飞机飞行中的主要载荷及过载.ppt

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1、第二部分 飞机飞行载荷与设计规范,包括：第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载 第三章 飞机设计规范简介,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,飞机的外载荷：,飞行、起飞、着陆、地面停机等过程中，作用在飞机上的外力总称。,飞机飞行载荷,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,飞机地面载荷,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,飞机着陆、滑跑、停放时受到的地面反作用力,结构承载能力的主要标志：,结构强度和刚度结构强度：结构抵抗破坏的能力 结构刚度：结构抵抗变形的能力,飞机过载,定义：又称为过载系数/载荷系数，飞机所受除重力以外的外力总和（矢量和）同飞机重力的比值。是矢量，大小表

2、示飞机重量的倍数。物理意义：用倍数的概念来表示飞机实际外力同重力之间的关系，是一个相对值（便于理解飞机受力严重程度）。,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,飞机主轴三分量,x向：nx=X/G，一般不考虑nx z向：nz=Z/G，一般较小y向：飞机升力同重力的比值 ny=Y/G(ny最重要),第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,注意：,过载:对重力视可不见 过载是一矢量（通常说的过载指ny）过载表示倍数 平直匀速飞行：ny=1 过载值可正可负可零，同升力一致。,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,飞机定直平飞受载情况,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,飞

3、机两种平飞状态,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,升力虽然没变，但气动力分布发生变化，机翼表面力改变。,曲线飞行,曲线飞行（机动飞行）：飞机速度的大小和方向改变、航迹为曲线。垂直平面内：a俯冲后拉起：b进入俯冲 c垂直俯冲 水平平面内：水平等速转弯/盘旋,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,俯冲后拉起时受载情况,俯冲拉起:对称面内作曲线机动飞行（纵向飞行）,飞机的升力使飞机保持向心曲线运动。,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,俯冲后拉起,结论：若飞机的速度V，航迹的曲率半径r一定，则=0(最低处)时过载最大；若飞机的姿态、位置一定，则速度V越大，半径r越小，（

4、机动性越好，猛烈拉起），过载越大（飞机受力越严重）。,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,例1飞机由垂直俯冲状态退出，沿半径为r的圆弧进入水平飞行。若开始退出俯冲的高度为H1=2000m，开始转入水平飞行的高度为H2=1000m，此时飞行速度V=720km/h，求：（1）飞机在2点转入水平飞行时的过载系数ny；（2）如果最大允许过载系数nymax=8，保持r不变，则Vmax为多少？保持V不变，则rmin为多少？,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,例1飞机由垂直俯冲状态退出，沿半径为r的圆弧进入水平飞行。若开始退出俯冲的高度为H1=2000m，开始转入水平飞行的高度为H2=

5、1000m，此时飞行速度V=720km/h，求：（1）飞机在2点转入水平飞行时的过载系数ny；（2）如果最大允许过载系数nymax=8，保持r不变，则Vmax为多少？保持V不变，则rmin为多少？,解：(1),(2),第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,例2 如图所示，飞机俯冲后拉起。求：（1）当V=1000km/h，r=1000m，=45、30、0时的过载ny各为多少？（2）如果最大允许过载系数nymax=8，在同样的拉起速度下，允许的拉起圆弧半径r为多大？,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,例2 如图所示，飞机俯冲后拉起。求：（1）当V=1000km/h，r=1000

6、m，=45、30、0时的过载ny各为多少？（2）如果最大允许过载系数nymax=8，在同样的拉起速度下，允许的拉起圆弧半径r为多大？,解：（1）,（2）,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,进入俯冲,（可能为负，升力不总是正的）,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,例3 如图所示，飞机进行俯冲，已知此时=45，r=1000m，测得飞机的ny=0，求此时飞机的飞行速度。,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,例3 如图所示，飞机进行俯冲，已知此时=45，r=1000m，测得飞机的ny=0，求此时飞机的飞行速度。,解：,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,垂直

7、俯冲,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,等速水平盘旋,坡度：（倾斜角）,运输机：2540度战斗机：80度,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,坡度受到多种因素限制（不能任意加大坡度）：,机动性-由（3）得，大则大V小r；结构强度-由（4）得，大则ny大；发动机功率-由（1）得大则Y大，升力公式得大，由图得Cx大，阻力公式得X大，故需P大；迎角-由（1）得大则Y大，升力公式得大，易失速。,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,突风载荷,突风：方向、大小变化的不稳定气流突风载荷：因突风引起的、飞机受到的附加气动力（飞机可能迅速改变高度）水平突风/航向突风：（逆风或顺风

8、），只改变相对速度的大小 垂直突风：（向上或向下）改变相对速度的大小、方向，导致迎角变化 侧向突风：使飞机侧滑，主要作用在垂尾上产生附加气动力。,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,垂直向上突风情况,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,垂直突风,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,垂直突风,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,垂直突风引起升力和过载变化,结论：升力：过载：突风向上，升力和过载变大；突风向下，升力和过载变小。,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,垂直突风衰减系数K,过载（升力）一样时，K越小，飞行速度V0可以更大，可快速通过强突风

