飛機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)(第二章飛機(jī)外載荷)

1、南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院 本章內(nèi)容本章內(nèi)容 飛機(jī)結(jié)構(gòu)的主要載荷 典型飛行姿態(tài)和載荷系數(shù) 復(fù)雜載荷情況南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院飛機(jī)的外載荷飛機(jī)的外載荷 飛行、起飛、著陸、地面停機(jī)等過(guò)程中，作用在飛機(jī)上的氣動(dòng)力、重力和地面反力等外力的總稱。外載荷的大小取決于飛機(jī)的重量、飛行性能、外形的氣動(dòng)力特性、起落架的減震特性以及使用情況等許多因素。分為兩類： 1） 飛行時(shí)的外載荷飛行時(shí)的外載荷 2） 起飛、著陸時(shí)的外載荷起飛、著陸時(shí)的外載荷南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京

2、航空航天大學(xué)民航學(xué)院xTXMaxTXMa()twzzYcdYcI wtyYYGMa南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院1YG南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院載荷系數(shù)的定義：載荷系數(shù)的定義： 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。也稱過(guò)載系數(shù)（過(guò)載）矢量，符號(hào)n。x向：nx=(T-X)/G，小于T/G (現(xiàn)代飛機(jī)T/G最大值1.2-1.4)z向：nz=Z/G，一般較小y向：飛機(jī)升力同重力的比值 ny=Y/G 南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院載荷系數(shù)的物理意義：載荷系數(shù)的物理意

3、義： 用倍數(shù)的概念來(lái)表示飛機(jī)實(shí)際外力同重力之間的關(guān)系，是一個(gè)相對(duì)值。 表示飛機(jī)質(zhì)量力與重力的比率。南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院載荷系數(shù)的實(shí)用意義：載荷系數(shù)的實(shí)用意義：1） 載荷系數(shù)確定，結(jié)合有關(guān)飛行參數(shù)，可以確定飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的各部分實(shí)際載荷的大小及方向，便于我們對(duì)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)；2）飛機(jī)機(jī)動(dòng)性的重要指標(biāo)，通過(guò)載荷系數(shù)可以了解飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性能。1-彈簧；彈簧；2-重塊；重塊；3-指針；指針；4-阻尼器阻尼器南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院1.等速直線平飛等速直線平飛221 (1)21 (2)2yxYGCVSTXCVS南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院

4、南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院飛機(jī)速度的大小和方向改變，航跡為曲線。飛機(jī)速度的大小和方向改變，航跡為曲線。 垂直平面內(nèi)：垂直平面內(nèi)： a進(jìn)入俯沖 b垂直俯沖 c俯沖后拉起水平平面內(nèi)：水平平面內(nèi)： 水平等速轉(zhuǎn)彎/盤(pán)旋 南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院2cosyYVnGgr2.進(jìn)入俯沖進(jìn)入俯沖（視（視V和和r的不同情況，的不同情況，ny可能可能為負(fù)，為正，或零）為負(fù)，為正，或零）2cosG VYGg r南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院0100081. 945coscos22VgrVnyhkmsmV/81.299/28.83解

5、：解： 南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院xxNGTXnGG3.垂直俯沖垂直俯沖0,0yYYnG南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院4.俯沖后拉起俯沖后拉起2cosyYVnGgr結(jié)論：結(jié)論： 若飛機(jī)的速度V，航跡的曲率半徑r一定，則=0(最低處)時(shí)過(guò)載最大； 若飛機(jī)的姿態(tài)、位置一定，則速度V越大，半徑r越小，機(jī)動(dòng)性越好，猛烈拉起），過(guò)載越大（飛機(jī)受力越嚴(yán)重）。南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院例例2 2： 如圖所示，飛機(jī)俯沖后拉起。求：如圖所示，飛機(jī)俯沖后拉起。求： （1 1）當(dāng)）當(dāng)V V=1000km/h=1000km/h， r r=1000m=100

