第二部分第二章飞机飞行中的主要载荷及过载案例
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[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
飞机的外载荷
ny
Y0 Y H uv0 1 KC y G 2p
p
G S
3 其他飞行姿态的过载
飞机转动(升降)时的过载(刚体运动分析) ① 运动分析: 旋转+平移 ② 载荷分析:当平尾产生机动载荷时,飞机产生平移与旋转； 该载荷克服了飞机原有的平飞状态,使飞机在上述两个运 动中产生加速度。从动平衡角度,平尾机动载荷与它克服 的惯性力及力矩相平衡。
1 飞机设计规范简介
①
指定设计规范的意义：对飞机设计和研制给出全面要
求的指令性技术文件，是飞机设计员的工作依据.
②
政府与权威研究机构组织制定，也可与设计主管部门
共同制定。
③
设计规范不是统一的，而是针对不同的飞机类型制定
不同的设计规范，因为飞机的任务与技战术要求不同。
④
设计规范与设计手册是飞机设计人员的基本工具。
4 安全系数 i. 安全系数是静强度安全设计的主要解决方法。 使用载荷：飞机在使用中预计各构件可能遇到的最大载荷 设计载荷：使用载荷乘以安全系数安全系数取法 ① 凡在规范中未作特殊说明之处，安全系数均为1.5； ② 当载荷的性质、大小和分布不能准确确定时，安全系数增大 到1.65、2或更大； ③ 对于主要的接头和耳片，由于特殊重要性，在上述安全系数 基础上，尚应乘以附加安全系数1.25 ii. 静强度设计准则：
p
t
1 疲劳载荷 疲劳载荷破坏的一般特点 •多次反复载荷作用下产生的破坏； •低应力脆断； •疲劳破坏对材料特性、构件的形状、尺寸、表面状态、使 用条件、外载环境等都十分敏感； •疲劳破坏具有局部性，而不涉及到整个结构的所有构件。
2 疲劳载荷谱 疲劳载荷是飞机设计中最重要的考虑因素，是定寿的基本 依据。 载荷谱的谱型 1）等幅谱 2）程序块谱 3）飞－续－飞谱（典型任务剖面谱、任务段－任务段谱、 基本机动飞行谱） 载荷的时间历程分类 1）单机载荷时间历程，主要用于单机寿命监控。 2）机群载荷谱（设计使用载荷谱用于新设计飞机的研制 阶段基准使用载荷谱用于该飞机的服役使用寿命）
飞机飞行中的主要载荷及过载案例
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
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？
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？
第2章 飞机载荷
二、飞机过载和过载系数
飞机到达飞行轨迹的最低位置时， 此时，飞机的过载为
2
v ny 1 gr
飞机俯冲拉起时，升力可能大大的超过飞机的重力。飞 机机动动作越剧烈，升力大于重力越多，飞机受力越严 重，机翼翼根部位承受载荷越大。
二、飞机过载和过载系数
水平平面内机动飞行情况下飞机的过载
作水平转弯。 水平方向：升力水平分量=惯性离心力 垂直方向：升力垂直分量=重力
习
题
5.飞机水平转弯时的过载：_____。 A:与转弯半径有关。 B:与转弯速度有关。 C:随转弯坡度增大而减小。 D:随转弯坡度增大而增大。
6.n设计和n使用的实际意义分别是：_____。 A:表明飞机结构承载能力与飞机飞行中的受载限制。 B:表明飞机结构受载能力与飞机飞行中的实际受载大小。 C:表明飞机结构承载余量与飞机飞行中的实际受载大小。 D:表明飞机飞行中的受载能力与飞机结构的实际受载大小。
空间盒式结构
周缘封闭的薄壁梁
三、载荷分类及构件变形
习
题
1.飞机载荷是指：_____。 A:升力。 B:重力和气动力。 C:地面支持力。D:飞机运营时受到的所有外力。
2.飞机在水平面内作等速圆周运动，所受外力为：_____。 A:升力、重力、推力、阻力、向心力。 B:升力、重力、推力、阻力不平衡，合力提供向心力。 C:所受升力随坡度增大而增大。 D:B和C都对。
习
题
8.哪个方向的突风对机体影响最大：_____。 A:水平突风。 B:垂直突风。 C:侧向突风。 9.飞机结构中的空间薄壁结构可以承受何种载荷：_____。 A:集中力。 B:分布力。 C:剪力。 D:空间任意方向力。 10.飞机结构中薄板类构件可以承受的载荷为：_____。 A:集中力。 B:分布力。 C:板平面内的分布力。
飞机结构设计 第2章 飞机的外载荷
n
y
=
P lg P o lg
=
G + N G
y
− Yl
④ 这个过载不允许过大,一般ny=3-4 (因为与飞行 时对结构与人的作用不同) 着陆运动的情况多样,还可能发生nx(前方撞击、 刹车),或nz（侧滑）.
