基本介紹
- 中文名：速度載荷圖
- 外文名：velocity load diagram
- 簡稱：VG圖
載荷,載荷因子,VG圖,最大升力曲線,兩個交點,
載荷
載荷指的是使結構或構件產生內力和變形的外力及其它因素。或習慣上指施加在工程結構上使工程結構或構件產生效應的各種直接作用，常見的有：結構自重、樓面活荷載、屋面活荷載、屋面積灰荷載、車輛荷載、吊車荷載、設備動力荷載以及風、雪、裹冰、波浪等自然荷載。
對於不同分析類型，載荷可分為以下幾種不同種類。
結構分析中常見的載荷：力、壓力、重力、位移邊界條件等。
熱分析中常見的載荷：溫度、熱流變率、對流邊界條件等。
磁場分析中常見的載荷：磁勢、磁通量邊界條件等。
載荷因子
任何施加在飛機上使飛機從直線飛行偏斜的力都會在結構上產生一個應力；這個力的大小用術語叫“載荷因子”。
載荷因子是飛行時的作用於飛機的全部負荷和飛機總重量之比值。例如，載荷因子3意思是作用於飛機結構上的全部載荷是飛機總重量的三倍。載荷因子通常表達為術語”G”，也就是說載荷因子3可以說成3G，或者載荷因子4可以說成4G.。
注意到一個有趣的現象是當一個飛機從俯衝拉起且載荷因子為3G時，飛行員將受到3倍於其體重的向下的壓力。因此，在任何機動中載荷因子的大小可以通過考慮飛行員座椅受壓的程度來獲得。由於現代飛機的操作速度大大的增加了，這個影響已經變得非常明確，是所有飛機結構設計中的主要考慮之一。
所有飛機的結構設計都預期只能承受一個確定大小的過載，載荷因子知識是所有飛行員必備的。載荷因子對於飛行員來說重要，是因為兩個不同的原因：
1. 由於明顯的危險過載，飛行員對飛機結構施加影響是合理的。
2. 因為增加的載荷因子增加了失速速度，使得在看起來安全的飛行速度上有失速的可能。
VG圖
最大升力曲線
VG圖上最首要的曲線就是最大升力曲線。示例的飛機在62mph（英里/小時）的時候可以達到不超過1G載荷因子，這是機翼水平失速速度。由於最大載荷因子隨空速的平方成正比，最大的正的升力在92mph的時候達到載荷因子達到2G，112mph的時候達到3G，137mph時達到4.4G，等等。任何在這條曲線以上的載荷因子從空氣動力學上是得不到的；也就是這個VG圖的飛機不能在最大升力曲線之上飛行，因為會失速。本質上相同情況出現在負升力飛行時，但是有個例外，那就是產生給定的負載荷因子所需要的速度比產生相同的正載荷因子的速度要高。
例如，上圖可以看到在62mph的時候產生的載荷因子約1G，而對應於-1G載荷因子，速度大約為80mph。
如果這架飛機飛行的正載荷因子超過正極限載荷因子4.4的話，將可能導致結構化損壞。當飛機在這個區域操作時，將會發生要不得的主結構剩餘形變，也會產生高速疲勞損傷。在正常操作中必須避免在超過極限載荷運行。
兩個交點
在VG圖上還有重要的另外兩點。第一，是正極限載荷因子和最大正升力線的交點。這點是空氣動力學地達到極限載荷因子的最低空速。任何超過此點的空速將會產生能夠損壞飛機的足夠強的升力；任何低於此點的空速產生的正升力都不足以導致飛機的過載損壞。這個速度的一般術語叫“機動速度”，原因是亞音速空氣動力學的考慮能夠預知這種條件下的最小可用轉彎半徑。機動速度是個有用的參考點，因為飛機低於這個速度飛行時不會產生破壞性的正的飛行載荷。在機動速度以下，機動和驟風的任何結合都不會產生機翼過載的破壞。
下一個是負極限載荷因子和最大負升力線的交點。任何大於這點的空速，將會產生足以損壞飛機的負升力；任何低於此點的空速產生的負升力都不足以導致飛機的過載損壞。
極限空速(紅線速度)是飛機的設計參考點，這張圖的飛機受限於225mph。如果飛機要超過這個極限速度，很多現象會導致結構化損壞和結構化故障。
因此，飛機在飛行時是受限於一套速度和不超過極限速度的載荷因子組合，也不能超過極限載荷因子，也不能超出最大升力性能。飛機必須在這個包絡線內運行，這樣才能夠避免結構化損壞，以確保飛機達到預期的使用期限。飛行員必須把VG圖看作是安全運行條件下的空速和載荷因子的允許組合。任何處於結構包絡線之外的機動或者驟風將會導致飛機的結構損壞，它將有效的縮短飛機的使用期限。
