Współczynnik obciążenia (lotnictwo) - Load factor (aeronautics)

Aeronautyki The współczynnik obciążenia jest stosunek od wyciągu z z samolotu do jego masy i oznacza globalną miarą naprężenia ( „obciążenia”), w którym konstrukcja samolotu poddaje:

gdzie

jest współczynnikiem obciążenia,
jest winda?
to waga.

Ponieważ współczynnik obciążenia jest stosunkiem dwóch sił, jest bezwymiarowy. Jednak jego jednostki są tradycyjnie określane jako g , ze względu na związek między współczynnikiem obciążenia a pozornym przyspieszeniem ziemskim odczuwanym na pokładzie samolotu. Współczynnik obciążenia równy jeden lub 1 g reprezentuje warunki w locie prostym i poziomym, gdzie siła nośna jest równa ciężarowi. Współczynniki obciążenia większe lub mniejsze niż jeden (lub nawet ujemne) są wynikiem manewrów lub podmuchów wiatru.

Współczynnik obciążenia i g

Fakt, że współczynnik obciążenia jest powszechnie wyrażany w jednostkach g , nie oznacza, że ​​jest on wymiarowo taki sam jak przyspieszenie ziemskie , również oznaczone g . Współczynnik obciążenia jest ściśle bezwymiarowy.

Użycie jednostek g odnosi się do faktu, że obserwator na pokładzie statku powietrznego doświadczy pozornego przyspieszenia ziemskiego (tj. względem ich układu odniesienia) równego współczynnikowi obciążenia pomnożonemu przez przyspieszenie ziemskie. Na przykład obserwator na pokładzie samolotu wykonującego skręt przy współczynniku obciążenia 2 (tj. obrót 2 g) zobaczy obiekty spadające na podłogę z dwukrotnie większym niż normalne przyspieszenie grawitacyjne.

Ogólnie rzecz biorąc, ilekroć używany jest termin współczynnik obciążenia , formalnie poprawne jest wyrażanie go tylko za pomocą liczb, tak jak w przypadku „maksymalnego współczynnika obciążenia 4”. Jeśli pojęcie współczynnika obciążenia zostanie pominięte , zamiast tego używane jest g , jak w przypadku „ciągnięcia obrotu o 3 g”.

Współczynnik obciążenia większy niż 1 spowoduje wzrost prędkości przeciągnięcia o współczynnik równy pierwiastkowi kwadratowemu współczynnika obciążenia. Na przykład, jeśli współczynnik obciążenia wynosi 2, prędkość przeciągnięcia wzrośnie o około 40%.

Dodatnie i ujemne współczynniki obciążenia

Zmiana współczynnika obciążenia n wraz z kątem przechylenia θ podczas skrętu skoordynowanego. Różowa siła to pozorna waga na pokładzie.

Współczynnik obciążenia, a w szczególności jego znak, zależy nie tylko od sił działających na samolot, ale także od orientacji jego osi pionowej.

Podczas lotu prostego i poziomego współczynnik obciążenia wynosi +1, jeśli samolot jest lecony „właściwą stroną do góry”, podczas gdy staje się -1, jeśli samolot leci „do góry nogami” (odwrócony). W obu przypadkach wektor windy jest taki sam (jak widzi obserwator na ziemi), ale w tym ostatnim oś pionowa samolotu jest skierowana w dół, dzięki czemu znak wektora windy jest ujemny.

W locie skrętnym współczynnik obciążenia jest zwykle większy niż +1. Na przykład w zakręcie o kącie przechyłu 60° współczynnik obciążenia wynosi +2. Ponownie, jeśli ten sam skręt zostanie wykonany przy odwróconym samolocie, współczynnik obciążenia wynosi -2. Na ogół, w sposób zrównoważony z kolei, w którym kąt przechylenia jest θ współczynnik obciążenia brak jest związanego z cosinus z θ jako

Innym sposobem na osiągnięcie współczynników obciążenia znacznie wyższych niż +1 jest pociągnięcie za dźwignię steru wysokości na dole nurkowania, podczas gdy silne pchnięcie drążka do przodu podczas prostego i poziomego lotu może powodować ujemne współczynniki obciążenia, powodując działanie windy w kierunku przeciwnym do normalnego, czyli w dół.

