第二部分 飞机飞行中的主要载荷及过载
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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。
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。
4.2设计载荷
为了保证一定的安全裕度，飞机结构实际设计时通常按能承受高于限制载荷的 载荷进行设计，即对静强度问题采用设计载荷法或破坏载荷法。所谓设计载荷即为 使用载荷乘以安全系数。飞机及各构件在该载荷作用下不应破坏，故又称极限载荷 (ultimate load)。破坏载荷法的强度条件是 Fd = Fe ⋅ f ≤ Fu 或 σ d ≤ σ b 式中， Fd —设计载荷； Fe —使用载荷； f —安全系数； Fu —极限载荷； σ d —设计 应力； σ b —材料的破坏应力。 飞机结构是个复杂的、超静定的以及多传力通道的受力结构，并大量采用弹塑 性材料，当某一结构元件在使用载荷下达到比例极限或在设计载荷下某元件达到破 坏强度时，该元件不能承受更大载荷，但其他元件仍能承担更大的载荷。各结构元 件间所承担的载荷将重新分配，直到最主要的或较多的受力构件破坏时，整个结构 才破坏。因此，按设计载荷来进行设计，可充分发挥超静定结构的承载能力。 另外，飞机结构强度试验时，很难测准结构是否出现了永久变形，而较容易准确测 量得结构是否破坏。因而采用设计载荷进行最后的破坏试验验证，不仅便于测试， 而且更符合实际使用要求。
[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。
空运飞行员的航空器负载和配载
空运飞行员的航空器负载和配载航空器负载和配载是空运飞行员在进行航班任务时必须重视和处理的重要问题。
在保证飞行安全的前提下，合理的负载和配载安排不仅能够提高航空器的运行效率，还能确保货物和乘客的安全和舒适。
本文将探讨空运飞行员在航空器负载和配载方面的职责和挑战，并介绍一些常用的负载和配载策略。
航空器的负载是指航班任务中所携带的货物和乘客的总重量。
飞行员需要确保航空器的负载不超过其最大起飞重量和最大着陆重量的限制。
超载的航空器会影响其性能，增加起飞距离和着陆距离，降低操纵性和燃料效率，甚至导致事故的发生。
因此，飞行员需要准确计算航空器的负载，包括货物的重量和体积以及乘客的数量和平均体重。
配载是指航班任务中货物和乘客在航空器内的位置和布置。
合理的配载能够保持航空器的重心平衡，确保飞行时的稳定性和操纵性。
飞行员需要根据航空器的结构和设计特点，合理分配货物和乘客的重量和位置。
通常情况下，重量较大的货物应当放置在航空器的底部，以降低重心，而轻型货物和乘客则更适合放置在上层舱室。
此外，飞行员还需要考虑货物和乘客之间的平衡和间隔，以确保航空器的稳定性和安全性。
为了准确计算和控制航空器的负载和配载，飞行员通常借助于专门设计的计算软件和工具。
这些软件可以根据航空器的型号和性能参数，计算出最大起飞重量和最大着陆重量，并提供相应的负载和配载建议。
飞行员可以根据实际情况输入货物和乘客的数据，进行实时计算和调整。
这些软件还可以帮助飞行员优化负载和配载方案，以提高航空器的运行效率和经济性。
在实际操作中，飞行员还需要考虑一些特殊情况和挑战。
例如，空运飞行员在运送危险品和特殊货物时需要按照相关法规和标准进行操作，确保安全运输和遵守法律法规的要求。
此外，飞行员还需要根据航班任务的要求，灵活调整负载和配载方案，以适应不同的飞行条件和需求。
除了合理的负载和配载安排外，飞行员还需要密切配合地勤人员和乘务人员的工作。
只有飞行员与机务人员和航空公司的运营人员密切合作，共同分析和解决负载和配载方面的问题，才能确保航空器的安全和运行效率。
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
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
1.2 飞机结构载荷
15/17
ny ny0
zx
g
nx nx 0
z2 x
g
现代飞机结构与系统————飞机结构
飞机载荷 9 着陆过载
16/17
Pld G N y Yld ny Pst G
一般情况下，起落架着陆时的最大过载ny可达34。飞机 在地面的运动情况是多种多样的，因而，不但有ny，也还 会出现nx(如前方撞击、刹车)以及nz(如侧滑着陆等)。
飞机载荷
3.2 机翼蒙皮受力情况
5/17
