親愛的讀者們,今天我們來探討航空工程中的兩個關鍵概念——翼載荷和推重比。它們不僅影響著飛機的起飛、著陸和機動性能,還關乎燃油效率和速度。翼載荷決定了飛機的輕便性與速度,而推重比則揭示了發動機效能和飛機的加速潛力。了解這些,我們才能更好地欣賞飛機的飛行藝術。
在航空工程領域,翼載荷和推重比是兩個至關重要的概念,它們直接決定了飛機的性能和飛行特性,翼載荷是指飛機在飛行過程中,機翼所承受的垂直于機翼表面的力與機翼面積的比值,通常用單位面積承受的重量來表示,推重比則是發動機產生的推力與飛機重力的比值,反映了飛機動力系統的效能。
翼載荷的大小直接影響飛機的起飛和著陸性能,要求機動性好、起飛著陸速度小的飛機,會采用較小的翼載荷,這是因為較小的翼載荷意味著較輕的飛機,可以在較短的距離內完成起飛和著陸,相反,要求速度高的飛機則需要較大的翼載荷,以獲得更大的升力,從而在高速飛行時保持穩定。
推重比則是一個綜合性的性能指標,它不僅體現了噴氣發動機在氣動熱力循環方面的水平,也反映了結構設計方面的水平,高推重比意味著發動機產生的推力更大,飛機可以更快地加速,達到更高的速度,高推重比還意味著飛機在爬升和巡航時的燃油效率更高。
翼載荷和推重比是影響飛機機動性、速度、燃油效率等多方面性能的關鍵因素,飛機的翼載荷越低、推重比越高,其機動性就越強,速度就越快,燃油效率也就越高。
飛機機翼結構重量及其飛行慣性力的總稱是“慣性力”,慣性力是物體在加速或減速過程中,由于慣性作用而產生的力,在飛機飛行過程中,機翼不僅要承受飛機自身的重量,還要承受飛行時的慣性力。
慣性離心力(F離心)是慣性力的一種,它相對于水平鉸所形成的力矩,力求使槳葉在槳轂旋轉平面內旋轉,在懸停或垂直飛行狀態中,這三個力矩綜合的結果,使得槳葉保持在與槳轂旋轉平面成某一角度的位置上,翼形成一個倒立的錐體。
除了慣性離心力,飛機機翼還要承受重力載荷、升力載荷和推力載荷,重力載荷是飛機自身重量對機身的作用力,即所謂的重力,升力載荷是由于機翼產生的升力,使得飛機產生一個垂直于機身方向的向上的力,推力載荷則是發動機產生的推力對機身的作用力。
機翼靜力學分析是研究飛機機翼在靜態載荷作用下的力學行為,為了確保分析結果的準確性,需要施加以下載荷:
1、預加載荷:在進行正式的靜力試驗之前,首先進行預加載荷試驗,用20%~30%使用載荷拉緊試件,消除間隙,隨即卸載。
2、節點載荷:在節點上施加力,可以選擇插入nodal force的方法,或者在幾何建模時建立point load。
3、自變量載荷:可以添加自變量X、Y、Z,也可以是時間,直接以function的方式添加載荷,但表達式中只能是單一自變量。
4、靜載荷計算:利用壓重平臺反力裝置,采用快速維持荷載法,荷載由油泵通過千斤頂施加于樁頂,采用千斤頂并聯控制荷載的施加,千斤頂的合力中心應與樁軸線重合。
5、位移約束:在模型上施加載荷后,設置位移約束,確保分析結果的準確性。
進入后處理階段,選擇所要查看的內容,如變形、應力或應變等,點擊solve進行處理計算,計算完成后,可以在results中查看分析的云圖。
飛機載荷是指作用在結構或構件上的外力或其它因素,導致結構或構件產生內力和變形,在飛機機翼內部,載荷主要來自兩個方面:氣動力和結構重力。
1、重力載荷:飛機自身重量對機身的作用力,即所謂的重力。
2、升力載荷:由于機翼產生的升力,使得飛機產生一個垂直于機身方向的向上的力。
3、推力載荷:發動機產生的推力對機身的作用力。
4、集中載荷:飛機在某些特定部位所承受的較大的力,如機翼、起落架等部位。
5、分布載荷:飛機在整個結構上承受的較均勻的力,如氣動力、重力等。
按作用性質,可分為靜載荷和動載荷,靜載荷是指作用在結構上的恒定力,如重力、氣動力等,動載荷是指作用在結構上的變化力,如發動機振動、氣流脈動等。
有效載荷是扣除飛機自身重量后所能承受的載重量,一架飛機載重量為十噸,飛機自身重四噸,那么它的有效載荷量為六噸。
飛行員與飛行器承受的相同的過載,在平飛狀態,人所承受的法向過載為1;過載大于1時,出現超重現象;在1和0之間為部分失重;負過載時乘員會飄離座椅。
限制載荷(limit load)是航空器正常使用中各結構允許承受的最大載荷,在該載荷下結構中應力一般不大于屈服應力,卸載后不存在殘留變形。
世界上最大的直升飛機是美國航空航天公司的“超級虹魚”號飛機,該飛機載貨容積為14006立方米,最大起飛重量為85噸,其翼展為464米,機身長423米,貨艙中圓柱體部分直徑為Q米,它是僅有的能運送其他大型客機部件的大型飛機。
安-225運輸機是世界上載重量最大、機身最長、翼展最寬的飛機,這樣的飛機是超大型軍用運輸機,該機機身長84米,翼展84米,高12米,相當于5層樓高,最大載重量250噸,最大起飛重量620噸,可一次搭載16個集裝箱或80輛轎車,也可在機艙外背負一座長70米、直徑10米的精餾塔或一架“暴風雨”號航天飛機。