飞机飞行中的主要载荷及过载.pptx

第二部分第二部分飞机飞行载荷与设计规范飞机飞行载荷与设计规范包括：包括：第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及飞机飞行中的主要载荷及过载过载 第三章第三章飞机设计规范简介飞机设计规范简介第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载飞机的外载荷飞机的外载荷：飞行、起飞、着陆、地面停机等过程中，飞行、起飞、着陆、地面停机等过程中，作用在飞机上的作用在飞机上的外力外力总称。总称。飞机飞行载荷飞机飞行载荷第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载飞机地面载荷飞机地面载荷 第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载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：结构承载能力的主要标志：结构结构强度强度和和刚度刚度结构强度：结构强度：结构抵抗结构抵抗破坏破坏的能力的能力 结构刚度：结构刚度：结构抵抗结构抵抗变形变形的能力的能力 飞机过载飞机过载定义：定义：又又称称为为过过载载系系数数/载载荷荷系系数数，飞飞机机所所受受除除重重力力以以外外的的外外力力总和（矢量和）同飞机重力的总和（矢量和）同飞机重力的比值比值。是矢量，大小表示飞机重量的倍数。是矢量，大小表示飞机重量的倍数。物理意义：物理意义：用倍数的概念来表示飞机实际外力同重力之用倍数的概念来表示飞机实际外力同重力之间的关系，是一个间的关系，是一个相对值相对值（便于理解飞机受力严重程度）。（便于理解飞机受力严重程度）。第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载飞机主轴三分量飞机主轴三分量x向：向：nx=X/G，一般不考虑，一般不考虑nxz向：向：nz=Z/G，一般较小，一般较小y向：飞机升力同重力的比值向：飞机升力同重力的比值 ny=Y/G(ny最重要最重要)第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载注意注意：过载过载:对重力视可不见对重力视可不见 过载过载是一矢量（通常说的过载指是一矢量（通常说的过载指ny ）过载过载表示倍数表示倍数 平直匀速飞行：平直匀速飞行：ny=1 过载值可正可负可零，同升力一致。过载值可正可负可零，同升力一致。第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载飞机定直平飞受载情况飞机定直平飞受载情况第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载飞机两种平飞状态飞机两种平飞状态第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载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。升力虽然没变，但气动力分布发生变化，机翼表面力改变。曲线飞行曲线飞行曲线飞行（机动飞行）：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。飞机速度的大小和方向改变、航迹为曲线。垂直平面内：垂直平面内：a a俯冲后拉起：俯冲后拉起：b b进入俯冲进入俯冲 c c垂直俯冲垂直俯冲水平平面内：水平平面内：水平等速转弯水平等速转弯/盘旋盘旋 第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载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后拉起时受载情况俯冲拉起俯冲拉起:对称面内对称面内作曲线机动飞行（纵向飞行）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。飞机的升力使飞机保持向心曲线运动。第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载俯冲后拉起俯冲后拉起结论：结论：若飞机的速度若飞机的速度V，航迹的曲率半径，航迹的曲率半径r一定，一定，则则=0(=0(最低处最低处)时过载最大；时过载最大；若飞机的姿态、位置若飞机的姿态、位置一定，一定，则速度则速度V越大，半径越大，半径r越小，（机动性越好，猛烈拉起），越小，（机动性越好，猛烈拉起），过载越大（飞机受力越严重）。过载越大（飞机受力越严重）。第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载例例1飞机由垂直俯冲状态退出，沿半径为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。若开始的圆弧进入水平飞行。若开始退出俯冲的高度为退出俯冲的高度为H1=2000m，开始转入水平飞行的高度为，开始转入水平飞行的高度为H2=1000m，此时飞行速度，此时飞行速度V=720km/h，求：，求：（1）飞机在）飞机在2点转入水平飞行时的过载系数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）如果最大允许过载系数nymax=8，保持，保持r不变，则不变，则Vmax为多少？为多少？保持保持V不变，则不变，则rmin为多少？为多少？第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载例例1飞机由垂直俯冲状态退出，沿半径为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。若开始的圆弧进入水平飞行。