Коэффициент нагрузки (аэронавтика) - Load factor (aeronautics)

В аэронавтике коэффициент нагрузки это соотношение из лифт из самолет к его вес[1][2]:§ 5.22 и представляет собой глобальную меру стресс («нагрузка»), которой подвергается конструкция самолета:

где

коэффициент загрузки,
лифт
это вес.

Поскольку коэффициент нагрузки - это отношение двух сил, он безразмерен. Однако его агрегаты традиционно называют гиз-за связи между коэффициентом нагрузки и кажущимся ускорением свободного падения, ощущаемым на борту самолета. Коэффициент нагрузки, равный единице, или 1 г, соответствует условиям прямого и горизонтального полета, когда подъемная сила равна весу. Факторы нагрузки больше или меньше единицы (или даже отрицательные) являются результатом маневров или порывов ветра.[3]

Коэффициент нагрузки и g

Тот факт, что коэффициент нагрузки обычно выражается в г единиц не означает, что он по размерам такой же, как ускорение свободного падения, также обозначается г. Коэффициент нагрузки строго безразмерный.

Использование г единиц относится к тому факту, что наблюдатель на борту самолета испытает очевидный ускорение свободного падения (т. е. относительно системы отсчета), равное коэффициенту нагрузки, умноженному на ускорение свободного падения. Например, наблюдатель на борту самолета, выполняющего разворот с коэффициентом перегрузки 2 (т. Е. Разворот 2 g), увидит, как объекты падают на пол с ускорением свободного падения, вдвое превышающим нормальное.

Как правило, когда термин коэффициент нагрузки , формально правильно выражать это с помощью только цифр, например «максимальный коэффициент нагрузки 4». Если срок коэффициент нагрузки опускается тогда г вместо этого используется, например, «тянуть поворот на 3 g».[2]:§ 14.3

Коэффициент нагрузки больше 1 вызовет скорость сваливания увеличивать коэффициент, равный квадратному корню из коэффициента нагрузки. Например, если коэффициент нагрузки равен 2, скорость сваливания увеличится примерно на 40%.

Положительные и отрицательные факторы нагрузки

Изменение коэффициента нагрузки п с углом крена θ, во время согласованного поворота. Розовая сила - это кажущаяся масса на борту.

Коэффициент нагрузки, и в частности его знак, зависит не только от сил, действующих на самолет, но и от ориентации его вертикальной оси.

При прямом и горизонтальном полете коэффициент нагрузки равен +1, если самолет летит «вертикально вверх»,[2]:90 тогда как он становится -1, если самолет летит «вверх ногами» (перевернутый). В обоих случаях вектор подъемной силы один и тот же (как видит наблюдатель на земле), но в последнем случае вертикальная ось самолета направлена ​​вниз, что делает знак вектора подъемной силы отрицательным.

В полете с разворотом коэффициент нагрузки обычно больше +1. Например, в повороте на 60 ° угол крена коэффициент загрузки +2. Опять же, если тот же поворот выполняется с перевернутым самолетом, коэффициент нагрузки становится -2. Как правило, в сбалансированном повороте с углом крена θ, коэффициент загрузки п относится к косинус из θ так как[1][2]:407

Еще один способ достичь коэффициента нагрузки, значительно превышающего +1, - это натянуть лифт контроль в нижней части пикирования, тогда как сильное нажатие на ручку вперед во время прямого и горизонтального полета может вызвать отрицательные факторы нагрузки, заставляя подъемную силу действовать в направлении, противоположном нормальному, то есть вниз.

Коэффициент нагрузки и подъем

В определении коэффициента нагрузки подъемная сила - это не просто подъемная сила самолета. крыло, вместо этого это векторная сумма подъемной силы, создаваемой крылом, фюзеляжем и хвостовой оперение,[2]:395 или, другими словами, это составляющая, перпендикулярная воздушному потоку, из суммы всех аэродинамических сил, действующих на самолет.