9、区；飞行速度V0一样时，K越小，过载ny可更小，可提高乘客舒适感和飞行安全性。,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,突风过载影响因素,原因：飞行中遇到垂直突风时，飞机过载会迅速改变 大型运输机的使用过载、设计过载主要根据突风过载确定突风过载公式：（1）升力公式：（2）减小突风过载有效方法：减小飞行速度V,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,飞机部件相对飞机重心的转动,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,运动分析:平移+旋转,考虑情况：飞机俯仰运动、部件A、飞机转动角加速度为抬头方向,飞机部件附加过载分布,n部件=b./g影响因素：距离b：成正比(线性分布)角加速度

10、:成正比,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,考虑飞机转动时的过载情况,部件过载：n部件=n n部件,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,物理意义：,部件质量力：反映了部件同飞机结构之间的作用力部件过载：反映了部件和接头的受载情况，受力的严重程度。,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,着陆载荷及过载,减速度:从着陆前到完全着陆瞬间,飞机y向速度从-Vy减至零 Ny 着陆载荷:着陆时的载荷(地面给予的外载荷)着陆过载:着陆载荷与重量之比,战斗机:ny=3-4客机:ny2,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,过载的实用意义,表明机动性好坏 垂直平面内 水平平

11、面内表明经受强突风的能力 表明结构的承载能力,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,影响选择最大过载系数的因素:,机动性 结构承载能力人的生理机能其他因素：如发动机的推力根据具体要求综合考虑确定（并非越大越好）,飞行员承受过载的能力,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,抗过载服系统,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,高过载座舱内的座椅,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,过载表,原理：弹簧的拉、压力（相当于过载力）,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,1弹簧；2重块；3指针；4阻尼器,疲劳载荷：飞机长期使用-所受载荷多次重复-形成疲劳载荷 这种

12、作用会导致结构的疲劳破坏,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,疲劳载荷类型,1.突风载荷：大气紊流的作用，是民机、运输机的重要疲劳载荷，大气紊流的强度以及作用的次数统计；2.机动载荷：飞机机动（变速）飞行中升力变化载荷，是军机的主要疲劳载荷，机动飞行的种类,飞行次数等；3.增压载荷：气密压舱一个飞行起落中，压力的变化，增压载荷的变化规律，作用次数等统计；4.着陆撞击载荷：一个起落一次撞击，撞击载荷的强度；,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,疲劳载荷类型,5.地面滑行载荷：指地面滑行飞机颠簸所受到的载荷，与飞机跑道的质量、飞机的重量等有关；6.发动机动力装置的热反复载荷；7

13、.地-空-地循环载荷：飞行地面滑行时的载荷变化到空中飞行的载荷；8.其他：机翼尾流对尾翼的周期性作用,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,疲劳载荷的危害,影响设备工作；对人员造成不适；结构疲劳导致缺陷生长成裂纹并不断发展，最终导致断裂；疲劳载荷是飞机设计中很重要的考虑因素，是定寿的主要依据。尤其远程运输机尤其客机（座舱疲劳载荷、舒适性要求防振隔振等),第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,环境谱的编制步骤：,确定飞机使用环境种类（根据飞机的特定用途和使用方法）根据战、技要求或使用要求，确定飞机在不同地域服役时间根据使用任务剖面（规定了任务类型、有效负载、飞行时间和该任务的使用

14、百分比），确定各任务段的时间比例及地面停放时间比例；获取环境数据；编制各类环境谱。,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,热载荷,加热源:气动热、动力装置、太阳辐射飞机表面温度同飞行速度密切相关造成影响：a 材料强度、刚度降低b 附加的热变形和热应力,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,飞机表面驻点温度TMa曲线,T=TH(1+0.18M2),第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,材料特性受温度影响情况,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,材料强度、刚度降低,不同材料的飞行极限速度,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,噪音（声振）载荷,1 动力装置

15、噪声（螺旋桨、转子、涡轮风扇、压气机、喷气等）2 空气动力噪声（附面层压力波动、尾流噪音、激波振荡噪音等）3 武器发射时的噪声（机炮、导弹、火箭发射）,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,非正常载荷情况,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,鸟撞载荷,易被撞的飞机部位:飞机结构（尤其是风挡玻璃）、发动机的进气道措施:设计规范规定设计要求 研究鸟的活动规律 进气道安装铁丝网 采用抗撞材料,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,鸟撞试验,1 鸟炮 2 试验机,2km以下最大飞行速度飞行时风档承受1.8kg鸟撞,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,冰雹载荷,易结冰

16、部位防冰、破冰措施考虑承受冰雹撞击的能力（不能严重损伤飞机、发动机不能出现危险、冰雹密度、撞击速度、一块冰雹多次撞击等）,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,本章小结,1、飞机过载 概念、实用意义、最大过载值的选取（因素、范围）2、飞机定直平飞 过载、定高度两种平飞状态3、垂直平面内机动飞行的过载 俯冲后拉起、进入俯冲 4、水平平面内机动飞行 过载、坡度的概念、限制因素,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,本章小结,5、突风过载 水平突风 垂直突风（运输机）、垂直突风过载（突风上、下）减小突风过载方法：减小飞行速度6、部件过载 大小、物理意义（部件质量力、部件过载）7、着陆过载 概念（同空中飞行对比：定义、承载方式）,第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载,