1.2 飛機載荷和載荷譜基本知識

1.2.1 飛機載荷

1.飛機載荷概念

飛機載荷是飛機在使用過程中作用在飛機結構上各種力的總稱，簡言之，飛機載荷是指作用在飛機上的力和力矩。例如，圖1-1表示在對稱飛行中作用在典型飛機上的氣動力和氣動力矩，這些力包括升力L、重力W、推力T、阻力D及俯仰力矩M等。這些力在飛機水平直線飛行中是處于平衡狀態的，也就是說，升力、重力等各種垂直力之和等于零，推力、阻力等各種水平力之和等于零，機翼俯仰力矩、水平尾翼平衡力矩、推力線位置引起的力矩等各種力矩之和等于零，即

飛機在使用過程中，各零部件上作用有各種各樣載荷，一些零部件在飛行中所受到的載荷是最危險的，而另一些零部件則是在起飛和著陸時最危險，它們往往會導致飛機一些零部件失效和結構破壞，甚至會導致機毀人亡。因此，在飛機設計和驗證中必須對飛機載荷給予特別關注，要準確計算載荷并正確驗證飛機結構載荷和強度，以確保飛機結構在使用中的可靠性和安全性。

2.飛機載荷分類

飛機載荷可以從不同角度進行分類。

1）按載荷性質分

飛機載荷可分為靜載荷、動載荷（振動載荷、聲載荷、沖擊載荷等）、疲勞載荷和熱載荷。

從力學角度來說，靜載荷和動載荷是以載荷的變化速率為主要特征，用結構固有頻率為參照，載荷大小、方向及作用點隨時間緩慢變化者為靜載荷，快速變化者為動載荷；疲勞載荷是以載荷的交變性和重復性為主要特征，無論什么載荷，只要反復多次作用于飛機結構，則都是疲勞載荷。所以，疲勞載荷可以是靜態的，也可以是動態的。熱載荷是以溫度對載荷的影響為主要特征。

2）按載荷來源分

飛機載荷可分為外界環境所引起的載荷和結構操作使用所引起的載荷。前者如大氣紊流引起的陣風載荷，機場跑道不平所引起的動態滑行載荷，水面不同浪高所引起的水面滑行載荷等；后者如飛行員空中操作所引起的機動載荷，下滑著陸操作所引起的著陸撞擊載荷，地面操作所引起的地面操縱載荷（包括剎車、轉彎、牽引、打地轉、最小半徑轉彎、發動機地面試車、前輪靜態操縱等）。

3）按飛機所處的位置和狀態分

飛機載荷可分為飛行載荷和地面載荷。前者如飛行機動載荷、陣風載荷；后者如著陸撞擊載荷、滑行載荷、地面操縱載荷。

4）按載荷作用方向分

飛機載荷可分為垂直力、水平力（航向力和側向力）、俯仰力矩、滾轉力矩和偏航力矩。

5）接受力部件分

飛機載荷可分為機翼載荷、機身載荷、平尾載荷、垂尾載荷、起落架載荷等。

6）按氣動力和飛機運動狀態關系分

飛機載荷可分為飛機飛行中由空氣動力產生的氣動載荷、由運動加速度產生的慣性載荷和結構總載荷，而且結構總載荷等于氣動載荷和慣性載荷之和。

7）按與飛機質量的關系分

飛機載荷可分為兩類：與飛機或飛機的部分質量相關的質量載荷（力）和與質量無關的表面載荷（力）。質量力包括重量力、與法向加速度和切向加速度相關的慣性力。質量力與質量成正比，它分布在飛機結構整體中。表面力包括飛機三個方向的氣動力（升力、阻力和側力）、發動機推力和飛機各部分之間的相互作用力。

8）按載荷的分布方式分

飛機載荷可分為集中載荷、線分布載荷、面分布載荷和體分布載荷。

9）按飛機零部件載荷傳遞方式和機理分

飛機載荷可分為拉伸載荷（拉力）、壓縮載荷（壓力）、剪切載荷（剪力）、扭轉力矩（扭矩）和彎曲力矩（彎矩）。結構載荷的傳遞方式和機理如圖1-2所示。

3.飛機載荷的獲取方法

飛機載荷的獲取方法主要有以下幾種：理論計算、風洞試驗、飛行試驗和參數識別。這些方法適用于飛機設計的不同階段，而且有各自不同的適用范圍。

初步設計階段主要用理論計算的方法來初步確定飛機載荷，在打樣設計階段和詳細設計階段要用風洞試驗的測力測壓數據修正理論計算結果，有時甚至直接采用風洞試驗測量的氣動力。在整個設計階段，載荷計算不是一次完成的，有一個由淺入深、由粗到精的反復計算和修正過程。在設計定型階段則要通過飛行試驗來獲得真實飛行條件下的結構載荷，以驗證計算是否滿足設計要求。利用飛行試驗所獲得的實測載荷和相關的飛行參數，通過參數識別方法建立載荷和參數之間的統計關系，由此關系可以求出由于飛行試驗可能測不到的高載和飛行試驗測不出或測不準的某些動載荷，還可用于飛機投入使用后的飛機使用壽命監控中的疲勞載荷計算。