,#,單擊此處編輯母版標題樣式,會計學(xué),單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,會計學(xué),1,航空結(jié)構(gòu)技術(shù),2,第二章 飛機的外載荷和設(shè)計情況,2.1,飛機的外載荷和過載,2.2,安全系數(shù)與設(shè)計載荷,2.3,飛機設(shè)計情況,作用在飛機上的外載荷,過載或過載因數(shù),使用載荷,設(shè)計載荷,安全系數(shù),典型飛行情況與機動過載,對稱機動飛行包線與相應(yīng)參數(shù)確定,突風過載飛行包線,彈性變形引起載荷修正,飛機外載荷,飛機飛行情況與過載,設(shè)計載荷與安全系數(shù),第1頁/共34頁,3,第二章的知識重點,2.1,飛機的外載荷和過載,2.2,安全系數(shù)與設(shè)計載荷,2.3,飛機設(shè)計情況,作用在飛機上的外載荷,過載和過載系數(shù),使用載荷,設(shè)計載荷,安全系數(shù),典型飛行情況與機動過載,對稱機動飛行包線與相應(yīng)參數(shù)確定,突風過載飛行包線,彈性變形引起載荷修正,第2頁/共34頁,4,飛機的外載荷,結(jié)構(gòu)設(shè)計載荷還應(yīng)考慮慣性載荷和使用過程中的其它載荷，如增壓艙載荷等。,對于復(fù)合材料還應(yīng)更多的考慮環(huán)境造成的載荷。如溫度和濕度造成的載荷。但通常將其放在材料的安全系數(shù)之中。,第3頁/共34頁,5,外載荷和結(jié)構(gòu)設(shè)計,飛機的外載荷及強度規(guī)范是結(jié)構(gòu)設(shè)計、強度計算的重要依據(jù)。,本章主要介紹如何確定結(jié)構(gòu)設(shè)計所需的外載荷,。,使用過程中，影響飛機結(jié)構(gòu)強度的主要載荷有：,影響飛機結(jié)構(gòu)強度的主要載荷,飛行中的空氣動力,重 力,著陸時的地面沖擊力,這章介紹的內(nèi)容：飛機飛行中的載荷,第4頁/共34頁,6,升力,Y,（,L,）,阻力,X,（,D,）,動力裝置產(chǎn)生的推力,T,（,F,）,起飛著陸時作用在前、主起落架的地面反力,P,n,、,P,m,外界作用在飛機上的外力有：,表 面 力,質(zhì)量力,與飛機的質(zhì)量,m,有關(guān)的力，其中包括飛機總重,G,和慣性力,N,。,第5頁/共34頁,7,空氣動力與慣性載荷,局部結(jié)構(gòu)設(shè)計載荷和慣性載荷,第6頁/共34頁,8,飛機在空中飛行時的受力情況可簡化成圖3-1。,飛機既有平移運動，又有旋轉(zhuǎn)運動，飛機的力和力矩平衡關(guān)系為,F,x,=0,T-X,=,ma,x,=,N,x,F,y,=0,Y,w,-Y,t,=,m,(,g,+a,y,)=G+,N,y,M,z,=0,-,Y,w,C+Y,t,(,d,+,c,)=,I,z,z,式中,I,z,飛機繞,Z,軸的質(zhì)量慣性矩；,z,飛機繞,Z,軸的角加速度；,其它符號見圖3-1所示。,圖3-1,第7頁/共34頁,9,飛機在空中飛行時的受力情況,飛機在有攻角飛行的運動方程為,速度坐標系下的外載荷,為迎角；,為發(fā)動機推力,F,和飛行器軸線夾角；,為航跡角,即飛行器質(zhì)心處的速度矢量與水平面之間的夾角；,a,和,a,n,為飛行器質(zhì)心處切向和法向加速度。,L,為升力，,G,為重力。,m,為飛機質(zhì)量。,第8頁/共34頁,10,次要空氣動力載荷,F18,飛機的尾翼引起的疲勞問題就是由于機翼產(chǎn)生的邊條渦產(chǎn)生 的抖振載荷,第9頁/共34頁,11,氣流抖動載荷,機翼、尾翼也要承受空氣動力抖振，這種抖振將大量的相對低振幅循環(huán)加到機動載荷中，形成載荷的波動和疊加。所以添加抖振載荷到載荷譜中，增加了載荷譜一個數(shù)量級。,動態(tài)模型,峰值水平下的攻角,峰值水平下的速壓,頻率,峰值加速度,彎曲模態(tài),1,32-36,175,-,225,16,1.70g,扭轉(zhuǎn)模態(tài),2,24-28,400,-,500,45,5.00g,Stab1st,彎曲,36-39,225-300,12,1.00g,Stab2nd,彎曲和,t,扭轉(zhuǎn),16-20,350,-,400,38/46,3.50g,第10頁/共34頁,12,2.1,典型飛行情況和機動過載,一、平直飛行情況,飛機作水平直線等速飛行時的外載荷情況為,圖3-2,平直飛行時受載情況,此時,Y,=,G,T,=,X,這種情況不考慮攻角和推力角的外載荷特點是：作用在飛機上的升力等于飛機的重量，即,(,Y,/,G,=1)。