若开始退出俯冲的高度为退出俯冲的高度为H1=2000m，开始转入水平飞行的高度为，开始转入水平飞行的高度为H2=1000m，此时飞行速度，此时飞行速度V=720km/h，求：，求：（1）飞机在）飞机在2点转入水平飞行时的过载系数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）如果最大允许过载系数nymax=8，保持，保持r不变，则不变，则Vmax为多少？为多少？保持保持V不变，则不变，则rmin为多少？为多少？解：解：(1)(2)第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载例例2如图所示，飞机俯冲后拉起。求：如图所示，飞机俯冲后拉起。求：（1）当）当V=1000km/h，r=1000m，=45、30、0时的过载时的过载ny各各为多少？为多少？（2）如果最大允许过载系数）如果最大允许过载系数nymax=8，在同样的拉起速度下，允，在同样的拉起速度下，允许的拉起圆弧半径许的拉起圆弧半径r为多大？为多大？第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载例例2如图所示，飞机俯冲后拉起。求：如图所示，飞机俯冲后拉起。求：（1）当）当V=1000km/h，r=1000m，=45、30、0时的过载时的过载ny各各为多少？为多少？（2）如果最大允许过载系数）如果最大允许过载系数nymax=8，在同样的拉起速度下，在同样的拉起速度下，允许的拉起圆弧半径允许的拉起圆弧半径r为多大？为多大？解：（解：（1）（2）第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载进入俯冲进入俯冲（可能为负，升力不总是正的）（可能为负，升力不总是正的）第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载例例3如图所示，飞机进行俯冲，已知此时如图所示，飞机进行俯冲，已知此时=45，r=1000m，测得飞机的，测得飞机的ny=0，求此时飞机的飞行速度。求此时飞机的飞行速度。第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载例例3如图所示，飞机进行俯冲，已知此时如图所示，飞机进行俯冲，已知此时=45，r=1000m，测得飞机的，测得飞机的ny=0，求此时飞机的飞行速度。求此时飞机的飞行速度。解：解：第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载垂直俯冲第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载等速水平盘旋坡度：坡度：（倾斜角）（倾斜角）运输机：2540度战斗机：80度第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载坡度受到多种因素限制坡度受到多种因素限制（不能任意加大坡度）：（不能任意加大坡度）：机动性机动性-由（由（3）得，）得，大则大大则大V V小小r r；结构强度结构强度-由由（4）得，）得，大则大则nyny大；大；发发动动机机功功率率-由由（1）得得大大则则Y Y大大，升升力力公公式式得得大，由图得大，由图得CxCx大，阻力公式得大，阻力公式得X X大，故需大，故需P P大；大；迎迎角角-由由（1）得得大大则则Y Y大大，升升力力公公式式得得大大，易失速。易失速。第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载突风载荷突风载荷突风突风：方向、大小变化的方向、大小变化的不稳定气流不稳定气流突风载荷突风载荷：因突风引起的、飞机受到的因突风引起的、飞机受到的附加气动力附加气动力 （飞机可能迅速改变高度）（飞机可能迅速改变高度）水平突风水平突风/航向突风：航向突风：（逆风或顺风），只改变（逆风或顺风），只改变相对速相对速度的大小度的大小垂直突风垂直突风：（向上或向下）改变（向上或向下）改变相对速度的大小、方相对速度的大小、方向向，导致迎角变化，导致迎角变化侧向突风侧向突风：使飞机侧滑，主要作用在垂尾上产生附加使飞机侧滑，主要作用在垂尾上产生附加气动力。气动力。第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载垂直向上突风情况垂直向上突风情况第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载垂直突风垂直突风第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载垂直突风垂直突风第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载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垂直突风引起升力和过载变化结论：结论：升力：升力：过载：过载：突风向上，升力和过载变大；突风向上，升力和过载变大；突风向下，升力和过载变小突风向下，升力和过载变小。第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载垂直突风衰减系数垂直突风衰减系数K过载（升力）一样时，过载（升力）一样时，K越小，飞行速度越小，飞行速度V0可以更大，可快速通过强可以更大，可快速通过强突风区；突风区；飞行速度飞行速度V0一样时，一样时，K越小，过载越小，过载nyny可更小，可提高乘客舒适感和可更小，可提高乘客舒适感和飞行安全性。飞行安全性。