《飞机的外载荷概述》
航空飞机结构
1. 飞机结构1.1 飞机结构的基本概念1.1.1 飞机外载荷及飞机结构承载能力飞机在飞行或起飞、着陆、地面运动时，其他物体对飞机的作用力和力矩称为飞机外载荷。
1飞机外载荷1) 飞机外载荷分类飞机外载荷按其作用形式可分为集中载荷和分布载荷。
飞机外载荷按其作用性质可分为静载荷和动载荷。
飞机外载荷按飞机所处状态又可分为飞行载荷和地面载荷。
2) 飞行中飞机的外载荷及过载(1) 飞行中飞机的外载荷。
图1.11 飞机机体坐标系和外载荷向机体坐标系原点简化当外载荷形成平衡力系时，满足平衡方程组(1.11)，飞机进行的是匀速直线运动，也就是定常飞行； 当外载荷不能形成平衡力系时，飞机进行的是变速运动，也就是非定常飞行。
⎩⎪⎨⎪⎧∑X ＝0，∑M X ＝0∑Y ＝0，∑M Y ＝0∑Z ＝0，∑M Z ＝0(2) 过载(载荷系数)。
① 过载的定义和物理意义。
过载的定义： 作用在机体坐标系某方向表面力的合力与飞机重量之比称为飞机在该方向的过载(也称为载荷系数)。
飞机的过载用字母n 表示，按照图1.11给出的机体坐标系，过载分为沿纵轴过载n x 、沿立轴过载n y 和沿横轴过载n z ，由此可得⎩⎪⎨⎪⎧n x ＝（P －D ）/W n y ＝L /W n z ＝Z /W② 飞机水平匀速飞行时的过载。
图1.12 飞机水平匀速飞行时的外载荷飞机进行的水平匀速直线飞行就是一种定常飞行状态，这些外载荷必须满足平衡方程(1.11)。
因为侧向力Z 、力矩M y 和M z 自然为零，所以⎩⎪⎨⎪⎧∑X ＝0，P 0＝D 0∑Y ＝0，L 0＝W ∑M Z ＝0，M A ＝M B在此飞行状态下，飞机的过载为： n x ＝P 0－D 0＝0，n y ＝L 0/W ＝1，n z ＝Z /W ＝0。
③ 机动过载。
水平机动过载出现在飞机水平盘旋情况，如图1.13所示。
[交通运输]第2章 飞机的外载荷
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过载系数的实用意义
知道了过载系数ny→P=ny﹒G（CG处）
→各点Psj，Psj=ny﹒Gj 它是飞机设计中很重要的一个原始 参数，与飞行状态机动性密切相关 ny可由过载表测量获得
2.2 不同飞行条件下的过载
2.2.1 水平面内的定常直线飞行 2.2.2 垂直平面内的曲线飞行 2.2.3 水平面内的曲线飞行(正常布局) 2.2.4 最大过载ny max 2.2.5 非质心处质量的过载 2.2.6 突风过载 2.2.7 着陆过载
图2.4 飞行员承 受过载的能力与 过载方向和时Байду номын сангаас 的关系
图2.5 抗过载服系统
1-发动机引来的压缩空 气;2-气滤;3-调压器;4通信号灯;胶囊
图2.6高过载座舱内 的座椅
1-可倾斜座椅;2-后 撑弹簧筒
综合考虑这些因素，飞机设计中一般选取： 一类飞机：如歼击机、强击机，ny=-3~9 二类飞机：可部分完成机动飞行：如战 术轰炸机、多用途飞机，ny=-2~4 三类飞机：不作机动飞行的飞机：如战 略轰炸机、运输机，ny=-1~3
V2 cos gR
2
V2 θ =0° n y 1 gR 8.865
如限制ny≤8，则
V2 1 8 gR
V2 R 1123 .64m 7g
例：飞机以过载ny=-3作曲线飞行，同时使飞机重 心以角加速度αz=3.92rad/s2转动，转动方向如图所 示。若发动机重量GE=1000kg，其重心到全机重心 距离L=3m，发动机绕本身重心的质量惯性矩 Izo=120kg∙s2∙m，求：
V2 n y cos gR
当=0时,ny→max,
nmax
第二部分 飞机飞行中的主要载荷及过载
r58m3
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，θ=45º、30º、0º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
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
ny
cos
V2
gr
结论： 若飞机的速度V，航迹的曲率半径r一定，
则θ=0(最低处)时过载最大；
若飞机的姿态、位置θ一定， 则速度V越大，半径r越小，（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3 如图所示，飞机进行俯冲，已知此时θ=45º，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θ=45º，r=1000m，测得飞机的ny=0， 求此时飞机的飞行速度。 解：
nyco sV g2r co4s 59.8V 12 10 00
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
