3. Внешние нагрузки , действующие на самолет.

Рассмотрим основные режимы полета и выведем основные формулы для определения перегрузок в каждом конкретном случае .

Внешние нагрузки на самолет состоят из ародинамических и массовых сил , а также нагрузок со стороны двигательной установки .

1. Равномерный горизонтальный полет .

Пусть самолет совершает прямолинейный горизонтальный полет в спокойном воздухе , с постоянной скоростью . Приближенно можно считать,

что все силы приложены в центре масс самолета. Данный режим является устойчивым . Уравнения равновесия сил в проекциях на горизонтальную и вертикальную имеют вид:

Y = G₀

P = X

Здесь Y - подъемная сила самолета ,

G₀ - полный полетный вес ,

P - сила тяги двигателей ,

X - сила лобового сопротивления .

Режимы разгона и замедления движения являются неустойчивыми

(P X) ( V  const).

Подъемная сила и сила лобового сопротивления зависят , как известно,

От формы и размеров несущих поверхностей , угла атаки и параметров набегающего потока :

Y_кр = c_y V²/2 S_кр

X_кр = c_x V²/2 S_кр

Полная подъемная сила складывается , вообще говоря , из подъемной силы крыла , оперения и фюзеляжа

Y = Y_кр + Y_оп + Y_ф

Однако у большинства самолетов традиционных схем подъемная сила крыла составляет 92 – 95% полной подъемной силы , поэтому , с достаточной для практических расчетов точностью , можно принять , что

Y = Y_кр

2. Криволинейный полет в вертикальной плоскости.

Согласно принципа Даламбера “ Всякое движущееся тело можно считать находящимся в равновесии , если к действующим внешним силам добавить силы инерции с обратным знаком “.

С учетом этого условия рассмотрим нагружение самолета на криволинейном участке траектории полета.

Уравнения равновесия сил на нормаль и касательную к траектории

имеют следующий вид:

Y - N_n - G₀ cos  = 0

P - X - N_t - G₀ sin  =0

где Y - подъемная сила ,

G₀ - полный полетный вес ,

N_n , N_t - соответственно, нормальная и тангенциальная инерционные силы ,

 - угол наклона траектории.

В т. А :

Y_max = N_n + G₀

N_t = P + X

Нормальная ( центробежная ) инерционная сила равна :

N_n = m j_n = G₀/g V²/R

Тангенциальная сила инерции вычисляется по формуле :

N_t = m j_t = G₀/g dV/dt

Из первого уравнения равновесия нетрудно получить соотношение между подъемной силой и весом самолета в криволинейном движении .

Y_max = G₀ (1 + V²/ Rg) = G₀ (1 + j_n/g) /3.1/

Отсюда следует , что в криволинейном полете подъемная сила всегда больше полетного веса

Y_кр  G₀

Для оценки этого соотношения вводится понятие перегрузки , как отношение подъемной силы к весу самолета :

n = Y_кр/G₀  Y_max = n G₀ /3.2/

Выражение для перегрузки можно также записать иначе , используя выражение /3.1/ :

n = 1 + V²/Rg /3.3/

Из /3.3/ видно , что величина перегрузки прямо пропорциональна V² и обратно пропорциональна радиусу кривизны траектории в рассматриваемой точке R .

Наконец , в практических расчетах встречается третья формула для перегрузки :

n = Y_max/G₀ = c_yqS_кр/G₀ = c_yq/p /3.4/

где р = G₀/S_кр - удельная нагрузка на крыло ,

q = V²/2 - скоростной напор .

Нормальная ( поперечная ) перегрузка является определяющей для прочности самолета и обозначается n_y.

Осевая перегрузка n_x , равная :

n_x = N_t / G₀ = ( P-X )/ G₀

является основной при оценке прочности ракетных конструкций , а для самолетов обычно пренебрежимо мала.