Подъемная сила в коэффициенте нагрузки также имеет знак, который является положительным, если вектор подъемной силы указывает в или около того же направления, что и вертикальная ось самолета, или отрицательным, если он указывает в противоположном направлении или около него.[4]

Стандарты дизайна

Следует избегать чрезмерных факторов нагрузки из-за возможности превышения прочности конструкции самолета.

Авиационные власти указать пределы коэффициента загрузки, в которых воздушные суда различных категорий должны работать без повреждений. Например, США Федеральные авиационные правила прописать следующие ограничения (для самого ограничительного случая):

  • Для категория транспорта самолеты от −1 до +2,5 (или до +3,8 в зависимости от расчетной взлетной массы)[5]
  • Для самолетов нормальной и переходной категорий от -1,52 до +3,8[6]
  • Для самолетов полезной категории от −1,76 до +4,4[6]
  • Для самолетов акробатической категории от −3,0 до +6,0[6]
  • Для вертолетов от −1 до +3,5[7][8]

Однако многие типы самолетов, в частности пилотажный Самолеты спроектированы так, чтобы выдерживать факторы нагрузки, намного превышающие требуемый минимум. Например, Сухой Су-26 семейство имеет пределы коэффициента загрузки от −10 до +12.[9]

Максимальные коэффициенты нагрузки, как положительные, так и отрицательные, применимые к воздушному судну, обычно указываются в руководство по летной эксплуатации самолета.

Восприятие фактора нагрузки человеком

Когда коэффициент нагрузки равен +1, все пассажиры самолета считают свой вес нормальным. Когда коэффициент нагрузки больше +1, все пассажиры чувствуют себя тяжелее, чем обычно. Например, при маневре весом 2 г все пассажиры чувствуют, что их вес вдвое больше нормы. Когда коэффициент нагрузки равен нулю или очень мал, все пассажиры чувствуют себя невесомыми.[2]:398 Когда коэффициент нагрузки отрицательный, все пассажиры чувствуют себя перевернутыми.

Люди имеют ограниченную способность выдерживать коэффициент нагрузки, значительно превышающий 1, как положительный, так и отрицательный. Беспилотные летательные аппараты могут быть спроектированы для гораздо более высоких коэффициентов нагрузки, как положительных, так и отрицательных, чем у обычных самолетов, что позволяет использовать эти транспортные средства в маневрах, которые могут вывести из строя пилота-человека.

Смотрите также

  • перегрузка
  • G-LOC Потеря сознания из-за чрезмерного G (также известная как затемнение)
  • Серый Выведение из строя из-за чрезмерно положительного G
  • Redout Недееспособность из-за чрезмерно отрицательного G
  • Видимый вес

Заметки

  1. ^ а б Больно, стр.37
  2. ^ а б c d е ж Л. Дж. Клэнси (1975). Аэродинамика. Pitman Publishing Limited. Лондон ISBN  0-273-01120-0
  3. ^ Маккормик, стр. 464–468.
  4. ^ Гардинер, Дэйв. «Школа - теория полета. Маневренные силы». RA-Aus. Получено 25 марта 2010.
  5. ^ «Часть 25. Стандарты летной годности: самолеты транспортной категории». FAA. Получено 29 марта 2010.
  6. ^ а б c «Часть 23. Стандарты летной годности: самолеты нормальной, служебной, акробатической и пригородной категорий». FAA. Получено 29 марта 2010.
  7. ^ «Часть 27. Стандарты летной годности: винтокрылые летательные аппараты». FAA. Получено 29 марта 2010.
  8. ^ «Часть 29. Стандарты летной годности: винтокрылая транспортная категория». FAA. Получено 29 марта 2010.
  9. ^ «Су-26, 29, 31 - Историческая справка». Компания Сухой. Архивировано из оригинал 10 февраля 2012 г.. Получено 25 марта 2010.

использованная литература

  • Hurt, H.H. (1960). Аэродинамика для морских авиаторов. Переиздание национального авиационного магазина. Флорида.
  • Маккормик, Барнс В. (1979). Аэродинамика, воздухоплавание и механика полета. Джон Вили и сыновья. Нью-Йорк ISBN  0-471-03032-5.

внешние ссылки