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
飞机飞行中的主要载荷及过载案例
俯冲后拉起
ny
cos
V2 gr
结论： 若飞机的速度V，航迹的曲率半径r一定，
则θ=0(最低处)时过载最大；
若飞机的姿态、位置θ一定， 则速度V越大，半径r越小，（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
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
飞机着陆、滑跑、停放时受到的地面反作用力
垂直俯冲
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
ny
Y G
1
cos
坡度：β（倾斜角）
运输机：25~40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，β大则大V小r； ➢ 结构强度----由（4）得，β大则ny大； ➢ 发动机功率---由（1）得β大则Y大，升力公式
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？
飞机的外载荷文档资料课件
详细描述
总结词
分析某型飞机外载荷防护失效的原因和后果，总结经验教训，提出改进措施。
详细描述
某型飞机在服役过程中出现了外载荷防护失效的问题，导致飞机结构损坏、性能下降等严重后果。通过对这一案例的分析，可以深入了解飞机外载荷防护失效的原因和影响因素，总结经验教训，提出有效的改进措施，提高飞机的安全性和可靠性。
总结词：外载荷的来源主要包括大气环境、飞行姿态和飞行动作等，作用机理涉及到空气动力学、材料力学等多个学科领域。
02
飞机外载荷分析
总结词
静态外载荷是指在飞机静止或低速运动时由外部因素产生的载荷，如重力、惯性力等。
详细描述
静态外载荷分析主要考虑飞机在不同姿态下的重力分布，以及飞机起飞、着陆和滑行过程中受到的地面反作用力。这种分析有助于确定飞机在不同状态下的静态稳定性。
05
飞机外载荷研究展望
A
B
C
D
加强实验验证和观测，提高外载荷研究的实际应用价值。
探索外载荷对飞机气动性能的影响，提高飞机性能和安全性。
深入研究外载荷对飞机结构和性能的影响机制，为飞机设计提供更准确的指导。
深化外载荷对飞机结构疲劳寿命影响的研究，提高飞机使用寿命和可靠性。
THANKS感谢观看 Nhomakorabea动态外载荷是指在飞机高速运动时由空气动力、惯性力等产生的载荷。
总结词
动态外载荷分析需要考虑飞机在飞行过程中受到的气动力、发动机推力、空气压缩性效应等，以及由此产生的振动和疲劳载荷。这种分析对于评估飞机结构的耐久性和安全性至关重要。
详细描述
总结词
风洞实验是通过人工控制气流来模拟飞机在真实环境中的飞行状态，以测量和分析外载荷的方法。
总结词
第2章 飞机的外载荷
2. 飞机的外载荷飞机结构与强度第二章 飞机的外载荷1/602. 飞机的外载荷飞机结构与强度2.1 飞机结构上的主要载荷 2.2 不同飞行状态下的过载 2.3 其他载荷情况 2.4 疲劳载荷 2.5 飞机设计规范简介2/602. 飞机的外载荷飞机结构与强度2.1 飞机结构上的主要载荷飞机在飞行、起飞、着陆、地面维护等使用过程 中，作用在飞机上的外力称为飞机的外载荷。
(1)飞行时的外载荷。
(2)起飞、着陆时的外载荷。
3/602. 飞机的外载荷 机体坐标系飞机结构与强度yzx4/602. 飞机的外载荷 速度坐标系飞机结构与强度5/602. 飞机的外载荷 载荷分类飞机结构与强度1. 质量力Rm ——飞机的质量和加速度相关的力。
惯性 力：如重力，离心力等。
2. 表面力Rf——物体之间直接接触而产生的力。
例： 升力，空气阻力，发动机推力T，地面支反力。
6/602. 飞机的外载荷飞机结构与强度2.1.1 过载的概念定义：飞机所受除重力之外的表面力总和与飞 机重量之比称为过载系数n，简称过载。
n = Rf / G飞行中：n = ( Ra + P ) / G= ( Ra + P + Pk ) / G着陆（起飞）时： n过载，过载系数，载荷系数7/602. 飞机的外载荷 过载在机体坐标系中的分解飞机结构与强度n = nx i + n y j + nz kn=2 2 n x + n y + n z2zyx8/602. 飞机的外载荷飞机结构与强度过载的符号：正过载，负过载。
与机体坐标 系坐标轴方向一致为正，反之为负；通常过载 系数简称为过载。
通常提到过载是指ny。
nx和nz相对较小；飞机 结构x，z方向的强度、刚度较好；主要校核y方 向的过载。