6、0m， =45=45、3030、00時(shí)的過(guò)時(shí)的過(guò)載載n ny y各為多少？各為多少？ （2 2）如果最大允許過(guò)載系數(shù)）如果最大允許過(guò)載系數(shù)n ny ymaxmax=8=8，在同樣的拉起速度，在同樣的拉起速度下，允許的拉起圓弧半徑下，允許的拉起圓弧半徑r r 為多大為多大南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院例例2 2： 如圖所示，飛機(jī)俯沖后拉起。求：如圖所示，飛機(jī)俯沖后拉起。求： （1 1）當(dāng)）當(dāng)V V=1000km/h=1000km/h， r r=1000m=1000m， =45=45、3030、00時(shí)的過(guò)時(shí)的過(guò)載載n ny y各為多少？各為多少？ （2 2）如果最大允許過(guò)載系數(shù)）

7、如果最大允許過(guò)載系數(shù)n ny ymaxmax=8=8，在同樣的拉起速度，在同樣的拉起速度下，允許的拉起圓弧半徑下，允許的拉起圓弧半徑r r 為多大為多大221000 1000/3600coscos9.8 1000cos7.87yvngr87. 8 ,0736. 8 ,30577. 8 ,45yyynnn解：（解：（1 1）南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院例例2 2： 如圖所示，飛機(jī)俯沖后拉起。求：如圖所示，飛機(jī)俯沖后拉起。求： （1 1）當(dāng)）當(dāng)V V=1000km/h=1000km/h， r r=1000m=1000m， =45=45、3030、00時(shí)的過(guò)時(shí)的過(guò)載載n ny y

8、各為多少？各為多少？ （2 2）如果最大允許過(guò)載系數(shù)）如果最大允許過(guò)載系數(shù)n ny ymaxmax=8=8，在同樣的拉起速度，在同樣的拉起速度下，允許的拉起圓弧半徑下，允許的拉起圓弧半徑r r 為多大為多大解：（解：（2 2）2cos8yvngr22(8cos )(8 1)1123.64vvrggm南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院5.等速水平盤(pán)旋等速水平盤(pán)旋( (重要機(jī)動(dòng)性能指標(biāo)重要機(jī)動(dòng)性能指標(biāo)) )cos1GYny坡度：坡度： （盤(pán)旋傾斜角）（盤(pán)旋傾斜角） 南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院6.突風(fēng)載荷突風(fēng)載荷突風(fēng)：突風(fēng)：方向、大小變化的不穩(wěn)定氣流突風(fēng)載荷：突風(fēng)

9、載荷：因突風(fēng)引起的、飛機(jī)受到的附加氣動(dòng)力 （飛機(jī)可能迅速改變高度） 水平突風(fēng)水平突風(fēng)/航向突風(fēng)：航向突風(fēng)：（逆風(fēng)或順風(fēng)） 只改變相對(duì)速度的大小 垂直突風(fēng)：垂直突風(fēng)：（向上或向下）改變相對(duì)速度的大小、方向， 導(dǎo)致迎角變化 側(cè)向突風(fēng)：側(cè)向突風(fēng)：使飛機(jī)側(cè)滑，主要作用在垂尾上產(chǎn)生附加氣動(dòng)力。垂直突風(fēng)是各向突風(fēng)中最嚴(yán)重的情況垂直突風(fēng)是各向突風(fēng)中最嚴(yán)重的情況南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院SVuCKYy021GSVuCKnyy/210過(guò)載（升力）一樣時(shí)，K越小，飛行速度V0可以更大，可快速通過(guò)強(qiáng)突風(fēng)區(qū)；飛行速度V0一樣時(shí)， K越小，過(guò)載ny可

10、更小，可提高乘客舒適感和飛行安全性。 垂直突風(fēng)衰減系數(shù)垂直突風(fēng)衰減系數(shù)K南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院yytyrnnn1izitmayriizma xY LnxGgI 1.飛機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的載荷系數(shù)飛機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的載荷系數(shù)wtetmytYYYYnGGGG式中：Yw 機(jī)翼升力 Yte平尾平衡載荷 Ytm平尾機(jī)動(dòng)載荷1) y向載荷nyt2) 繞重心旋轉(zhuǎn)載荷nyr南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院10.306iziyrziiima xna xxGg10.306 4 1.224yrn 20.306 ( 6)1.836yrn 1000

