飛機結構設計中外載荷的分析與研究

劉宏博

摘 要：在現代交通運輸工具中，飛機作為主要交通工具，需要重復使用，每天飛在高空中，受到不同的外部載荷，它的受力非常復雜，需要分析它的主要載荷，最基本的載荷，哪些是飛機過載現象，哪些是飛機其他載荷，哪些對飛機有影響，這是設計者們需要關心的問題，對于這些載荷的分析要通過統計大氣氣象的規律。

關鍵詞：主要載荷；飛機過載；其他載荷

1.主要載荷

對于飛機的主要載荷，主要是通過分析飛機在飛行、起飛、著陸等運動中的受力，作用在飛機上的外力就是飛機的外載荷，對于飛機在飛行中的受力，主要是氣流對飛機的阻力，飛機本身的重力，在飛機起飛前的受力有跑到對飛機的摩擦力，氣流對飛機的阻力，如圖1。

對于飛機起飛過程中的載荷有質量力Rm，這種力是與飛機質量或者加速度相關的力，例如G，這種力可以分解成沿著飛機方向的Gsinθ力和沿著飛機垂直方向上的Gcosθ力；另一種起飛過程中的力為表面力Rf，所謂表面力就是直接接觸到飛機表面的力，例如氣流對飛機的提升力Y，發動機的推力也是表面力，起飛過程中的受力如圖2。

2.飛機過載

飛機過載的概念就是飛機飛機表面力與飛機自身重量之比，用n表示，具體公式如下：

式中：Rf——飛機表面力；

G——飛機自身重力。

飛機的過載是一個可以為正數、也可以為負數的值，是一個與坐標方向有關的量，方向一致為正，相反為負，對于沒有特殊要求的，一般過載系數為ny，因為在x、Z方向上的nx、nz比較小，力學分析圖如圖3。

對于飛機過載的意義它是飛機設計中需要依據的原始參數，它是與飛機狀態密切相關的，對于飛機過載，在不同飛行模式下都會有過載，水平勻速飛機、垂直飛行、曲面飛行，同時還有特殊情況下，突然遇到大風、在飛機著陸時候，這種情況下，飛機的過載最大。

3.其他載荷

3.1熱載荷

飛機在飛行過程中，會受到熱載荷，飛機的動力裝置，運行時候會產生大量的熱，飛機飛行過程中，氣流與飛機表面摩擦產生的熱，太陽對飛機的熱，這些都會產生熱載荷。

飛機飛行過程中，產生熱量后，會對飛機結構材料的輕度和剛度產生影響，會使它的性能下降，如果飛機長時間受熱，材料還會產生蠕變，這樣會破壞材料，使材料永久變形，所以飛機設計上對內部要有散熱裝置，較小熱量，外邊摩擦受熱，材料選擇航空材料，減小摩擦熱。

3.2疲勞載荷

飛機疲勞破壞是在材料靜強度非常小的情況下發生，所以發生疲勞破壞非常危險，會使飛機上設備工作不正常，從而影響飛機安全，圖4反映了飛機在受到疲勞載荷時候，材料發生的破壞和性能指標變化。

在飛機飛行過程中，突風載荷和機動重復載荷是飛機的主要疲勞載荷，在設計上對這個需要著重分析。

結束語

在飛機飛行中還會受到其他的載荷，這種是特殊載荷，非正常狀態下的載荷，發動機停機、飛機在著陸時候單輪著地，這種載荷都是特殊情況，在這種情況下，飛機機組人員一般都有應對策略，根據情況可以選擇迫降，或者在繼續飛行，無論飛機在飛行中受到怎樣的載荷，飛機設計人員在設計之初都已經考慮在內，只有綜合分析飛機載荷，才會避免飛機飛行中出現故障。

參考文獻

[1]葛森，曹琦，邵闖主編，飛機壁板結構的高溫聲波疲勞試驗方法，1997.

[2]范玉清.現代飛機制造技術[M].北京：北京航天大學出版社，1999.

[3]張春月，沙云東，蘇志敏，航空薄壁結構高溫聲疲勞應力工程分析方法，沈陽航空工業學院學報，2007.