9/602. 飞机的外载荷飞机结构与强度铅垂平面内飞机曲线运动力学方程（速度坐标系） 平衡方程：P cos(α + ϕ ) − X = G sin θ + maτaτ = dV / dt an = V 2 / RR为飞机运动轨迹的曲率半径Y + P sin(α + ϕ ) = G cos θ + man过载值：1 dV P cos(α + ϕ ) − X = sin θ + ⋅ nx = G g dt Y + P sin(α + ϕ ) 1 V2 ny = = cos θ + ⋅ G g R10/60ga n ga n ga m G mR n n y x f +=+===θθτcos sin //G G G2.2 不同飞行条件下的过载∑F x =0 T =X∑F y =0 Y =G0=−=GX T n x 1==GY n y 0=z n z 匀速水平飞行z等速水平倒飞n=1−yR V g n dtdV g n y x 21cos 1sin ⋅+=⋅+=θθ0=θR V g n y 211max ⋅+=时RV g G N Y 2sin ⋅==γGY =γcos γcos 1==G Y n y 测量n y ，可计算γyn 1cos =γ122−=y cir n g V R 盘旋半径：),,,(/12max max 2maxmax max max p V H c f S G V c GY n y H y y ===ρS G p =z机翼静力加载试验z人体承受过载的能力与过载方向和时间的关系服Military fightersPrimary trainersAdvanced trainersLight planesCargo & passenger transportsHeavy bombersz Different kinds of aircraftsg xn n z y y ε±=0g x n n zx x 20ω±=z Aircraft is Rotating after take offS G V V W c n GS V a c n n n n a y y a y y y y yg /2)/(2/20200ρρ±=Δ±=Δ±=z Gust caused by mountainsKS G WV c n n a y y yg /20ρ±= 水平突风远小于垂直突风，引起的水平方向过载可以忽略不计(不大于1.3-1.5)突风还可能引起振动，特别是在重型飞机上引起周期性的载荷，严重时导致共振。
第三讲飞机的外载荷和设计情况
24
飞机转动时的过载
如果 i 点处物体的重力为Gi ，则质量力为 Gi cos +mi ai （见图38b）。 i 点处的过载 ni 为 z xi z Gi cos m i a i an ni cos ny xi Gi g g g ni 随飞机各处 xi 的不同而不同， xi 有正有负，附加力矩有一 定方向性，因而旋转惯性力及其附加的旋转过载也有正有负。 由上式可以方便地计算某一处局部的过载或外载。
图3-1
Pn
Pm
Pf
此时飞机既有平移运动，又有旋转运动，总的平衡关系为
∑Fx = 0, T - X = max = Nx ∑Fy = 0, Yw - Yt = m ( g+ ay ) = G +Ny
式中 Iz — 飞机绕Z轴的 质量惯性矩 ； z — 飞机绕Z轴的 角加速度； 其它符号见图3-1所示。
q= HV0 2 / 2
22
H uV0 u 1 S H V0 2 KC S y V0 2 2
则飞机平飞时遇突风过载ny 为
ny Y0 Y H uV0 1 KC y G 2p
式中
Cy—升力系数增量；
Cy—升力线斜率； p = G/S —翼载荷；
—迎角增量；
计的一个重要参数。设计时如能正确选取过载的极限，则
既能使飞机满足机动性要求，又能使飞机满足结构的重量 要求。 过载大小要考虑飞行员的承受能力，大过载会使飞行员出 现黑视。
19
四、进入俯冲情况 飞机在此情况下
GV2 Y G cos g r
Y V2 n y cos G gr
图3-4 进入俯冲情况
升力 Y（L） 阻力 X （D）
飞机的外载荷
飞机在下滑终了容许获得的最大速压，
称为最大允许速压（强度限制速压）， 用qmax,max表示。
飞机使用过载的大小，标志 着飞机总体受外载荷的严重 程度；而速压的大小，则标 志着飞机表面所承受的局部 气动载荷的严重程度。
Z nz G
什么是飞机的重心过载？什么是飞机升力方 向的过载？
作用在飞机某方向的除重力之外的外载 荷与飞机重量的比值，称为该方向的飞 机重心过载。飞机在升力方向的过载等 于飞机升力与飞机重量的比值.
三、过载的大小
在不同的飞行状态下，飞机重心过载的大小往往不一样。 过载可能大于1、小于1、等于1、等于零甚至是负值，这决 定于曲线飞行时升力的大小和方向。 飞机平飞时，升力等于飞机的重量，ny 等于1； 曲线飞行时，升力经常不等于1。 飞行员柔和推杆使飞机由平飞进入下滑的过程中，升力比飞 机重量稍小一些， y 就小于1； n 当飞机平飞时遇到强大的垂直向下的突风或在垂直平面内做 机动飞行时，驾驶员推杆过猛，升力就会变成负值，ny 也 就变为负值； 当飞机以无升力迎角垂直俯冲时，载荷因数就等于零。
