載荷係數

載荷係數是指除重力外，作用在飛機上的某方向上所有外力之合力與當時飛機重力之比值，叫載荷係數。由定義可以看出，載荷係數是一個矢量，用符號n表示。

載荷係數又稱“過載”。飛行器所受載荷與其重力之比。載荷就是除重力外，飛機所受的其他外力之和。為了便於分析和套用，飛機載荷係數以其在速度坐標軸三個軸上的投影表示，分別稱為法向(y)、縱向(x)和側向(z)載荷係數。

載荷係數是為了考慮零件在實際工作中所承受的動載、偏載、衝擊載荷等附載入荷的影響，所引入的係數。

基本介紹

• 中文名：載荷係數
• 外文名：Load factor
• 又稱：過載

載荷係數計算

載荷係數在機體坐標軸系三個主軸方向的分量為n_x、n_y、n_z(見概述圖)。除重力以外的總外力在y方向上的分量(可近似認為就是升力Y)與飛機重力G之比就是y向的載荷係數n_y，它可能為正,也可能為負，這取決於該外力的方向。當升力Y與y坐標軸正方向一致時取正,反之取負。

在平直飛行情況下,飛機的升力只要求與重力相等，即Y=G,此時n_y=Y/G=1。若飛機作等速平直倒飛，則n_y=-1(因此升力方向與y軸的正方向相反)。但在曲線飛行時．如俯衝拉起情況下，升力大于飛機重力的徑向分力G·cosθ，這兩個力之差使飛機產生向心加速度，飛行軌跡便向上彎曲。此時，n_y=Y/G=cosθ+v²/gr，當以大速度小半徑猛烈拉起時，將會產生很大的正n_y。n_y越大,表示升力比飛機重力大得越多,飛機受力越嚴重。

當然,在飛機的x方向上,也會出現與切線加速度相關的慣性力N_x，即(2.8)

按照定義，在俯衝、拉起等各種飛行情況下,x方向的載荷係數應為：除去重力外的x方向的所有外力(沿x方向分量)與重力之比，即(2.9)

將式（2.9）代入式（2.8）得

由於a_x一般較小（式(2.8)中對應俯衝拉起飛行中又有加力的情況），而飛機結構在x方向的強度、剛度較好，故除特殊情況（如著陸剎車、前方撞擊等）外，n_x常不予考慮。平直等速飛行時，T=X，n_x=0。另外，z向的過載一般也較小，不予考慮，因此，y向載荷係數是考慮的重點。

物理意義

載荷係數表示了實際作用於飛機重心處(坐標原點)除重力外的外力與飛機重力的關係。它是用比值的概念來表示的，為一相對值。就y方向而言，n_y表示飛機升力是重力G(也即是平直飛行時的升力)的多少倍。

另一方面·載荷係數又表示了飛機質量力與重力的比率。就y方向來說．y向實際的質量力(Gcosθ+N_y)是飛機重力G(即等速平飛時的質量力)的多少倍，這個倍數即為n_y即

須注意的是，在動平衡體系中，飛機的總質量力與除重力外的外力是大小相等、方向相反的平衡力系。因此，也可用質量力來計算載荷係數,但如以質量力來決定過載的方向，就應該是與飛機坐標軸正方向相反的為正，反之為負。

實用意義

由上述分析可以看出，飛機的載荷係數是飛機設計時重要的原始參數之一，它有兩方面的實際意義。

(1)載荷係數確定了，則飛機上的載荷大小也就確定了。如果我們知道了飛機重心處的 載荷係數，那么結合對應載荷係數的其他飛行參數（如高度、重量、速度、氣動力分布等）就能 求得飛機結構各部分所受的實際載荷大小，以及它的作用方向，這就便於我們對飛機結構的強 度、剛度等指標進行設計校驗；結構設計時要保證飛機能承受n所確定的載荷。在使用時，不能超過所規定的n值.否則飛機就不安全。