第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载突风过载影响因素突风过载影响因素 原因：原因：飞行中遇到垂直突风时，飞机过载会迅速改变飞行中遇到垂直突风时，飞机过载会迅速改变 大型大型运输机运输机的的使用过载、设计过载主要根据使用过载、设计过载主要根据突风过载突风过载确定确定突风过载公式：突风过载公式：（1）升力公式：升力公式：（2）减小突风过载有效方法减小突风过载有效方法：减小飞行速度减小飞行速度减小飞行速度减小飞行速度V V第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载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飞机部件相对飞机重心的转动第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载运动分析运动分析运动分析运动分析:平移平移+旋转旋转考虑情况：考虑情况：飞机俯仰运动飞机俯仰运动、部件部件A A 、飞机转动角加速度飞机转动角加速度为抬头方向为抬头方向飞机部件附加过载分布飞机部件附加过载分布 nn部件部件=b./g影响因素：影响因素：距离距离b：成正比：成正比(线性分布线性分布)角加速度角加速度:成正比成正比 第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载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考虑飞机转动时的过载情况部件过载部件过载：n部件部件=nnn部件部件 第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载物理意义：物理意义：部件质量力：部件质量力：反映了部件同飞机结构之间的作用力反映了部件同飞机结构之间的作用力反映了部件同飞机结构之间的作用力反映了部件同飞机结构之间的作用力部件过载：部件过载：反映了部件和接头的受载情况，受力的严重程度。反映了部件和接头的受载情况，受力的严重程度。反映了部件和接头的受载情况，受力的严重程度。反映了部件和接头的受载情况，受力的严重程度。第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载着陆载荷及过载着陆载荷及过载减速度减速度:从着陆前到完全着陆瞬间从着陆前到完全着陆瞬间,飞机飞机y y向速度从向速度从-V-Vy y减至零减至零 Ny 着陆载荷着陆载荷:着陆时的载荷着陆时的载荷(地面给予的外载荷地面给予的外载荷)着陆过载着陆过载:着陆载荷与重量之比着陆载荷与重量之比战斗机战斗机:n:ny y=3-4=3-4客机客机:n:ny y22第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载过载的实用意义过载的实用意义表明表明表明表明机动性好坏机动性好坏机动性好坏机动性好坏垂直平面内垂直平面内垂直平面内垂直平面内 水平平面内水平平面内水平平面内水平平面内表明表明表明表明经受强突风的能力经受强突风的能力经受强突风的能力经受强突风的能力 表明表明表明表明结构的承载能力结构的承载能力结构的承载能力结构的承载能力第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载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影响选择最大过载系数的因素:机动性机动性结构承载能力结构承载能力人的生理机能人的生理机能其他因素：如其他因素：如发动机的推力发动机的推力根据具体要求综合考虑确定根据具体要求综合考虑确定（并非越大越好并非越大越好）飞行员承受过载的能力飞行员承受过载的能力第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载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部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载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部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载过载表过载表原理：原理：弹簧的拉、压力弹簧的拉、压力（相当于过载力）（相当于过载力）第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载1弹簧；弹簧；2重块；重块；3指针；指针；4阻尼器阻尼器 疲劳载荷：疲劳载荷：飞机长期使用飞机长期使用-所受载荷多次重复所受载荷多次重复-形成疲劳载荷形成疲劳载荷 这种作用会导致结构的这种作用会导致结构的疲劳破坏疲劳破坏第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载疲劳载荷类型疲劳载荷类型1.1.1.1.突风载荷：突风载荷：突风载荷：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；2.2.2.2.机动载荷：机动载荷：机动载荷：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；3.3.3.3.增压载荷：增压载荷：增压载荷：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；4.4.4.4.着陆撞击载荷：着陆撞击载荷：着陆撞击载荷：着陆撞击载荷：一个起落一次撞击，撞击载荷的强度；第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载疲劳载荷类型疲劳载荷类型5.5.5.5.地面滑行载荷：地面滑行载荷：地面滑行载荷：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；6.6.6.6.发动机动力装置的热反复载荷；发动机动力装置的热反复载荷；发动机动力装置的热反复载荷；发动机动力装置的热反复载荷；7.7.7.7.地地地地-空空空空-地循环载荷：地循环载荷：地循环载荷：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；8.8.8.8.