飞机飞行时，作用在飞机上的外载荷有哪些？ 做等速直线水平飞行时，各力之间的关系？
飞机飞行时，作用在飞机上的外载荷有：升力、
重力、推力和阻力。Y=G;P=X。抬头力矩等于低 头力矩。
1.2 飞机的过载
1.2.1 飞机重心的过载 一、过载的基本概念 在曲线飞行中，作用于飞机上的升力经 常不等于飞机的重量。为了衡量飞机在某一 飞行状态下受外载荷的严重程度，引出过载 (或称载荷因数)这一概念。
z
z
前面在研究飞机过载时，是把整架飞机当 作一个质点来看待的，因此，计算得到的 过载是指飞机重心处的过载。当飞机绕重 心有角加速度 z (抬头为正)时，飞机各 部位的过载值就会发生改变。
简述机翼外载荷的大小
简述机翼外载荷的大小机翼外载荷是指施加在飞机机翼表面的各种力和力矩。
这些外载荷的大小是设计和运行飞机的重要参数，需要合理估计和控制。
机翼外载荷主要包括飞行气动载荷、结构载荷和操纵力载荷。
飞行气动载荷飞行气动载荷是由于空气动力学效应而产生的机翼外载荷。
它主要包括升力、阻力、侧力和俯仰力矩。
升力升力是机翼支持飞机重量的主要力量。
它的大小与机翼形状、迎角、飞行速度等因素有关。
一般来说，升力随着飞行速度的增加而增加，与机翼的迎角密切相关。
阻力阻力是飞机飞行时需要克服的阻碍前进的力量。
它的大小与机翼形状、迎角、飞行速度等因素有关。
一般来说，阻力随着飞行速度的增加而增加。
侧力侧力是作用在飞机机翼侧面的力量，它的大小与飞机的横向稳定性和操纵性有关。
俯仰力矩俯仰力矩是指作用在飞机机翼上的使飞机产生俯仰运动的力矩。
它的大小与飞机的重心位置、机翼的形状和迎角等因素有关。
结构载荷结构载荷是由飞机自身重量和外部载荷施加在机翼上的载荷。
它的大小与飞机的重量、外载荷的位置和重量分布、机翼的结构强度等因素有关。
飞机自身重量飞机自身重量是指飞机的构件、设备、燃料等各部分的重量总和。
这部分载荷主要通过飞机的结构进行传递。
外部载荷外部载荷是指飞机上的货物、油料、武器装备等外部附加负载。
这部分载荷主要通过机翼进行支持和传递。
操纵力载荷操纵力载荷是由于飞行员操纵操作所施加在机翼上的载荷。
它的大小与飞行员操纵杆的力量和动作有关。
飞行员通过操纵杆控制飞机的姿态和航向。
机翼外载荷的大小估计估计机翼外载荷的大小是飞机设计和运行过程中的重要任务之一。
一般采用飞行试验、数值模拟和模型试验等方法。
飞行试验是最直接的方法，通过在真实飞行中测量机翼上的载荷，来估计机翼外载荷的大小。
数值模拟方法基于计算流体力学和结构力学的理论和方法，通过数值模拟飞机飞行过程中的气动效应和结构响应，来估计机翼外载荷的大小。
模型试验方法是通过制作飞机的缩比模型，并在气动试验台上进行模拟飞行试验，来估计机翼外载荷的大小。
飞机的载荷
4.3 安全系数
突 风 载 荷 包 线
4 设计载荷与安全系数
4.1使用载荷 使用载荷是指飞机在正常使用中所允许达到 的最大载荷，或称为限制载荷(limit load)。在 使用载荷作用下，各元件的应力临近材料的 比例极限强度，但未出现永久变形。如果超 过该载荷时，结构可能发生有害的永久变形。 在整个使用过程中，使用载荷可能不止一次 地遇到，所以飞机遇到使用载荷后不能有残 余变形，否则就会影响下次的使用。
2.3 垂直平面内机动飞行情况下飞机的过载
飞机在飞行过程中，经常需要连续地在不同
的平面内作曲线飞行，例如水平转弯、水平 盘旋、筋斗、横滚或俯冲拉起等动作，这样 的飞行称作“机动飞行”。下图为飞机在垂 直平面内作机动飞行。飞机作机动飞行时的 受载情况要比飞机水平等速直线飞行时的受 载情况复杂得多。
飞机在垂直平面内机动飞行
2.4 水平平面内机动飞行情况下飞机的过载
飞机在水平平面内机动飞行
过载的几点总结
在不同的飞行状态下，飞
机重心过载的大小往往不 一样。过载可能大于1、小 于1、等于1、等于零甚至 是负值，这决定于曲线飞 行时升力的大小和方向。 飞机平飞时，升力等于飞 ny 1； 机的重量，过载等于 曲线飞行时，升力经常不 等于1。 飞行员柔和推杆使飞机由 平飞进入下滑的过程中， 升力比飞机重量稍小一些， 过载就小于1；
图1 与飞行包线相应的飞行状态
3.3 突风过载飞行包线
我国自1987年实施“中国民用航空条例第25
部，运输类飞机适航标准”。在制订我国民 用航空条例时，为了与国际民用航空接轨， 主要参考目前国际上应用最广泛的美国适航 标准。《美国联邦航空局联邦航空条例[FAR]》 “第25部运输类飞机适航性标准”中给出突风 飞行包线(如下图所示)，规定了三种不同速度 下遇到的突风飞行包线，规定了三种不同速 度下遇到的突风速度，如下表所列。
飞机结构设计 第2章 飞机的外载荷
2.2.5 非质心处质量的过载