11、0 360005tmazzzztmaY LaII aYNL 解：解：南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院iiPnG2.裝載或設(shè)備作用在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的質(zhì)量力裝載或設(shè)備作用在飛機(jī)結(jié)構(gòu)上的質(zhì)量力南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院著陸撞擊著陸撞擊: : 減速度著陸時(shí),飛機(jī)y向速度在較短時(shí)間內(nèi)降為零著陸過(guò)載著陸過(guò)載: :起落架的實(shí)際著陸載荷與停機(jī)載荷之比戰(zhàn)斗機(jī):ny=3-4客機(jī): ny2lglgylyoPGNYnPG南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院注意：這里的過(guò)載定義與空中飛行情況不同。 1.當(dāng)空中勻速直線飛行時(shí)，ny1表示Y/G=1,地面滑行或停止?fàn)顟B(tài)下，以升力

12、來(lái)定義已無(wú)意義。 2.這兩種情況下ny1，但飛機(jī)結(jié)構(gòu)的承載方式卻完全不同，勻速平飛是一種分布載荷作用，而著陸主要是以集中力形式作用與于起落架上，通過(guò)起落架傳到機(jī)身。南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院1. 1.影響最大載荷系數(shù)選取的因素影響最大載荷系數(shù)選取的因素: : 載荷系數(shù)實(shí)際反映了飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性能，從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)越大越好，但對(duì)客機(jī)或運(yùn)輸機(jī)來(lái)說(shuō)沒(méi)有多大必要；載荷系數(shù)又反映了對(duì)結(jié)構(gòu)的載荷作用，載荷系數(shù)越大，表明飛機(jī)結(jié)構(gòu)的承載越大，要有足夠的剛、強(qiáng)度，則結(jié)構(gòu)重量越大； 載荷系數(shù)的載荷作用，不僅對(duì)結(jié)構(gòu)有作用，而且對(duì)機(jī)載設(shè)備和乘員有載荷作用，載荷系數(shù)越大，對(duì)其影響越大，要視其承受能力而

13、定。南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院1. 1.影響最大載荷系數(shù)選取的因素影響最大載荷系數(shù)選取的因素: : 飛行時(shí)的載荷系數(shù)（除突風(fēng)干擾外），一般來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的推力，載荷系數(shù)大，剩余推力要大，動(dòng)力裝置要增重。載荷系數(shù)的大小應(yīng)根據(jù)飛機(jī)的類型、用途來(lái)適當(dāng)確定，不是越大越好。南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院2 2 人對(duì)過(guò)載的反應(yīng)人對(duì)過(guò)載的反應(yīng): : 南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院 氣動(dòng)載荷 起飛、滑行載荷 著陸載荷 機(jī)動(dòng) 彈射 著陸撞擊 突風(fēng) 中斷起飛 回彈 操縱面偏轉(zhuǎn) 顛簸 側(cè)偏運(yùn)動(dòng) 部件干擾 轉(zhuǎn)彎 單輪著地 動(dòng)力裝置載荷 慣性載荷 其他載荷 推力 加

14、速 牽引 扭矩 滾轉(zhuǎn) 頂起 陀螺力矩 振動(dòng) 增壓 振動(dòng) 顫振 鳥(niǎo)撞 進(jìn)氣道壓力 墜撞飛機(jī)的載荷飛機(jī)的載荷南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院 飛機(jī)長(zhǎng)期使用飛機(jī)長(zhǎng)期使用-所受載荷所受載荷多次重復(fù)多次重復(fù)-形成疲勞載荷形成疲勞載荷 這種作用會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的這種作用會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的疲勞破壞疲勞破壞1. 1. 類型：類型： 1）大氣紊流的作用，是民機(jī)、運(yùn)輸機(jī)的重要疲勞載荷。危害性取決于大氣紊流的強(qiáng)度以及作用的次數(shù)統(tǒng)計(jì)； 2）飛機(jī)機(jī)動(dòng)（變速）飛行中升力變化載荷，是軍機(jī)的主要疲勞載荷，取決于機(jī)動(dòng)飛行的種類,飛行次數(shù)等； （一）疲勞載荷（一）疲勞載荷南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院（一）