其他其他其他其他：机翼尾流对尾翼的周期性作用第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载疲劳载荷的危害疲劳载荷的危害 影响设备工作；影响设备工作；对人员造成不适；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；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，是疲劳载荷是飞机设计中很重要的考虑因素，是定寿定寿的主要依的主要依据。据。尤其远程运输机尤其远程运输机尤其客机（座舱疲劳载荷、舒适性要求防振尤其客机（座舱疲劳载荷、舒适性要求防振隔振等隔振等)第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载环境谱的编制步骤：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）确定飞机使用环境种类（根据飞机的特定用途和使用方法）根根据据战战、技技要要求求或或使使用用要要求求，确确定定飞飞机机在在不不同同地地域域服服役役时时间间根根据据使使用用任任务务剖剖面面（规规定定了了任任务务类类型型、有有效效负负载载、飞飞行行时时间间和和该该任任务务的的使使用用百百分分比比），确确定定各各任任务务段段的的时时间间比比例例及及地地面停放时间比例；面停放时间比例；获取环境数据；获取环境数据；编制各类环境谱。编制各类环境谱。第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载热载荷热载荷加热源加热源加热源加热源: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：造成影响：造成影响：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部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载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)第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载材料特性受温度影响情况材料特性受温度影响情况第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载材料强度、刚度降低材料强度、刚度降低不同材料的飞行极限速度不同材料的飞行极限速度第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载噪音（声振）载荷噪音（声振）载荷1 1 动力装置噪声动力装置噪声（螺旋桨、转子、涡轮风扇、压气机、喷气等螺旋桨、转子、涡轮风扇、压气机、喷气等）2 2 空气动力噪声空气动力噪声（附面层压力波动、尾流噪音、激波振荡噪音等附面层压力波动、尾流噪音、激波振荡噪音等）3 3 武器发射时的噪声武器发射时的噪声（机炮、导弹、火箭发射机炮、导弹、火箭发射）第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载非正常载荷情况非正常载荷情况第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载鸟撞载荷鸟撞载荷易被撞的飞机部位易被撞的飞机部位易被撞的飞机部位易被撞的飞机部位:飞机结构（尤其是风挡玻璃）、发动机的进气道飞机结构（尤其是风挡玻璃）、发动机的进气道措施措施措施措施:设计规范规定设计要求设计规范规定设计要求 研究鸟的活动规律研究鸟的活动规律 进气道安装铁丝网进气道安装铁丝网 采用抗撞材料采用抗撞材料 第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载鸟撞试验鸟撞试验1 鸟炮 2 试验机2km2km以下最大飞行速度飞行时风档承受以下最大飞行速度飞行时风档承受1.8kg1.8kg鸟撞鸟撞第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载冰雹载荷冰雹载荷易结冰部位易结冰部位防冰、破冰措施防冰、破冰措施考虑承受冰雹撞击的能力考虑承受冰雹撞击的能力（不能严重损伤飞机、发动不能严重损伤飞机、发动机不能出现危险、冰雹密度、撞击速度、一块冰雹多机不能出现危险、冰雹密度、撞击速度、一块冰雹多次撞击等次撞击等）第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载本章小结本章小结1 1、飞机过载、飞机过载 概念、实用意义、概念、实用意义、最大过载值的选取（因素、范围）最大过载值的选取（因素、范围）2、飞机、飞机定直平飞定直平飞过载、定高度两种平飞状态过载、定高度两种平飞状态3、垂直平面内机动飞行的过载垂直平面内机动飞行的过载俯冲后拉起、进入俯冲俯冲后拉起、进入俯冲4 4、水平平面内机动飞行水平平面内机动飞行过载、过载、坡度的概念、限制因素坡度的概念、限制因素第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载本章小结本章小结5、突风过载、突风过载水平突风水平突风垂直突风（运输机）、垂直突风过载（突风上、下）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：减小飞行速度减小突风过载方法：减小飞行速度6、部件过载部件过载 大小、物理意义（部件质量力、部件过载）大小、物理意义（部件质量力、部件过载）7、着陆过载着陆过载 概念（同空中飞行对比：定义概念（同空中飞行对比：定义 、承载方式）、承载方式）第二部分第二部分 第二章第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载飞机飞行中的主要载荷及过载