n y = n y 0 ± Δn y = n y 0 ± Δa y / g = n y 0 ± ε z x g nx = nx 0 ± Δnx = nx 0 ± Δax / g = nx 0 ± ϖ x g
2 z
图2.7与飞机质心不重合的各点上的过载
图2.7与飞机质心不重合的各点上的过载
垂直俯冲
T − X − (G − N x ) N x − G = = nx = G G G
特例：自由坠落情况
2.2.3 水平面内的曲线飞行(正常布局)
如知道γ
∑Fn=0
G V 2 ⋅ Y sin γ = N = g R
∑Fv=0
Y cos γ = G
Y 1 ny = = G cos γ
1 如果用过载仪测出ny，也就知道γ，cos γ = ny
⎡ V 2 ⎤2 n y = ⎢1 + ⎥ ⎣ gR ⎦
1
2.2.4 最大过载ny max
n y max
Ymax ρ HV = = c y max 2 G
2 max
1 G/S
1 = f (c y max , H , Vmax , ) p
式中：p=G/S
Cymax 1.2
0.4
M
H
Vmax
V
最大过载nmax的选取与飞机性能、设备 性能和人的生理机能等均有关 nmax愈大，机动性愈好；但nmax增大使 结构受力增大，结构重量也增加，反过来又 影响整个飞机的性能 nmax↑，各种设备的惯性力↑，而很多 设备对惯性力的承受也有限度，∴nmax↑对 设备的要求也相应提高 人对nmax的承受能力也有限
第2章
飞机的外载荷
南京航空航天大学 飞机设计技术研究所
飞机的外载荷概述
Y(升力）
Y (升力)
P (推力)
X (阻力)
G (重力)
G(重力）
飞机在等速直线水平飞行时的外载荷
什么是飞机的外载荷？着陆时，作用 在飞机上的外载荷有哪些？
飞机在起飞、飞行、着 陆及地面停放等过程中，作 用在飞机上的外力称为飞机 的外载荷。着陆时，作用在 飞机上的外载荷包括重力， 升力，及地面的反作用力。
这两处Y方向过载等于重心过载加上附加过载； A处过载大于重心过载，B处过载小于重心过载。
❖ 当飞机绕重心有一个抬头的角加速度 z 时，在
机身上某一点 i处，就会产生一个线加速度：
这个附加的线加速度 a yi 将产生一个附加的过载 n i ，即
n ag g x i ni
ay,i g
z xi
当飞机绕Z轴加速转动时，为什么距重心 越远产生的Y方向附加过载值越大？
重心外各点的附加线加速度等于 角加速度与此点到重心距离的乘 积，距离越远，附加线加速度越 大，附加过载就越大。
1.2.3 飞机着陆时的过载
❖ 飞机着陆接地时的速度可分解为水平分速和垂 直分速。由于水平分速是在着陆滑跑过程中逐 渐消失的，因此飞机沿水平方向的受力不大； 垂直分速是在飞机与地面相对撞击后很短的时 间内消失的，故飞机沿垂直方向的撞击力较大。 飞机着陆接地时承受的载荷，主要就是作用于 起落架的垂直撞击力。飞机接地时垂直方向的 过载，为作用于起落架上的垂直撞击力与飞机 重量的比值。
当驾驶员猛推杆使飞机进入下滑时，为什 么飞机Y方向的过载可能为负值？
驾驶员猛推杆可能使飞机的迎角 减小过大，产生负的升力。
四、过载的过荷载（意表除义示重飞力机外的）外与载飞 机 重力的关系。这
种关系用倍数来表示， 是一个相对值。
第一章 飞机结构概论
19
飞 机 过 载
正 最大正过载 限 制 当 量 速 度 压 速 许 允 大 最
最大
过载
20
机动飞行包线
21
（二）突风过载飞行包线
突风过载飞行包线与机动飞行包线一样，也是以飞机过 载ny、速压q和升力系数Cy为基本参数，画出的一条封闭曲线 ，将飞机在不稳定气流中可能出现的飞行情况包围起来。与 机动飞行包线不同的是，此时飞机的过载ny是由于飞行中遇 到不稳定气流而形成的。 我国民用航空条例第25部，关于运输类飞机适航标准规 定了三种突风速度：
34
1、蒙皮
蒙皮的直接功用是形成流线型的机翼外表面。
2、长桁（也称桁条）
长桁是纵向骨架中的重要受力元件之一，其主要功用是 支持蒙皮，防止在空气动力作用下产生过大的局部变形，并 与蒙皮一起把空气动力传到翼肋上去；提高蒙皮的抗剪和抗 压稳定性，使蒙皮能更好地参与承受机翼的扭矩和弯矩；长 桁还能承受弯矩引起的部分轴力。
24
1、总空气动力的大小和方向
飞行中，机翼上作用有升力和阻力，由图可以看出，机 翼上总的空气动力大小为：
Pa = Yw cos θ
C x,w θ = arctan C y ,w
= Y w ≈ Y w ≈ Y = ny,ser G f Pa cosθ
N ≈ Pa ≈ ny,ser G f
Y 1 S = 1 ± Cα ρ V 0W y G 2 G
10
４、过载的意义
飞机的过载值 飞机所受的实际载荷大小 ＋ 作用的方向（根据过载的正负来判断） 便于设计飞机结构，检验其强度、刚度是否满足要求
11
（二）飞机各部位的局部过载