,第11頁/共34頁,13,二、俯沖拉起情況,這是一種常用的在垂直平面內(nèi)作曲線機動飛行的情況。,作用在飛機上的外載荷有：,Y,、,T,、,X,、,G,以及質(zhì)量慣性力,N,y,。,設(shè)飛機的速度為,V，,航線的曲率半徑為,r，,則法向（,y,向）加速度為,離心慣性力為,圖3-3 俯沖拉起時的受載情況,第12頁/共34頁,14,飛機的動平衡方程為,由此可見，曲線飛行時，,Y,是,G,的,n,y,倍。,用,n,y,表示,Y,/,G,，,則,該升力與重力之比值稱為過載因數(shù)，簡稱,過載,。,當飛機在弧形航線的最低點，即,=0(,cos,=1),時，其過載達到最大值,圖3-3 俯沖拉起時的受載情況,第13頁/共34頁,15,例題:,如上圖所示,飛機俯沖后沿圓弧線拉起。求:(,1)當已知,v,=1000km/h,r,=,1000m,=45,30,0,時的,n,y,各為多少？(2)若限制,n,ymax,8，,在同樣的拉起速度下，允許的拉起圓弧半徑,r,為多大？,解：,(1)求過載,(2)求,圓弧半徑,r,=45,cos,=0.707,n,y,=8.577,=30,cos,=0.866,n,y,=8.736,=0,cos,=1,n,y,=8.87=,n,ymax,于是,考慮飛機機動性、強度和飛行員的承受能力的算例,第14頁/共34頁,16,三、過載的概念,1.過載的定義,飛機所受除重力之外的外力總和與飛機重力之比 稱為,過載,(所有,表面力的合力,與,飛機重量,G,之比)，用符號,n,表示。它沿飛機主軸的三個分量為,n,x,、,n,y,、,n,z,(,圖3-7)。,除重力之外的總外力的,y,向分量（即升力,Y,）,與飛機重力,G,之比，就是,y,向過載,n,y,，,它可能為正，也可能為負，這取決于該方向的外力情況。,圖3-7 飛機主軸方向過載,x,z,y,n,y,n,z,第15頁/共34頁,17,2.過載的物理意義,過載表示了飛機實際的外力與飛機重力的關(guān)系。它是用倍數(shù)的概念來表示的，是一個相對值,。他,表示飛機的受載大小和機動能力。,一般情況下，,x,和,z,方向的過載均較小，常略去不計，主要考慮,y,方向的過載。,過載又表示飛機實際的質(zhì)量力和的情況。,俯沖拉起機動飛行，,y,向質(zhì)量力(,G,cos,+,N,y,),是,G,的,n,y,倍。,第16頁/共34頁,18,用來計算實際載荷的大小。如果我們知道了飛機的過載，就能很方便地求得飛機實際載荷的大小和方向，這便于設(shè)計飛機的結(jié)構(gòu)，檢驗其強度、剛度。,過載是飛機機動性指標之一，如穩(wěn)定盤旋過載是一機動性指標，因此它是飛機設(shè)計的一個重要參數(shù)。設(shè)計時如能正確選取過載的極限，則既能使飛機滿足機動性要求，又能使飛機滿足結(jié)構(gòu)的重量要求。,過載大小要考慮飛行員的承受能力，大過載會使飛行員出現(xiàn)黑視。,3.過載的實際應(yīng)用,第17頁/共34頁,19,四、進入俯沖情況,飛機在離心力作用下,視,V,與,r,的不同情況，,n,y,可以為正，也可以為負，還可以為零。,五、垂直俯沖情況,圖3-4 進入俯沖情況,飛機在此情況下,Y,=0，,n,y,=0,在,x,方向可能存在過載,n,x,=(,T-X,)/,G,=(,N,x,G,)/,G,第18頁/共34頁,20,六、等速水平盤旋情況,這是飛機機動性能的主要指標之一，此時的受載特點為,盤旋傾斜角,越大，,n,y,越大。當大坡度盤旋,=75,80 時，,n,y,=46。,盤旋時水平方向的過載為,當,=75,80,時，,n,h,=3.75.7。,第19頁/共34頁,21,六、等速水平盤旋情況,第20頁/共34頁,22,七、垂直突風（陣風）情況,垂直突風是各種突風中的最嚴重情況。,當飛機處于直線水平無側(cè)滑飛行時，遭遇到一個確定形狀和強度的孤立垂直陣風,u,，,由于飛行速度,V,0,遠大于陣風速度，可以認為飛機仍以速度,V,0,相對空氣運動，只增加機翼迎角,。升力增量,Y,為,又因,垂直突風情況,第21頁/共34頁,23,飛機平飛時遇突風過載,n,y,為,式中,C,y,升力系數(shù)增量；,迎角增量；,Y,0,飛機原平飛升力；,u,垂直突風速度；,C,y,升力線斜率；,H,飛行高度,H,上的空氣密度；,p,=,G/S,翼載荷；,K,垂直突風衰減系數(shù)。