（1）高速小迎角 蒙皮上下受吸（易鼓胀），前缘受压（易凹陷），受 力大。
易增大阻力、损坏蒙皮。
现代飞机结构与系统————飞机结构
飞机载荷
3.2 机翼蒙皮受力情况
6/17
（2）低速大迎角 蒙皮上吸下压，受力小 易失速
现代飞机结构与系统————飞机结构
现代飞机结构与系统————飞机结构
飞机载荷
17/17
本节结束
本节知识要点：飞机载荷的类型，若干种典型 飞行状态的受载情况，飞机过载的概念和计算， 突风过载的概念和计算，飞机部件过载的概念 和计算，飞机着陆过载的概念。
CAFUC
现代飞机结构与系统————飞机结构
作用于飞机某方向的除重量之外的外载荷与飞机重量的比值。
ny
nx
Y G
y(竖轴) z(横轴)
飞机 重心
P X G
Z nz G
x(纵轴)
现代飞机结构与系统————飞机结构
飞机载荷 7 飞机过载
飞机过载表明了机体受载的严重程度。 飞机过载可能
13/17
1/ 1/ 0 / 0
1 2 Y CY S 2 1 2 X C X S 2 1 2 Z CZ S 2
飞机系统1-1飞机飞行载荷与过载讲解
使用过载n使用
正常飞行中允许使用的最大过载，是飞机 结构的永久变形限制。
设计过载n设计和使用过载n使用的意义
表明了飞机机动性好坏 表明了飞机抗强突风的能力
使用限制：nn使用<n设计
§1-1 飞机飞行载荷与过载 19/21
小结
基本概念：
飞行载荷、突风载荷、ｎ、ｎ使用、ｎ设计
§1-1 飞机飞行载荷与过载 11/21
几种典型状态下的飞行载荷
垂直平面内曲线飞行
在航迹最低位置升力Y最大 G越大，V越大，R越小，所需升力就越大，
飞机就越容易失速或损坏！
§1-1 飞机飞行载荷与过载 12/21
几种典型状态下的飞行载荷
水平平面内曲线飞行
Y cos G
Y
G cos
重点问题：
●平飞、曲线飞行、突风条件下的载荷特点 及控制。 ●平飞、曲线飞行、突风载荷因数的大小及 ｎ、ｎ使用、ｎ设计的实用意义 ●突风载荷因数影响因素及安全控制。
§1-1 飞机飞行载荷与过载 20/21
本课结束 END OF THIS LESSON
§1-1 飞机飞行载荷与过载 21/21
大小、方向变化不定的气流。
突风载荷
在突风情况下的飞行载荷。
相对而言，水平突风和侧向突风对机体 受载的影响较小，而垂直突风（特别是 垂直向上的突风）对机体受载的影响较 大。
必须注意
突风对飞机起降的影响相对较大。
§1-1 飞机飞行载荷与过载 14/21
突风载荷
飞机遭遇垂直突风
§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。
正常飞行中允许使用的最大过载，是飞机 结构的永久变形限制。
设计过载n设计和使用过载n使用的意义
表明了飞机机动性好坏 表明了飞机抗强突风的能力
使用限制：nn使用<n设计
§1-1 飞机飞行载荷与过载 19/21
小结
基本概念：
飞行载荷、突风载荷、ｎ、ｎ使用、ｎ设计
§1-1 飞机飞行载荷与过载 11/21
几种典型状态下的飞行载荷
垂直平面内曲线飞行
在航迹最低位置升力Y最大 G越大，V越大，R越小，所需升力就越大，
飞机就越容易失速或损坏！
§1-1 飞机飞行载荷与过载 12/21
几种典型状态下的飞行载荷
水平平面内曲线飞行
Y cos G
Y
G cos
重点问题：
●平飞、曲线飞行、突风条件下的载荷特点 及控制。 ●平飞、曲线飞行、突风载荷因数的大小及 ｎ、ｎ使用、ｎ设计的实用意义 ●突风载荷因数影响因素及安全控制。
§1-1 飞机飞行载荷与过载 20/21
本课结束 END OF THIS LESSON
§1-1 飞机飞行载荷与过载 21/21
大小、方向变化不定的气流。
突风载荷
在突风情况下的飞行载荷。
相对而言，水平突风和侧向突风对机体 受载的影响较小，而垂直突风（特别是 垂直向上的突风）对机体受载的影响较 大。
必须注意
突风对飞机起降的影响相对较大。
§1-1 飞机飞行载荷与过载 14/21
突风载荷
飞机遭遇垂直突风
§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。
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）。
10.08.2020
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
10.08.2020
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
飞机重力过载计算公式
飞机重力过载计算公式飞机在飞行过程中会受到重力的影响，当飞机进行急剧转弯、爬升或俯冲时，会产生过载力。