飞机的局部过载沿飞机长度是按直线规律变化的 当飞机绕重心有一个抬头的角加速度 εz 时，在机身上 某一点i处，就会产生一个线加速度，从而产生附加的过载。
2_飞机的载荷
图1 与飞行包线相应的飞行状态
3.3 突风过载飞行包线
我国自1987年实施“中国民用航空条例第25 部，运输类飞机适航标准”。在制订我国民 用航空条例时，为了与国际民用航空接轨， 主要参考目前国际上应用最广泛的美国适航 标准。《美国联邦航空局联邦航空条例[FAR]》 “第25部运输类飞机适航性标准”中给出突风 飞行包线(如下图所示)，规定了三种不同速度 下遇到的突风飞行包线，规定了三种不同速 度下遇到的突风速度，如下表所列。
4.3 安全系数
飞机在垂直平面内机动飞行
2.4 水平平面内机动飞行情况下飞机的过载
飞机在水平平面内机动飞行
过载的几点总结
在不同的飞行状态下，飞机重心过载的大小往往不一样。 过载可能大于1、小于1、等于1、等于零甚至是负值，这 决定于曲线飞行时升力的大小和方向。 飞机平飞时，升力等于飞机的重量，过载等于1； ny 曲线飞行时，升力经常不等于1。 飞行员柔和推杆使飞机由平飞进入下滑的过程中，升力比 飞机重量稍小一些，过载就小于1； ny 当飞机平飞时遇到强大的垂直向下的突风或在垂直平面内 做机动飞行时，驾驶员推杆过猛，升力就会变成负值，过 载也就变为负值； 当飞机以无升力迎角垂直俯冲时，载荷就等于零。
突 风 载 荷 包 线
4 设计载荷与安全系数
4.1使用载荷 使用载荷是指飞机在正常使用中所允许达到 的最大载荷，或称为限制载荷(limit load)。在 使用载荷作用下，各元件的应力临近材料的 比例极限强度，但未出现永久变形。如果超 过该载荷时，结构可能发生有害的永久变形。 在整个使用过程中，使用载荷可能不止一次 地遇到，所以飞机遇到使用载荷后不能有残 余变形，否则就会影响下次的使用。
2.5 飞机在大气紊流中的飞行载荷
飞机结构（上）第三章
第三章 机 身机身用来固定机翼、尾翼、起落架等部件，使之连成一个整体。
同时，它还用来装载人员、燃料、武器，各种设备及其他物资。
根据机身的上述功用，要求机身有足够的内部容积和长度，为了减小飞机的阻力，机身外形应光滑，突起物、开口应尽量少。
在保证结构具有足够的强度、刚度和抗疲劳强度的情况下，力求重量最轻。
第一节 机身的外载荷和力图一、机身的外载荷作用在机身上的外载荷主要有空气动力，机翼、尾翼和起落架等结构的固定接头传来的力，机身内部装载和部件质量力，机身结构本身的质量力。
其中空气动力和机身结构质量力为分布力，其余为集中力，这和机翼外载荷相似，但对于机身来说，它的外载荷有两个特点。
首先，在机身上起主要作用的是集中载荷，由机翼、尾翼以及其它部件传给机身的集中力很大。
相比之下机身上分布的空气动力就较小，而且一般机身截面接近圆形，其上空气动力的分布大致是对称的，基本上能在机身局部自相平衡而不再传给机身的其它部分。
可以说，空气动力对机身总体影响不大（座舱等突出部位除外）。
机身本身结构质量力也较小，计算时通常把它折算到结构附近的集中载荷上去。
因此，分析机身受载时主要考虑集中力。
其次，侧向作用于机身的载荷，对机身结构受力也很重要。
这是因为：一方面机身剖面接近圆形，各方向抗弯刚度相差不多，不象机翼水平方向的抗弯刚度比垂直方向大得多。
另一方面机身所受的侧向载荷与垂直方向的载荷相差也不大。
而且侧向载荷要使机身严重受扭，不可忽视。
机身的载荷通常可分对称和非对称两种。
与机身对称面对称的载荷，称为对称载荷；反之则称为非对称载荷。
（一）对称载荷1、飞机在垂直平面内作曲线飞行时的机身对称载荷飞机在垂直平面内作垂直飞行时，机身除了要承受由机翼、尾翼固定接头传来的对称载荷外，还要接受作用于对称面的装载（人员、燃油、设备）以及结构本身的质量力。
当飞机具有对重心的角加速度时，机身上各部件、装载的载荷因数部件n 等于飞机重心的载荷因数n 加上角加速度引起的附加载荷因数部件n ∆。
[物理]飞机结构与系统第二章 飞机外载荷
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1-弹簧；2-重块；3-指针；4-阻尼器
典型飞行姿态的载荷系数
1.等速直线平飞
1 2 Y G C V S y 2 1 2 T X C V S x 2
( 1 ) (2)
典型飞行姿态的载荷系数
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进入俯冲 b垂直俯冲 c俯冲后拉起
典型飞行姿态的载荷系数
5.等速水平盘旋(重要机动性能指标)
Y 1 ny G cos
坡度：β（盘旋倾斜角）
典型飞行姿态的载荷系数
6.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） 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。