两种定义的比较
∑Fy=0 Y + PLd = G + N y
Ny ay Y + PLd ny = = 1+ = 1+ G G g
nyg = ny0 ±Δny = ny0 ± = ny0 ±
a cy (U / V )ρV 2 a cy ΔαρV 2S / 2
G
2G / S
图2.8 垂直突风速度为W时飞机飞行攻角的改变
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（甚至共振）。
突风作用时间
h
考虑突风作用时间，引入突风衰减因子K， K<1：
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
n = nx i + n y j + nz k
n=
2 2 n x + n y + n z2
过载系数可正，可负；与坐标轴方向一致 为正，反之为负 习惯上将过载系数称为过载；平时所说的 过载是指ny，∵一般地nx和nz均很小，且x方 向的强度、刚度一般较好
盘旋倾斜角越大，ny 越大。 当γ=75º~80º时， ny=4~6。 当飞行速度增大时，如仍 需作小半径盘旋，则需要采用 大迎角飞行以产生大的升力， 同时，需要克服升力增加所引 起的阻力增大，还需要大的倾 斜角，以产生作此盘旋所需的 升力的水平分量（向心力）。 很明显，此时将产生相当大的 载荷系数。
第二部分第二章飞机飞行中的主要载荷及过载
S G
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：
Y
Y0
Y
Y0
1 2
C
y
u V0
S
过载：
ny
1 ny
1
1 2
C
y
u V0
S G
突风向上，升力和过载变大； 突风向下，升力和过载变小。
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: ① 对重力视可不见 ②过载是一矢量（通常说的过载指ny ） ③过载表示倍数 ④平直匀速飞行：ny=1 ⑤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
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
第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载
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。
飞行器结构设计第二章新
小型机动型 过载特点 大型弹道型
三、动力载荷综合设计
叠 加 抑 制
四、静动载荷综合设计
卫星、弹头载荷的综合设计
2.6 使用载荷和设计载荷、安全系数
一、什么是“使用载荷” 使用载荷——正常使用状态下，在飞行器或其部件上可能承 受的最大载荷，又称限制载荷（Limit Load）。
注：由设计情况导出的最严重情况下的使用载荷。
N尾 0
M尾 0
五、导弹、火箭的动载荷
自学2.4节。
2.5 飞行器载荷综合设计
一、什么是“载荷综合设计”
原因：飞行器在各种工作环境中某一时刻可能同时会受到静力、动 力和热载荷源的联合作用。各种载荷之间有时有抑制作用，有时某 种载荷对其他载荷又会有激励作用。
载荷综合
内力综合
二、静力载荷综合设计
稳态载荷 热载荷 瞬态载荷 电载荷 磁载荷 物理载荷
2.2 过载系数
一、过载系数的三种定义
过载系数（Overload Coefficient），简称过载。
——为什么引入过载？
定义一：
飞行器所承受的全部表面力的合力与飞行器的瞬时质量在地面上的 称重之比。
F F n
i
i
mg0
G0
要点： 1. 过载是矢量，根据坐标轴的方向决、定正负。 2. 若将飞行器简化为质点，上式给出质心处过载。
三、 “破坏载荷法”——设计方法 设计载荷法或破坏（极限）载荷法——核心思想：飞行器的强 度按设计载荷计算，在设计载荷作用下结构不能破坏。 目的：保证结构在任何情况下可靠承载，具有足够的强度。
Pu Pdes [ ]b d ,max
对比——许用应力法： 在使用载荷下飞行器及其部件不允许产生妨碍正 常工作的永久变形，即
三、动力载荷综合设计
叠 加 抑 制
四、静动载荷综合设计