Współczynnik obciążenia i winda

W definicji współczynnika obciążenia, winda nie jest po prostu tą generowaną przez skrzydło samolotu , ale jest to suma wektorowa siły nośnej generowanej przez skrzydło, kadłub i usterzenie , czyli innymi słowy jest to składowa prostopadła do przepływ powietrza sumy wszystkich sił aerodynamicznych działających na statek powietrzny.

Podnoszenie współczynnika obciążenia ma również mieć znak, który jest dodatni, jeśli wektor windy wskazuje w tym samym kierunku lub w pobliżu tego samego kierunku co oś pionowa samolotu, lub ujemny, jeśli wskazuje w kierunku przeciwnym lub w jego pobliżu.

Standardy projektowe

Należy unikać nadmiernych współczynników obciążenia ze względu na możliwość przekroczenia wytrzymałości konstrukcyjnej statku powietrznego.

Władze lotnicze określają limity współczynnika obciążenia, w ramach których różne kategorie statków powietrznych muszą działać bez uszkodzeń. Na przykład amerykańskie federalne przepisy lotnicze określają następujące limity (w najbardziej restrykcyjnym przypadku):

  • Dla samolotów kategorii transportowej od -1 do +2,5 (lub do +3,8 w zależności od projektowej masy startowej)
  • Dla samolotów kategorii normalnej i dojazdowej od −1,52 do +3,8
  • Dla samolotów kategorii użytkowej od -1,76 do +4,4
  • Dla samolotów kategorii akrobatycznej od −3,0 do +6,0
  • Dla śmigłowców od -1 do +3,5

Jednak wiele typów statków powietrznych, w szczególności samoloty akrobacyjne , zaprojektowano tak, aby mogły tolerować współczynniki obciążenia znacznie wyższe niż wymagane minimum. Na przykład rodzina Sukhoi Su-26 ma limity współczynnika obciążenia od -10 do +12.

Współczynniki maksymalnego obciążenia, zarówno dodatnie, jak i ujemne, mające zastosowanie do statku powietrznego, są zwykle określone w instrukcji użytkowania w locie statku powietrznego .

Ludzka percepcja współczynnika obciążenia

Gdy współczynnik obciążenia wynosi +1, wszyscy pasażerowie samolotu czują, że ich waga jest normalna. Gdy współczynnik obciążenia jest większy niż +1, wszyscy pasażerowie czują się ciężsi niż zwykle. Na przykład podczas manewru 2 g wszyscy pasażerowie czują, że ich waga jest dwa razy większa niż normalna. Gdy współczynnik obciążenia wynosi zero lub jest bardzo mały, wszyscy pasażerowie czują się nieważcy. Gdy współczynnik obciążenia jest ujemny, wszyscy pasażerowie czują, że są do góry nogami.

Ludzie mają ograniczoną zdolność do wytrzymania współczynnika obciążenia znacznie większego niż 1, zarówno dodatniego, jak i ujemnego. Bezzałogowe statki powietrzne mogą być projektowane na znacznie większe współczynniki obciążenia, zarówno dodatnie, jak i ujemne, niż konwencjonalne statki powietrzne, co pozwala na użycie tych pojazdów w manewrach, które byłyby obezwładniające dla człowieka-pilota.

Zobacz też

Uwagi

Bibliografia

  • Boli, HH (1960). Aerodynamika dla lotników marynarki wojennej . Przedruk krajowy Flightshop. Floryda.
  • McCormick, Barnes W. (1979). Aerodynamika, aeronautyka i mechanika lotu . John Wiley & Synowie. Nowy Jork ISBN  0-471-03032-5 .

Linki zewnętrzne