水平平面内：
水平等速转弯/盘旋
典型飞行姿态的载荷系数
2.进入俯冲
GV 2 Y Gcos g r
Y V2 ny cos G gr
（视V和r的不同情况，ny可能 为负，为正，或零）
典型飞行姿态的载荷系数
例1 如图所示，飞机进行俯冲，已知此时θ=45º ，r=1000m，测 得飞机的ny=0，求此时飞机的飞行速度。
飞机设计时最大载荷系数的选取
1.影响最大载荷系数选取的因素:
① 载荷系数实际反映了飞机的机动性能，从这个意 义上来说越大越好，但对客机或运输机来说没有 多大必要； ② 载荷系数又反映了对结构的载荷作用，载荷系数 越大，表明飞机结构的承载越大，要有足够的刚、 强度，则结构重量越大； ③ 载荷系数的载荷作用，不仅对结构有作用，而且 对机载设备和乘员有载荷作用，载荷系数越大， 对其影响越大，要视其承受能力而定。
飞机的外载荷分解课件
外载荷测试与验证的实例分析
波音737飞机
波音737飞机在研发过程中进行了大 量的风洞试验、飞行试验和数值模拟 ，以确保其承受外载荷的能力满足设 计要求。
空客A350飞机
空客A350飞机采用了先进的数字化设 计和验证技术，如CFD和FEA，以确 保其外载荷的可靠性和安全性。
外载荷的分类
02
01
03
按来源分类
可分为气动载荷、惯性载荷和重力载荷等。
按影响分类
可分为结构载荷和飞行性能载荷等。
按时间变化分类
可分为静态载荷、动态载荷和瞬态载荷等。
02
飞机外载荷的分解方法
基于飞行阶段的分解
起飞阶段载荷
分析飞机在起飞过程中受到的 空气动力、重力、推力等载荷 ，以及这些载荷对飞机结构的 影响。
数值模拟
利用数值模拟方法预测飞机在不同 飞行条件下的外载荷分布和变化规 律，为优化设计提供依据。
05
飞机外载荷的测试与验证
外载荷测试方法
1 2
风洞试验
在风洞中模拟飞机的飞行状态，测量飞机表面和 周围流场的气动力参数，以评估飞机承受外载荷 的能力。
飞行试验
在实际飞行条件下，通过测量飞机的动态响应和 结构变形，获取飞机承受外载荷的实际情况。
国际化合作
加强国际合作与交流，共同推动外载荷技术的发展，提高全球航 空工业的涌现，外载荷技术将迎来更 加广阔的发展前景。
THANK YOU
感谢聆听
飞机的外载荷分解课件
目
CONTENCT
录
• 飞机外载荷概述 • 飞机外载荷的分解方法 • 飞机外载荷的传递路径 • 飞机外载荷的平衡与控制 • 飞机外载荷的测试与验证 • 飞机外载荷的未来发展与挑战
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飞机着陆时，由于飞机的垂直下降速度在很短的 时间内降为零，出现很大的负加速度，这将引起 着陆过载。
飞机着陆过载：起落架的实际着陆外载荷与 飞机停放在地面时起落架的
ny
YY GG
二、过载的定义
作用在飞机某方向的除重力之外的外载荷与 飞机重量的比值，称为该方向的飞机重心过 载，用n表示。
飞机在Y轴方向的过载，等于飞机升力（Y） 与飞机重量的比值，即
ny Y G
Z (横轴)
Y (立轴)
飞机重心
X (纵轴)
nx
P X G
飞机在X轴方向的过载等于发动机推力P与 飞机阻力X之差与飞机重量的比值，即
z xi
g
yi
zi
i 式中 g--重力加速度。 ninninzgxi 因此，在 点处的局部过载 n i 为
ni nni
nzxi
g
飞机各部位的局部过载沿 飞机长度是按直线规律变 化的。部件距离飞机的重 心越远，或飞机绕重心转 动的角加速度越大，该部 件的附加过载也越大。只 有当飞机绕重心的角加速 度为零时，飞机上沿纵向 各点处的过载才相等，都 等于飞机重心处的过载。
这两处Y方向过载等于重心过载加上附加过载； A处过载大于重心过载，B处过载小于重心过载。
当飞机绕重心有一个抬头的角加速度 z 时，在 机身上某一点 i处，就会产生一个线加速度：
这个附加的线加速度 a yi 将产生一个附加的过载 n i ，即
n ag g x i ni
ay,i g
当飞机绕Z轴加速转动时，为什么距重 心越远产生的Y方向附加过载值越大？
重心外各点的附加线加速度等于 角加速度与此点到重心距离的乘 积，距离越远，附加线加速度越 大，附加过载就越大。
1.2.3 飞机着陆时的过载
飞机着陆接地时的速度可分解为水平分速和垂 直分速。由于水平分速是在着陆滑跑过程中逐 渐消失的，因此飞机沿水平方向的受力不大； 垂直分速是在飞机与地面相对撞击后很短的时 间内消失的，故飞机沿垂直方向的撞击力较大。 飞机着陆接地时承受的载荷，主要就是作用于 起落架的垂直撞击力。飞机接地时垂直方向的 过载，为作用于起落架上的垂直撞击力与飞机 重量的比值。
的影响也较小。
什么是飞机的重心过载？什么是飞机升力方 向的过载？
作用在飞机某方向的除重力之外的外载 荷与飞机重量的比值，称为该方向的飞 机重心过载。飞机在升力方向的过载等 于飞机升力与飞机重量的比值.