卫星、弹头载荷的综合设计
2.6 使用载荷和设计载荷、安全系数
一、什么是“使用载荷” 使用载荷——正常使用状态下，在飞行器或其部件上可能承 受的最大载荷，又称限制载荷（Limit Load）。
注：由设计情况导出的最严重情况下的使用载荷。
N尾 0
M尾 0
五、导弹、火箭的动载荷
自学2.4节。
2.5 飞行器载荷综合设计
一、什么是“载荷综合设计”
原因：飞行器在各种工作环境中某一时刻可能同时会受到静力、动 力和热载荷源的联合作用。各种载荷之间有时有抑制作用，有时某 种载荷对其他载荷又会有激励作用。
载荷综合
内力综合
二、静力载荷综合设计
稳态载荷 热载荷 瞬态载荷 电载荷 磁载荷 物理载荷
2.2 过载系数
一、过载系数的三种定义
过载系数（Overload Coefficient），简称过载。
——为什么引入过载？
定义一：
飞行器所承受的全部表面力的合力与飞行器的瞬时质量在地面上的 称重之比。
F F n
i
i
mg0
G0
要点： 1. 过载是矢量，根据坐标轴的方向决、定正负。 2. 若将飞行器简化为质点，上式给出质心处过载。
三、 “破坏载荷法”——设计方法 设计载荷法或破坏（极限）载荷法——核心思想：飞行器的强 度按设计载荷计算，在设计载荷作用下结构不能破坏。 目的：保证结构在任何情况下可靠承载，具有足够的强度。
Pu Pdes [ ]b d ,max
对比——许用应力法： 在使用载荷下飞行器及其部件不允许产生妨碍正 常工作的永久变形，即
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
飞行器结构设计 第二章PPT课件
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；
10.08.2020
34
2.3 复杂载荷情况
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；
④ 规范中的过载系数可供选择 (飞行包线上给定）。
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32
2.3 复杂载荷情况
飞机是一种反复使用的运载工具或作战武器。 服役期内会遇到各种载荷。
设计中，不仅应掌握典型设计状态中的极限 载荷及其对结构作用的分析方法，（以作为飞机 结构极限能力的设计依据）；还应把握这些载荷 的变化规律，作用次数等统计规律，因为这些虽 未达到极限状态，但长期作用仍对结构有破坏作 用，这就是通常所说的疲劳载荷。
⑥ 发动机动力装置的热反复载荷；
⑦ 地-空-地循环载荷：飞行地面滑行时的1g载荷变化到空中 飞行的1g载荷，这种均值载荷的变化也是疲劳载荷；
⑧ 其他：机翼尾流p 对尾翼的周期性作用
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t
35
2.3 复杂载荷情况
作 用：
① 设备工作的影响； ② 人员的不适； ③ 结构疲劳导致缺陷生长成裂纹并不断发展，最终导致断裂 ④ 疲劳载荷是飞机设计中最重要的考虑因素，是定寿的基本依据。 二、其他特殊情况载荷 1、非正常状态载荷: 单发停车、尾旋、单轮着地、打地转、机头碰地、飞
Hale Waihona Puke 空气动力噪音：附面层压力波动、尾流、激波振荡
武器发射噪音：机炮、导弹、火箭发射
5、瞬时的响应载荷
起飞助推、外挂物投放、弹射等对飞机结构作用
第二部分第二章飞机飞行中的主要载荷及过载案例
第二部分第二章飞机飞行中的主要载荷及过载案例飞机在飞行过程中承载了各种主要载荷，包括重力载荷、升力载荷、推力载荷、阻力载荷和惯性载荷。
这些载荷对飞机的结构和性能都有着重要影响。
同时，由于各种原因，飞机在飞行过程中可能会遭受过载，即超过了设计载荷的力的作用。
下面将分别介绍飞机飞行中的主要载荷和一些过载案例。
1.重力载荷：重力是指地球对飞机的作用力。
重力载荷主要通过机身结构承受，并从机身传递到翼面和机翼。
当飞机升空时，由于重力的作用，机翼需要产生升力来平衡重力。
重力载荷的大小与飞机的质量相关。
2.升力载荷：升力是指飞机在空中飞行时产生的垂直向上的力。
升力载荷主要通过机翼承载，并从机翼传递到机身结构。
