载荷系数

机械术语

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。

载荷系数计算

载荷系数在机体坐标轴系三个主轴方向的分量为nx、ny、nz(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ny，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。

在平直飞行情况下,飞机的升力只要求与重力相等，即Y=G,此时ny=Y/G=1。若飞机作等速平直倒飞，则ny=-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，ny=Y/G=cosθ+v2/gr，当以大速度小半径猛烈拉起时，将会产生很大的正ny。ny越大,表示升力比飞机重力大得越多,飞机受力越严重。

当然,在飞机的x方向上,也会出现与切线加速度相关的惯性力Nx，即(2.8)

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)

将式（2.9）代入式（2.8）得

由于ax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，nx常不予考虑。平直等速飞行时，T=X，nx=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。

物理意义

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，ny表示飞机升力是重力G(也即是平直飞行时的升力)的多少倍。

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+Ny)是飞机重力G(即等速平飞时的质量力)的多少倍，这个倍数即为ny即

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。

实用意义

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ny=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ay时，表内弹簧由于重块本身质量力增大而伸长，并带动指针指出ny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。

最大载荷系数选取

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nmax=8，nmin=-4。

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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