三、过载的大小
在不同的飞行状态下，飞机重心过载的大小往往不一样。
过载可能大于1、小于1、等于1、等于零甚至是负值，这决
当驾驶员猛推杆使飞机进入下滑时，为 什么飞机Y方向的过载可能为负值？
驾驶员猛推杆可能使飞机的迎角 减小过大，产生负的升力。
四、过载的意义
过载表示飞机的外载 荷（除重力外）与飞 机 重力的关系。这
种关系用倍数来表示， 是一个相对值。
1.2.2 飞机各部位的局部过载
在研究飞机各部件的载荷时，只知道飞机的 过载是不够的，还必须知道部件的过载。部 件过载是该部件在某一飞行状态中的质量力 与其本身重量的比值。当飞机没有对重心的 角加速度时，部件的过载等于飞机的过载； 当飞机有对重心的角加速度时，飞机重心以 外各部件的过载，等于飞机的过载加上或减 去一个附加过载。
z
前面在研究飞机过载时，是把整架飞机当 作一个质点来看待的，因此，计算得到的 过载是指飞机重心处的过载。当飞机绕重
心有角加速度 z (抬头为正)时，飞机各
部位的过载值就会发生改变。
z
在飞机纵轴上，A、B分别为飞机重心前、后两点。 试问，当飞机绕Z轴转动抬头瞬间，这两处Y方向过 载与重心过载的关系？
nx
P X G
(P X) nx
G
飞机在Z轴方向的过载等于飞机侧向力（Z）与
飞机重量的比值，即
Z
nz
ny
G
飞机在飞行中，Y轴方向的过载 ny往往较大，
n y 它是飞机结构设计中的主要指标之一，飞机的结构
nx
，
强度主要取决于Y方向的过载。而其它两个方向的
nZ 过载（ nx nz ）较小，它们对飞机结构强度
飞机飞行时，作用在飞机上的外载荷有哪些？ 做等速直线水平飞行时，各力之间的关系？
飞机飞行时，作用在飞机上的外载荷有：升力、 重力、推力和阻力。Y=G;P=X。抬头力矩等于低 头力矩。
1.2 飞机的过载
1.2.1 飞机重心的过载 一、过载的基本概念
在曲线飞行中，作用于飞机上的升力经 常不等于飞机的重量。为了衡量飞机在某一 飞行状态下受外载荷的严重程度，引出过载 (或称载荷因数)这一概念。
就变为负值；
当飞机以无升力迎角垂直俯冲时，载荷因数就等于零。
ny 的正、负号与升力的正、负号一致，
而升力的正、负号取决于升力与飞机Y轴 （立轴）的关系。如果升力的方向与Y轴 相同，则取正号；反之则取负号。
飞行中飞机重心处Y方向过载是否 一定等于1，为什么？
飞机的重心过载可能大于 1，也可能小于1，或等于 零，甚至是负值，这取决 于飞行时升力的大小和方 向。
水平飞行
Y(升力）
Y (升力)
P (推力)
X (阻力)
G (力)
G(重力）
飞机在等速直线水平飞行时的外载荷
什么是飞机的外载荷？着陆时，作 用在飞机上的外载荷有哪些？
飞机在起飞、飞行、着 陆及地面停放等过程中，作 用在飞机上的外力称为飞机 的外载荷。着陆时，作用在 飞机上的外载荷包括重力， 升力，及地面的反作用力。
第一章 飞机的外载荷
1.1 飞机的载荷
外载荷：飞机在起飞、飞行、着陆及地面停放等过程中， 作用在飞机上的外力
外载荷：空气动力、惯性力以及飞机在着陆、 地面滑行和停机时地面的反作用力
Y0 G
飞机做等速直线水平飞行时，作用在飞机上的外 载荷有：升力Y0、阻力X0、重力G和推(拉)力P0
Y0＝ G P0 ＝ X0
定于曲线飞行时升力的大小和方向。
飞机平飞时，升力等于飞机的重量，ny 等于1；
曲线飞行时，升力经常不等于1。
飞行员柔和推杆使飞机由平飞进入下滑的过程中，升力比飞
机重量稍小一些，ny 就小于1；
当飞机平飞时遇到强大的垂直向下的突风或在垂直平面内做
机动飞行时，驾驶员推杆过猛，升力就会变成负值，ny 也