升力的大小与飞机的速度、密度和机翼的形状等因素有关。
3.推力载荷：推力是指飞机发动机产生的向前的力。
推力载荷主要通过发动机座舱和机身传递到起落架和机翼。
推力的大小与发动机的功率相关。
4.阻力载荷：阻力是指飞机在飞行中受到的空气阻力。
阻力载荷主要通过机翼、机身和机尾传递到飞机结构。
阻力的大小与飞机的速度、气动外形和空气密度等因素有关。
阻力产生的载荷会导致飞机的速度下降或者加速度增加，从而加大其他载荷的作用。
5.惯性载荷：惯性载荷是指飞机在运动过程中由于加速度变化而产生的力。
惯性载荷主要通过飞机结构承受。
当飞机进行加速、减速、转弯和爬升等操作时，惯性力会对飞机产生作用，对飞机结构造成影响。
在飞行中，由于各种原因，飞机可能会遭遇过载，即承受超过设计载荷的力。
这种过载可能会导致飞机结构的损坏或破坏，从而造成事故。
以下是一些过载案例：1.气象引起的过载：飞机在恶劣气象条件下飞行，比如强风、大雨、雷暴等，可能会遭遇突然的气流变化，导致飞机遭受过载。
例如，飞机在下降过程中遭遇下行气流，可能会急剧下降并承受过大的载荷。
2.操纵失误引起的过载：飞行员在操纵飞机时的失误可能导致过载。
例如，飞行员在起降或者急转弯时过度操作飞机，导致飞机承受过大的载荷。
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
[物理]飞机结构与系统第二章 飞机外载荷
![[物理]飞机结构与系统第二章 飞机外载荷](https://img.taocdn.com/s3/m/b7e55c68336c1eb91a375dc4.png)
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。
飞机系统1 1飞机飞行载荷与过载讲解
中国民用航空飞行学院
1-1飞机飞行载荷与过载
§1-1 飞机飞行载荷与过载 2/21
飞机载荷 ? 飞机载荷:飞机受到的各种力。
? 气动力； ? 飞机重力； ? 发动机推（拉）力； ? 地面反作用力； ? ……
§1-1 飞机飞行载荷与过载 3/21
飞机载荷 ? 飞机载荷可分为
? 飞行载荷
? 在飞行中受到的气动力（包括升力Y、阻 力X、侧向力Z等）、重力G、推（拉） 力P等和各种力矩M。
ch1飞机飞行载荷与机体aircraftflightloadandairframe欢迎学习中国民用航空飞行学院11飞机飞行载荷与过载22111飞机飞行载荷与过载11飞机飞行载荷与过载321飞机载荷
欢迎学习
CH1 飞机飞行载荷与机体
（Aircraft Flight Load and Airframe ）
飞机过载
? 飞机过载
? 飞机过载是飞机在某飞行状态下升力
与重力的比值，即
n
?
Y G
。
? 飞机过载表明了机体受载的严重程度。
? 注意：飞机过载可能 ? 1/ ? 1/ ? 0 / ? 0 ，
其正负取决于升力在机体坐标系上的
方向。
§1-1 飞机飞行载荷与过载 16/21
飞机过载
? 几种典型状态下的过载
几种典型状态下的飞行载荷
? 平飞：飞机等速水平直线飞行。
? 机翼蒙皮受力情况
? 低速大迎角：上吸下压，受力小。
?易失速
? 高速小迎角：上下受吸（易鼓胀），前缘受压 （易凹陷），受力大。
?易增大阻力、损坏蒙皮。
?所以在任何时候，必须确保：V<VNE
§1-1 飞机飞行载荷与过载 10/21
1-1飞机飞行载荷与过载
§1-1 飞机飞行载荷与过载 2/21
飞机载荷 ? 飞机载荷:飞机受到的各种力。
? 气动力； ? 飞机重力； ? 发动机推（拉）力； ? 地面反作用力； ? ……
§1-1 飞机飞行载荷与过载 3/21
飞机载荷 ? 飞机载荷可分为
? 飞行载荷
? 在飞行中受到的气动力（包括升力Y、阻 力X、侧向力Z等）、重力G、推（拉） 力P等和各种力矩M。
ch1飞机飞行载荷与机体aircraftflightloadandairframe欢迎学习中国民用航空飞行学院11飞机飞行载荷与过载22111飞机飞行载荷与过载11飞机飞行载荷与过载321飞机载荷
欢迎学习
CH1 飞机飞行载荷与机体
（Aircraft Flight Load and Airframe ）
飞机过载
? 飞机过载
? 飞机过载是飞机在某飞行状态下升力
与重力的比值，即
n
?
