飞机结构设计(第2章)2012讲解

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2.2 典型飞行姿态和载荷系数
1-弹簧，2-重块，3-指针，4-阻尼器
过载表
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2.2 典型飞行姿态和载荷系数
二、其他飞行姿态的载荷系数计算:
1. 进入俯冲情况：
Y
G
cos
ma y
G g
v2 r
ny
cos
v2 gr
视v与r的不同情况，ny可能为正， 也可能为负，还有可能为零
一、等速直线平飞时的受载情况：
升力Y
阻力X
发动机推力T
等速直线平飞
飞机的重力G
Y G TX
Y G 1
（牛顿第一定律）
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2.1 飞机结构的主要载荷
飞机的外载图像演示
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2.1 飞机结构的主要载荷
二、俯冲后拉起时的受载情况：
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俯冲拉起
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2.1 飞机结构的主要载荷
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2.2 典型飞行姿态和载荷系数
④ 飞机中的某集中质量GI=mig，作用在结构上的质量力 为： Pi nGi 或分量 Piy nyGi
⑤ 当飞机沿x方向有变速运动时，x向惯性力：
Nx
ma
G g
dv dt
若俯冲拉起中的曲线运动中，切向是加速运动，则：
nx
(T
X)/G
Nx
G sin
G
1 g
dv sin
dt
⑥ nz= 0（飞机展向变速平移难）；az一般较小，在大机 动飞行中可能出现。
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2.2 典型飞行姿态和载荷系数
3. 实用意义：
① 作为飞机结构设计时重要原始载荷系数； ② n 的大小实际反映了飞机的机动性能； ③ 结合n 和已知的气动力分布，可获得实际作用
于结构上载荷的大小，从而进行设计与校验。 ④ 可通过在飞机重心处安装加速度计来的所有外力 的合力与当时飞机重量的比值，称为该方向上的 载荷系数。
Note: ① 对重力视可不见； ② 千万不能计及惯性力；
③ 机体坐标系为正向； ④ 载荷系数是一矢量，分量用 nx , ny , nz
表示
e.g. 平直匀速飞行：ny 1 ，平直匀速倒飞：ny 1 （-Y/G Y与机体坐标系相反）
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等速水平盘旋
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2.2 典型飞行姿态和载荷系数
Y1 G
1. 思维要点：
主要载荷形式； 主要载荷分类； 作用于结构如何分析。
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第二章、飞机结构的外载和设计规范
★飞机外载荷：
是指飞机在起飞、飞行、着陆和地面滑行等使用 过程中，作用在机体各部分上的气动力、重力和地面 反力等外力总称。
飞行时外载荷
飞机外载荷分类：
起飞、着陆时的外载荷
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0o
（2） nymax 与曲线航迹半径成反比，与切线运动速度的平 方成正比，这表明：
若 nymax 一定，v 一定，则运动半径就规定了；太
小，则结构承载发生问题；
若 nymax 一定，r 一定，则速度受限制。
（3）由此看来，对结构设计是一个重要的无量纲载荷系 数。
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2.2 典型飞行姿态和载荷系数
飞机在空中飞行时的受载情况：
T X max Yw Yt G ma y Ywc Yt (d c) I zaz
式中：Yw 机翼升力； Yt 尾翼升力；ax , ay x, y 方向的加速度； I z 飞机绕z轴的质量惯性矩；az 飞机绕z轴的角加速度
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2.1 飞机结构的主要载荷
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第二章、飞机结构的外载和设计规范
飞行时外载荷 起飞、着陆时的外载荷
飞机外载荷取决于：外形的气动力特性
起落架的减振特性 使用情况
飞机的外载荷 强度规范
结构设计、强度 计算的重要依据
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2.1 飞机结构的主要载荷
飞机的升力要求作用在重力的后面，目的是为了保证 飞机的稳定性。
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2.1 飞机结构的主要载荷
空中飞行情况
空中飞行情况
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升力Y 阻力X 发动机推力T 飞机的重力G
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2.1 飞机结构的主要载荷
地面运动情况
地面运动情况
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2.1 飞机结构的主要载荷
载荷的参照坐标系：机体坐标系
飞机上的坐标系
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2.1 飞机结构的主要载荷
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2.1 飞机结构的主要载荷
Y G cos ma y
Y cos v2
G
gr
Y G cos N y
等速平飞 Y 1
G
俯冲后拉起升力等于G乘上一个系数，
该系数称为载荷系数。
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2.1 飞机结构的主要载荷
分析该曲线运动中，N y 的特性
（1） ny m ax
1
v2 gr
一、俯冲拉起:
对称面内作曲线机动飞行情况（纵向飞行）飞机的 升力使飞机保持向心曲线运动。
动平衡关系：（机体坐标系y向）
Y 1 表现了运动的变速特征（曲线运动）
G
设飞机的速度为 v ，航迹曲率半径为 r
则法向速度为
ay
v2 r
mv 2 N y ma y r
G mg
Ny
Gv 2 gr
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第二章、飞机结构的外载和设计规范
本章内容 2.1 飞机结构的主要载荷 2.2 典型飞行姿态和载荷系数 2.3 复杂载荷情况 2.4 飞机的设计规范
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第二章、飞机结构的外载和设计规范
飞机作为运载工具要求反复使用，可能经历各样 的复杂载荷历程。最主要、最基本的有哪些？ 对结构 的影响作用是什么？这是设计师们关心的基本问题； 其次是不同载荷形态与主要载荷的差异以及这些载荷 的变化规律（包括大气气象规律的统计）。
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2.2 典型飞行姿态和载荷系数
2. 垂直俯冲情况： 此时：Y 0, ny 0
x方向的载荷系数：
nx
T
X G
Nx G G
发动机的推力T=0时，自由落体运动， 机内各装载物均没有垂直（x方向）的 力作用于结构上
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2.2 典型飞行姿态和载荷系数
3. 等速水平盘旋情况： 这也是飞机机动性能的主要指标之一
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2.2 典型飞行姿态和载荷系数
2. 物理意义：
① 表示了作用于飞机重心处的外力与飞机重力 的比值关系；
② 表示了飞机质量力（重力与惯性力均与质量有 关，故统称为质量力）与重力的比率。（应注 意质量力与外力方向相反）
③ 飞机的质量力应当是飞机的各部分质量力之和：
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