载荷系数

 

2020-10-13 13:39

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  载荷系数是指除重力外,作用在飞机上的某方向上所有外力之合力与当时飞机重力之比值,叫载荷系数。由定义可以看出,载荷系数是一个矢量,用符号n表示。

  载荷系数又称“过载”。飞行器所受载荷与其重力之比。载荷就是除重力外,飞机所受的其他外力之和。为了便于分析和应用,飞机载荷系数以其在速度坐标轴三个轴上的投影表示,分别称为法向(y)、纵向(x)和侧向(z)载荷系数。

  载荷系数是为了考虑零件在实际工作中所承受的动载、偏载、冲击载荷等附加载荷的影响,所引入的系数。

  (见概述图)。除重力以外的总外力在y方向上的分量(可近似认为就是升力Y)与飞机重力G之比就是y向的载荷系数n

  ,它可能为正,也可能为负,这取决于该外力的方向。当升力Y与y坐标轴正方向一致时取正,反之取负。

  =-1(因此升力方向与y轴的正方向相反)。但在曲线飞行时.如俯冲拉起情况下,升力大于飞机重力的径向分力G·cosθ,这两个力之差使飞机产生向心加速度,飞行轨迹便向上弯曲。此时,n

  按照定义,在俯冲、拉起等各种飞行情况下,x方向的载荷系数应为:除去重力外的x方向的所有外力(沿x方向分量)与重力之比,即(2.9)

  一般较小(式(2.8)中对应俯冲拉起飞行中又有加力的情况),而飞机结构在x方向的强度、刚度较好,故除特殊情况(如着陆刹车、前方撞击等)外,n

  =0。另外,z向的过载一般也较小,不予考虑,因此,y向载荷系数是考虑的重点。

  载荷系数表示了实际作用于飞机重心处(坐标原点)除重力外的外力与飞机重力的关系。它是用比值的概念来表示的,为一相对值。就y方向而言,n

  另一方面·载荷系数又表示了飞机质量力与重力的比率。就y方向来说.y向实际的质量力(Gcosθ+N

  须注意的是,在动平衡体系中,飞机的总质量力与除重力外的外力是大小相等、方向相反的平衡力系。因此,也可用质量力来计算载荷系数,但如以质量力来决定过载的方向,就应该是与飞机坐标轴正方向相反的为正,反之为负。

  由上述分析可以看出,飞机的载荷系数是飞机设计时重要的原始参数之一,它有两方面的实际意义。

  (1)载荷系数确定了,则飞机上的载荷大小也就确定了。如果我们知道了飞机重心处的 载荷系数,那么结合对应载荷系数的其他飞行参数(如高度、重量、速度、气动力分布等)就能 求得飞机结构各部分所受的实际载荷大小,以及它的作用方向,这就便于我们对飞机结构的强 度、刚度等指标进行设计校验;结构设计时要保证飞机能承受n所确定的载荷。在使用时,不能超过所规定的n值.否则飞机就不安全。

  (2)载荷系数还表明飞机机动性的好坏。我荷系数也是各种飞行姿态受载情况与平直飞 行情况相比较下的相对值,通过载荷系数可以了解到飞机的机动性能,因此,载荷系数又是飞 机机动性的重要指标。现代战斗机特别强调机动性能,要求有较大的飞机载荷系数,一般 约等于8。设计时,如能正确选取载荷系数的极限值,则既能使飞机满足战术技术要求,又能 使飞机满足结构的重量要求。

  载荷系数可用过载表(见图2.5(a))等仪器测定。在平直飞行时,无加速度,则载荷系数n

  =1。此时,过载表内的弹簧与重块的重力平衡,表的指针静止地指着“1”。当机动飞行出现加速a

  的大小。当载 荷系数为负时,重块的质量力反向,弹簧受压缩短,带动指针反向转动指出负载荷系数值。重块浸于油液中以增加阻尼,减小振动,使指针稳定。

  如需测飞机某处的载荷系数,就将过载表装在该处;如果测全机的载荷系数,就将表装在 飞机的重心处;还可用自动记录装置把整个飞行运动过程的载荷系数情况记录下来,绘成曲 线,以作为飞机设计、研究、改进的依据。

  飞机载荷系数的大小与飞机的飞行战术、技术性能,飞机结构的受力,设备的正常工作以 及人员的生理机能等均有很大关系。最大载荷系数选得越大,飞机的机动性就越强,可急剧俯 冲拉起,急跃升,大坡度盘旋,以实施突击或快速有效地二次攻击。但是载荷系数大了导致结 构受力增大,必然要增加飞机的结构重量以及设备重量(如要产生一定数值的载荷系数,必须 有相当大的剩余推力·动力装置因此重量增加):各种设备也要在很大的惯性力下工作,对设备 的要求也要提高,这有可能影响飞机的其他性能。载荷系数小则机动性差,但结构重量轻,飞 机的其他性能却有可能提高。因此,在飞机设计时必须恰巧地处理这些矛盾。一般由设计者和订货方按照实际需要选用。

  确定载荷系数的另一个因素是驾驶员生理 上的抗负荷能力。人是有质量的,载荷系数使 人的各部分重量好像起了变化,重了、轻了,甚 至失重。各内脏器宫、血液等会相对于人体下 压或上涌,形成生理病态。试验及明,人体承受 载荷系数的大小不仅与时间长短有关,而且还 与方向有密切的关系。人忍受正载荷系数的能 力较大,但能承受的负载荷系数就小得多(见图 2.13)。在很短时间内,人能忍受的n

  为了提高机上人员承受过载的能力,出现了抗过载服与高过载座舱。抗过载服(见图 2. 14)的工作原理是这样的,

  当出现大的载荷系数时,由发动机引来的压缩气体通过气滤和调 压器进入抗过载服,并鼓起气囊,紧压驾驶员的腹部和腿部,阻止血液远离心脏而向下半身惯 性流动,以减缓大的正载荷系数时生理病态的发生。高过载座舱(见图2. 15)主要是驾驶员座 椅可根据飞行载荷系数的大小而自动倾斜不同的角度,以提高驾驶员承受过载的能力。当然 这种座椅内部的布置,操纵系统的安排等也必须与一般的不同,应根据驶员的姿态和变化情 况合理布局。

  在飞机设计时,载荷系数的大小应根据飞机的类型、用途来适当确定,不是越大越好。在设计规范中,对不同类型的飞机所应选取的载荷系数值都有明确规定。规范屮一般给定重心 处载荷系数的数据手册,可供选用.但近年来,规范越来越倾向于指导性,由设计方和订货方 灵活选择。

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