过载力是指飞机所受的重力与飞机自身重量的比值，通常用g表示。
飞机的结构和材料都是根据设计过载来选择的，因此了解飞机重力过载计算公式对于飞行员和飞行工程师来说非常重要。
飞机重力过载计算公式可以通过牛顿第二定律来推导，即F=ma，其中F为受力，m为物体的质量，a为加速度。
在飞机飞行过程中，受力主要来自重力和机体加速度，因此可以将受力分解为重力和过载力两部分。
首先，我们来看重力的计算公式。
重力是指地球对物体的吸引力，通常用g表示，其数值约为9.8m/s²。
重力的计算公式为：Fg = mg。
其中，Fg为重力，m为物体的质量，g为重力加速度。
在飞机飞行过程中，重力是一个恒定的值，取决于地球的重力加速度和飞机的质量。
接下来，我们来看过载力的计算公式。
过载力是指飞机在飞行过程中受到的额外力，其大小取决于飞机的加速度。
过载力的计算公式为：Fn = m a。
其中，Fn为过载力，m为飞机的质量，a为飞机的加速度。
在飞机飞行过程中，加速度可以分解为三个方向上的加速度，水平向前的加速度、竖直向上的加速度和横向的加速度。
因此，过载力也可以分解为三个方向上的过载力。
根据牛顿第二定律，过载力与加速度成正比，因此当飞机进行急剧转弯、爬升或俯冲时，加速度增大，过载力也随之增大。
飞机的设计过载是指飞机在设计飞行状态下所能承受的最大过载值，通常用n来表示。
飞机的设计过载是根据飞机的结构和材料来确定的，超过设计过载值会导致飞机结构受损甚至失事。
在飞机飞行过程中，飞行员需要根据飞机的设计过载值来控制飞机的飞行姿态，避免超过设计过载值。
飞行员可以通过飞行仪表来监测飞机的过载值，一旦超过设计过载值，飞行员需要立即采取措施来减小过载值，以确保飞机的安全飞行。
除了飞行员外，飞行工程师也需要根据飞机的设计过载值来设计飞机的结构和材料。
飞机的结构和材料需要能够承受设计过载值，以确保飞机在飞行过程中不会因过载而出现结构损坏或失事的情况。
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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
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
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。
V 8 .2 m 3 /8 s 2.8 9 k/ 1 h 9 m
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
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
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
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。
解：
(1) r H 1 H 2 20 1 00 0 1 00 m 000
n yc ov g s2 rc0 o 0 s 7 9 2 .1 8 0 1 0 /3 0 06 0 2 0 0 5 0 .0 08
(2)
ny
v2 1 8
gr
v2 7 gr
v 2.9 6 m /2 s 1 9.9 4 k/h m 2
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
45, 30, 0,
ny 8.577 ny 8.736 ny 8.87
（2）
ny
1
v2 8 gr
r v2 112.364m 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
ny
cos
V2 gr
（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ห้องสมุดไป่ตู้（1）
n y co v g 2 s r co 1 s9 0 .8 1 1 0 0 /3 0 0 0 6 2 0 0 c 0 0 o 0 7 .8 s
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
飞机定直平飞受载情况
PYG XCCy x1212VV2 2SS
( 1) ( 2)
第二部分 第二章 飞机飞行中的主要载荷及过载
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