(jī)動(dòng)的能力就越強(qiáng)，可急劇俯沖拉起，急躍升，大坡度盤旋，以實(shí)施突擊或快速有效地二次攻擊。但是載荷系數(shù)太子結(jié)構(gòu)受力大，必然要增加飛機(jī)的結(jié)構(gòu)重量以及設(shè)備重量（如要產(chǎn)生一定數(shù)值的載荷系數(shù)，必須有相當(dāng)大的剩余推力，動(dòng)力裝置因此而增加重量），各種設(shè)備也要在很大的慣性力下工作，對設(shè)備的要求也要提高，這有可能影響飛機(jī)的其他性能：載荷系數(shù)小則機(jī)動(dòng)性差，但結(jié)構(gòu)重量輕，飛機(jī)的其他性能卻有可能提高.因此，在飛機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)必須恰當(dāng)?shù)靥幚磉@些矛盾。一般由設(shè)計(jì)者和訂貸方按用實(shí)際需要選用。確定載荷系數(shù)的另一個(gè)因素是駕駛員生理上的抗負(fù)荷能力。人是有質(zhì)量的，載荷系數(shù)使人的各部分重量好像起了變化，重了、輕了、甚至失重.各內(nèi)臟2e官、血液等會(huì)相對于人體下壓或上涌，形成生理病態(tài)。試驗(yàn)表明，人體承受載荷系數(shù)的大小不僅與時(shí)間長短有關(guān)，而且還與方向有密切的關(guān)系.人忍受正載荷系數(shù)的能力較大，但能承受的負(fù)載荷系數(shù)就小得多（見圖2.13）。在很短時(shí)間內(nèi)，人0S忍受的為了提高機(jī)上人員承受過載的能力，出現(xiàn)了抗過載服與高過載座艙.抗過載服（見圖2.14）的工作原理是這樣的，當(dāng)出現(xiàn)大的載荷系數(shù)時(shí)，由發(fā)動(dòng)機(jī)引來的壓縮氣體通過氣濾和調(diào)壓器進(jìn)入抗過載服，并鼓起氣囊，緊壓駕駛員的腹部和腿部，阻止血液遠(yuǎn)離心臟而向下半身慣性流動(dòng)，以減緩大的正載荷系數(shù)時(shí)生理病態(tài)的發(fā)生。高過載座