Y G
。
? 飞机过载表明了机体受载的严重程度。
? 注意：飞机过载可能 ? 1/ ? 1/ ? 0 / ? 0 ，
其正负取决于升力在机体坐标系上的
方向。
§1-1 飞机飞行载荷与过载 16/21
飞机过载
? 几种典型状态下的过载
几种典型状态下的飞行载荷
? 平飞：飞机等速水平直线飞行。
? 机翼蒙皮受力情况
? 低速大迎角：上吸下压，受力小。
?易失速
? 高速小迎角：上下受吸（易鼓胀），前缘受压 （易凹陷），受力大。
?易增大阻力、损坏蒙皮。
?所以在任何时候，必须确保：V<VNE
§1-1 飞机飞行载荷与过载 10/21
飞机飞行载荷与过载.ppt
§1-1 飞机飞行载荷与过载 3/20
飞机载荷
飞机载荷可分为
地面载荷
在地面受到的地面支持力、地面摩擦力、 飞机重力等。 飞机气密座舱所受的内外气压差。
座舱增压载荷
§1-1 飞机飞行载荷与过载 4/20
结构强度和结构刚度
结构强度：结构抵抗破坏的能力。
有限！ 载荷过大任何结构总可以 国 民 用 航 空 飞 行 学 院
飞机载荷
飞机载荷:飞机受到的各种力。
气动力； 飞机重力； 发动机推（拉）力； 地面反作用力； ……
§1-1 飞机飞行载荷与过载 2/20
飞机载荷
飞机载荷可分为
飞行载荷
在飞行中受到的气动力（包括升力Y、阻 力X、侧向力Z等）、重力G、推（拉） 力P等和各种力矩M。
§1-1 飞机飞行载荷与过载 11/20
几种典型状态下的飞行载荷
水平平面内曲线飞行
G Y cos G Y cos 坡度 越大，所需升 力就越大！飞机就越 容易失速或损坏！ 坡度的限制因素：发 动机推力；飞机临界 迎角；飞机结构强度 和刚度。 民机正常 max =30°, 单发 max =15°。 飞行操纵应及时、柔 和，不能随意压大坡 度。
§1-1 飞机飞行载荷与过载 8/20
几种典型状态下的飞行载荷
平飞：飞机等速水平直线飞行。
机翼蒙皮受力情况
低速大迎角：上吸下压，受力小。
易失速
高速小迎角：上下受吸（易鼓胀），前缘受压 （易凹陷），受力大。
易增大阻力、损坏蒙皮。
所以在任何时候，必须确保：V<VNE
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第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载
(1) (2)
飞机两种平飞状态
升力虽然没变，但气动力分布发生变化，机翼表面力改变。
第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载
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：
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: ① 对重力视可不见
②过载是一矢量（通常说的过载指ny ）
③过载表示倍数
④平直匀速飞行：ny=1
⑤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
1 2 Y G C V S y 2 1 P X C x V 2 S 2
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
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
V n y cos 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
2
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。
2
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？
r 583m
第二部分 第二章 飞机飞行的主要载荷及过载
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
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？
解：（1）
10001000/ 3600 cos 7.87 v2 n y cos cos gr 9.8 1000
2
45 , 30 , 0 ,
（ 2）
n y 8.577 n y 8.736 n y 8.87
v2 ny 1 8 gr
v2 r 1123 .64m 7g
第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载
进入俯冲
V n y cos gr
（可能为负，升力不总是正的）
解：
V2 V2 n y cos cos45 0 gr 9.81 1000
V 83.28m / s 299 .81km / h
第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载
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
Y 1 ny G cos
第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载
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
解： (1)
r H1 H 2 2000 1000 1000 m
2
7201000/ 3600 5.082 v2 n y cos cos0 0 gr 9.8 1000
(2)
v2 ny 1 8 gr
v2 7 gr
v 261 .92 m / s 942 .9km / h
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？
飞机飞行载荷与设计规范
包括： 第二章 第三章 飞机飞行中的主要载荷及过载 飞机设计规范简介
第二部分
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
(1) (2)
飞机两种平飞状态
升力虽然没变，但气动力分布发生变化，机翼表面力改变。
第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载
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：
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: ① 对重力视可不见
②过载是一矢量（通常说的过载指ny ）
③过载表示倍数
④平直匀速飞行：ny=1
⑤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
1 2 Y G C V S y 2 1 P X C x V 2 S 2
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
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
V n y cos 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
2
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。
2
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？
r 583m
第二部分 第二章 飞机飞行的主要载荷及过载
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
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？
解：（1）
10001000/ 3600 cos 7.87 v2 n y cos cos gr 9.8 1000
2
45 , 30 , 0 ,
（ 2）
n y 8.577 n y 8.736 n y 8.87
v2 ny 1 8 gr
v2 r 1123 .64m 7g
第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载
进入俯冲
V n y cos gr
（可能为负，升力不总是正的）
解：
V2 V2 n y cos cos45 0 gr 9.81 1000
V 83.28m / s 299 .81km / h
第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载
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
Y 1 ny G cos
第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载
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
解： (1)
r H1 H 2 2000 1000 1000 m
2
7201000/ 3600 5.082 v2 n y cos cos0 0 gr 9.8 1000
(2)
v2 ny 1 8 gr
v2 7 gr
v 261 .92 m / s 942 .9km / h
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？
飞机飞行载荷与设计规范
包括： 第二章 第三章 飞机飞行中的主要载荷及过载 飞机设计规范简介
第二部分
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