(2)載荷係數還表明飛機機動性的好壞。我荷係數也是各種飛行姿態受載情況與平直飛 行情況相比較下的相對值，通過載荷係數可以了解到飛機的機動性能，因此，載荷係數又是飛 機機動性的重要指標。現代戰鬥機特彆強調機動性能，要求有較大的飛機載荷係數，一般 約等於8。設計時，如能正確選取載荷係數的極限值，則既能使飛機滿足戰術技術要求，又能 使飛機滿足結構的重量要求。

載荷係數可用過載表（見圖2.5(a))等儀器測定。在平直飛行時，無加速度，則載荷係數n_y=1。此時，過載表內的彈簧與重塊的重力平衡，表的指針靜止地指著“1”。當機動飛行出現加速a_y時，表內彈簧由於重塊本身質量力增大而伸長，並帶動指針指出n_y的大小。當載 荷係數為負時，重塊的質量力反向，彈簧受壓縮短，帶動指針反向轉動指出負載荷係數值。重塊浸於油液中以增加阻尼，減小振動，使指針穩定。

如需測飛機某處的載荷係數，就將過載表裝在該處；如果測全機的載荷係數，就將表裝在 飛機的重心處；還可用自動記錄裝置把整個飛行運動過程的載荷係數情況記錄下來，繪成曲 線，以作為飛機設計、研究、改進的依據。

最大載荷係數選取

飛機載荷係數的大小與飛機的飛行戰術、技術性能，飛機結構的受力，設備的正常工作以 及人員的生理機能等均有很大關係。最大載荷係數選得越大，飛機的機動性就越強，可急劇俯 沖拉起，急躍升，大坡度盤旋，以實施突擊或快速有效地二次攻擊。但是載荷係數大了導致結 構受力增大，必然要增加飛機的結構重量以及設備重量（如要產生一定數值的載荷係數，必須 有相當大的剩餘推力·動力裝置因此重量增加）：各種設備也要在很大的慣性力下工作，對設備 的要求也要提高，這有可能影響飛機的其他性能。載荷係數小則機動性差，但結構重量輕，飛 機的其他性能卻有可能提高。因此，在飛機設計時必須恰巧地處理這些矛盾。一般由設計者和訂貨方按照實際需要選用。

確定載荷係數的另一個因素是駕駛員生理 上的抗負荷能力。人是有質量的，載荷係數使 人的各部分重量好像起了變化，重了、輕了，甚 至失重。各內臟器宮、血液等會相對於人體下 壓或上涌，形成生理病態。試驗及明，人體承受 載荷係數的大小不僅與時間長短有關，而且還 與方向有密切的關係。人忍受正載荷係數的能 力較大，但能承受的負載荷係數就小得多（見圖 2.13)。在很短時間內，人能忍受的n_max=8，n_min=-4。

為了提高機上人員承受過載的能力，出現了抗過載服與高過載座艙。抗過載服（見圖 2. 14）的工作原理是這樣的，當出現大的載荷係數時，由發動機引來的壓縮氣體通過氣濾和調 壓器進入抗過載服，並鼓起氣囊，緊壓駕駛員的腹部和腿部，阻止血液遠離心臟而向下半身慣 性流動，以減緩大的正載荷係數時生理病態的發生。高過載座艙（見圖2. 15)主要是駕駛員座 椅可根據飛行載荷係數的大小而自動傾斜不同的角度，以提高駕駛員承受過載的能力。當然 這種座椅內部的布置，操縱系統的安排等也必須與一般的不同，應根據駛員的姿態和變化情 況合理布局。

在飛機設計時，載荷係數的大小應根據飛機的類型、用途來適當確定，不是越大越好。在設計規範中，對不同類型的飛機所應選取的載荷係數值都有明確規定。規範屮一般給定重心 處載荷係數的數據手冊，可供選用.但近年來，規範越來越傾向於指導性，由設計方和訂貨方 靈活選擇。