當垂直突風來得愈突然（擾動氣流影響區(qū),L,愈?。?，,V,0,愈大，,K,值就愈接近于 1。,在暴風雨中飛行時，,u,可達40,m/s，,將產(chǎn)生較大的過載。除此之外，周期性突風還將引起振動而產(chǎn)生疲勞，同時產(chǎn)生附加的振動過載。,第22頁/共34頁,24,八、考慮飛機轉(zhuǎn)動時的過載,在距重心,x,i,處,i,點的線加速度為,在,i,點,y,方向總加速度,ai,為,飛機在空中飛行時，通常既有平移運動，又有旋轉(zhuǎn)運動。若飛機在對稱面內(nèi)作曲線運動，平尾上會產(chǎn)生使飛機作機動的載荷,Y,tm,，,使飛機產(chǎn)生繞,z,軸的角速度,z,、,角加速度,。,第23頁/共34頁,25,n,i,隨飛機各處,x,i,的不同而不同，,x,i,有正有負，附加力矩有一定方向性，因而旋轉(zhuǎn)慣性力及其附加的旋轉(zhuǎn)過載也有正有負。,由上式可以方便地計算某一處局部的過載或外載。,如果,i,點處物體的重力為,G,i,，,則質(zhì)量力為,G,i,cos+m,i,a,i,（見圖3-8,b）。,i,點處的過載,n,i,為,第24頁/共34頁,26,2.2,過載的確定,一、過載的測定,過載與飛行狀態(tài)密切相關(guān)，左圖給出了不同飛行軌跡時的過載。,飛機的機動性；敏捷性。,第25頁/共34頁,27,得到過載的方法,計算：根據(jù)各典型機動飛行中有關(guān)公式計算得到,實測：在飛行中測定，從而得到更準確的飛行載荷譜,如果需要測量飛機某處的過載，就將過載表裝載該處；如要測全機的過載，則將過載表裝在飛機重心處。,第26頁/共34頁,28,二、理論過載最大值,n,L,max,過載的定義：所有,表面力的合力,與,飛機重量,G,之比,根據(jù)過載定義有:,式中,H,飛行高度,H,上的空氣密度；,S,機翼面積；,C,y,全機升力系數(shù)；,q,=,H,V,2,/2,動壓（速壓）;,p,=G/S,翼載荷，為飛機總體設(shè)計時確定的飛機主要參數(shù)之一。,Y=nG,從空氣動力學(xué)知升力,Y,為,由上式得,在某一瞬時,G,不變,，,n,max,對應(yīng),Y,max,，,而,Y,max,可能對應(yīng),C,ymax,及,q,max,。,例如飛機以最大動壓,q,max,飛行時，突然改變迎角使升力系數(shù)達到最大值,C,ymax,，,此時,n,max,為,第27頁/共34頁,29,限制飛機最大使用過載值的因素,：,飛機最大過載值影響飛機的飛行戰(zhàn)斗,性能和飛機結(jié)構(gòu)的受力、設(shè)備工作條件、人員承受能力等。,在飛機設(shè)計規(guī)范中，對不同類型的飛機的最大過載值都有明確規(guī)定。過載與結(jié)構(gòu)載荷密切聯(lián)系，可確保,n,y,max,G=Constant,。,過載隨飛行速度增大而急劇增加；,在中高空飛行時，由于空氣密度降低，使飛機的最大升力下降，故隨飛行高度增高而減小。,三、影響最大使用過載的因素,過載,n,y max,隨,Ma,數(shù)變化曲線,第28頁/共34頁,30,人體能夠承受過載的大小是有方向性的：,在胸到背、背到胸的方向，駕駛員忍受的過載最強；,在足至頭的方向，忍受的過載的能力最弱,飛機的負過載最底。（見下圖）,人員的生理是最大過載的主要限制因素之一,人員所能承受的過載值,第29頁/共34頁,31,飛機的過載是最重要的原始參數(shù)之一，是表征飛機機動性的重要參數(shù),。過載的大小應(yīng)根據(jù)飛機的用途確定。,各國規(guī)范都根據(jù)實際情況按飛機分類規(guī)定其過載的大小。,飛機分類,n,y,(俄羅斯),n,y,(,美國),全特技類機動飛機,(殲擊機、強擊機、教練機等),n,ymax,6,n,y,=-38,半特技類部分機動飛機,(戰(zhàn)術(shù)轟炸機、多用途飛機等),4,n,ymax,6,n,y,=-24,非特技類非機動飛機,(運輸機、預(yù)警機等),2.5,n,ymax,4,n,y,=-13,四、最大使用過載的確定,第30頁/共34頁,32,總 結(jié),表面力與質(zhì)量力的概念,飛機平移運動時的平衡方程,過載的概念（包括定義、物理意義、確定和實際應(yīng)