15、疲勞載荷（一）疲勞載荷類型：類型： 3）氣密壓艙一個(gè)飛行起落中，壓力的變化，增壓載荷的變化規(guī)律，作用次數(shù)等統(tǒng)計(jì)； 4）一個(gè)起落一次撞擊，撞擊載荷的強(qiáng)度； 5）指地面滑行飛機(jī)顛簸所受到的載荷，與飛機(jī)跑道的質(zhì)量、飛機(jī)的重量等有關(guān)； 6）； 7）飛行地面滑行時(shí)的載荷變化到空中飛行的載荷； 8）：機(jī)翼尾流對(duì)尾翼的周期性作用。南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院（一）疲勞載荷（一）疲勞載荷2. 2. 載荷譜：載荷譜： 飛機(jī)在使用過(guò)程中結(jié)構(gòu)承受載荷隨時(shí)間的變化歷程。3. 3. 危害：危害： 影響設(shè)備工作； 對(duì)人員造成不適； 結(jié)構(gòu)疲勞導(dǎo)致缺陷生長(zhǎng)成裂紋并不斷發(fā)展，最終導(dǎo)致斷裂疲勞載荷是飛機(jī)設(shè)計(jì)中

16、最重要的考慮因素，是定壽的基本依據(jù)。 尤其遠(yuǎn)程運(yùn)輸機(jī)尤其客機(jī)（座艙疲勞載荷、舒適性要求防振隔振等)南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院（二）熱載荷（二）熱載荷外熱源外熱源：太陽(yáng)輻照、：太陽(yáng)輻照、氣動(dòng)加熱氣動(dòng)加熱內(nèi)熱源內(nèi)熱源： 設(shè)備發(fā)熱設(shè)備發(fā)熱危害危害： 材料強(qiáng)度、剛度降低； 附加的熱變形和熱應(yīng)力； 頻繁出現(xiàn)時(shí)還會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞。南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院（二）熱載荷（二）熱載荷材料強(qiáng)度、剛度降低材料強(qiáng)度、剛度降低南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院（二）熱載荷（二）熱載荷2(10.2)HaTTM南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院（二）熱

17、載荷（二）熱載荷南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院（二）熱載荷（二）熱載荷應(yīng)對(duì)措施：應(yīng)對(duì)措施： 選用熱強(qiáng)度高、線膨脹系數(shù)低的材料； 在蒙皮上采用具有隔熱性能的涂層和熱包敷層（氧化鋁、氧化鋯、在加熱時(shí)會(huì)揮發(fā)的燒蝕材料、石英纖維板、合成織物等），熱強(qiáng)金屬面板，帶桿的夾層蒙皮等其他隔熱芯層； 利用流體強(qiáng)制冷卻。南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院（二）熱載荷（二）熱載荷應(yīng)對(duì)措施：應(yīng)對(duì)措施： 南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院（三）其他特殊情況載荷（三）其他特殊情況載荷 非正常狀態(tài)的載荷：非正常狀態(tài)的載荷： 空中：維持飛行 地面：減少人員傷害南京航空航天大學(xué)民航

18、學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院（三）其他特殊情況載荷（三）其他特殊情況載荷2. 2. 鳥(niǎo)撞載荷：鳥(niǎo)撞載荷： 飛機(jī)結(jié)構(gòu)、發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院（三）其他特殊情況載荷（三）其他特殊情況載荷2. 2. 鳥(niǎo)撞載荷：鳥(niǎo)撞載荷：設(shè)計(jì)規(guī)范、規(guī)定 研究鳥(niǎo)的活動(dòng)規(guī)律 進(jìn)氣道安裝鐵絲網(wǎng) 采用抗撞材料 1 鳥(niǎo)炮 2 試驗(yàn)機(jī)2km2km以下最大飛行速度飛行時(shí)風(fēng)檔承受以下最大飛行速度飛行時(shí)風(fēng)檔承受1.8kg1.8kg鳥(niǎo)撞鳥(niǎo)撞南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院（三）其他特殊情況載荷（三）其他特殊情況載荷2. 2. 鳥(niǎo)撞載荷：鳥(niǎo)撞載荷：南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院（三）其他特殊情況載荷（三）其他特殊情況載荷3. 3. 冰雹載荷：冰雹載荷： 結(jié)冰：結(jié)冰：結(jié)冰部位防冰除冰 下冰雹：下冰雹：考慮承受冰雹撞擊的能力（不能?chē)?yán)重?fù)p傷飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)不能出現(xiàn)危險(xiǎn)、考慮冰雹密度、撞擊速度、一塊冰雹多次撞擊等 ）南京航