飞行理论图解 · 飞行原理

V-n 包线图解

载荷因数 · V 速度 · 限制包线

飞得越猛,翅膀承的力越大
包线就是结构的红线圈

ny = 1/cosγ · 极限 = 1.5 × 限制

载荷因数衡量飞机除重力外承受的载荷倍数;结构按限制载荷设计、按极限载荷验收;V-n 包线用速度-载荷图把机动与阵风限制画成一圈红线,飞行必须落在包线内。

01 载荷因数:升力除以重力

ny = L / W · 三态三值

平飞 ny = L / W = 1 升力 L 重力 W 升力 = 重力 · 载荷因数 = 1 直线上升 / 下降 ny = L / W < 1 W L = W·cosθ 升力小于重力 · 载荷因数小于 1 稳定盘旋 / 转弯 ny = 1 / cosγ > 1 W L γ 升力倾斜 · 竖直分量 = 重力 · 载荷因数大于 1 坡度 γ ↑ 转弯越急 · 坡度越大 cosγ 越小 ny = 1 / cosγ ↑ 坡度越大 → 过载越大 载荷因数大于 1 v盘旋 = v平飞 × √ny 盘旋失速速度 乘 √ny 放大 转弯失速 > 平飞失速 ny > 1 → √ny > 1 坡度越大 · 盘旋失速越大 载荷因数 = 除重力外所有外力之和 ÷ 飞机重力;飞行中外力之和一般等于升力 → 载荷因数 ≈ 升力 ÷ 重力 平飞 ny = 1 · 直线上升或下降 ny < 1 · 稳定盘旋或转弯 ny > 1 另一处口径:载荷因数 = 飞行时全部载荷与飞机总重量之比(考纲原文照录)
定义
载荷因数 = 除重力外所有外力之和 ÷ 飞机重力;飞行中外力之和一般等于升力,所以载荷因数 ≈ 升力 ÷ 重力
平飞
ny = 1:升力等于重力
直线上升 / 下降
ny < 1:升力小于重力
稳定盘旋 / 转弯
ny > 1;载荷因数大小只取决于坡度,坡度越大过载越大
盘旋关系
载荷因数 = 1 / cosγ;盘旋失速速度 = 平飞失速速度 × √ny;ny > 1 → 转弯失速速度大于平飞,坡度越大盘旋失速速度越大

注 · "载荷因数大小只取决于坡度"是选择题高频句:坡度越大,过载越大。载荷因数用 ny 表示,1 是平飞的基准。

02 限制与极限:两道载荷红线

限制 · 1.5 倍 · 3 秒

限制 → 1.5 倍 → 极限 极限载荷因数 = 限制 × 1.5 正常操作下所能期望的最大载荷因数 飞机应能承受而无结构损坏 × 1.5 安全因子 限制载荷因数 无有害永久变形的载荷因数 结构按它设计 · 卸载后能回弹 极限载荷因数 · 3 秒 结构须能承受极限载荷因数 至少 3 秒不被破坏 限制载荷因数 —— 无有害永久变形 1.5 倍称安全因子 —— 为意外情况提供余量 极限载荷因数 —— 能承受而无结构损坏 至少 3 秒 —— 不被破坏的验收底线 "限制"设计 · "极限"验收
限制载荷因数
无有害永久变形的载荷因数;结构卸载后能恢复原状
极限载荷因数
正常操作下所能期望的最大载荷因数,飞机应能承受而无结构损坏
倍数关系
极限载荷因数 = 限制载荷因数 × 1.5;1.5 倍称安全因子,为意外情况提供余量
3 秒底线
飞机结构须能承受极限载荷因数至少 3 秒不被破坏

注 · 记忆链:限制 → ×1.5 → 极限。限制管"变形",极限管"破坏",安全因子 1.5 夹在中间。

03 各类别限制载荷因数

CCAR 23 / 25 · 正 / 负

正 / 负限制载荷因数(CCAR 23 / 25) 载荷因数 n 正 + 负 − 0 3.8 1.52 考纲未给出 1.76 考纲未给出 3.0 考纲未给出 1.0 正常类 实用类 特技类 运输类
类别正限制载荷因数负限制载荷因数
正常类3.81.52
实用类考纲未给出1.76
特技类考纲未给出3.0
运输类考纲未给出1.0

注 · 表中正向栏为考纲原文未给出,不编造——只有正常类的正限制载荷因数 3.8 是原文给出的数字。

载荷因数节口径:民用飞机限制载荷因数 正常类 1.5、实用类 1.8、特技类 3.0。注:两处出处数字口径不同,均为考纲原文照录。

04 V 速度定义:九个代号

VS0 · VS1 · VFE · VNO · VNE · VA · VLE · VLO

表盘五速 · 一条速度轴 速度 V → 白弧 VS0 ~ VFE 绿弧 VS1 ~ VNO(正常) 黄弧至 VNE(警告) 红线 VNE VS0 VFE VNE VS1 VNO VS0 → VFE 白弧 · 襟翼操作范围 · 着陆形态速度范围 VS0~VFE VS1 → VNO 绿弧 · 正常操作范围 · 正常飞行速度范围 VS1~VNO VNO → VNE 黄弧 · 警告 · 平稳气流中保持戒备才进入 VNE 红线 · 极限速度 · 超出有损坏解体危险 VA · VLE · VLO 手册速度 · 不画在弧段上 · 定义见下方速查表
代号全称定义
VS0着陆构型失速速度着陆构型下的失速速度或最小稳定飞行速度
VFE襟翼放下最大速度襟翼放下的最大速度;着陆形态速度范围 VS0 ~ VFE
VS1特定构型失速速度特定构型下失速速度或最小稳定飞行速度
VNO最大结构巡航速度正常飞行速度范围 VS1 ~ VNO
VNE极限速度极限速度,超出有损坏解体危险(表上红线)
VA设计机动速度设计机动速度
VLE起落架放下最大速度起落架放下时最大速度
VLO起落架操纵最大速度起落架操纵最大速度;收起落架速度与放出不同时,分别标 VLO(收上)VLO(放下)

注 · 五个表盘速度(VS0 / VFE / VS1 / VNO / VNE)直接画在空速表弧段上;VA、VLE、VLO 是手册给出的结构 / 操纵限制速度。

05 空速表弧段:白襟绿正黄警红限

VS0 · VS1 · VFE · VNO · VNE

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 AIRSPEED kt VS0 VS1 VFE VNO VNE VS0 → VFE 白弧 · 襟翼操作范围 VS1 → VNO 绿弧 · 正常操作范围 VNO → VNE 黄弧 · 警告范围 VNE 红线 · 极限速度 白襟 · 绿正 · 黄警 · 红限 VNE 超出有损坏解体危险
白弧
VS0 ~ VFE · 襟翼操作范围:下限 VS0 着陆构型失速速度,上限 VFE 襟翼放下的最大速度
绿弧
绿 VS1 ~ VNO · 正常操作范围:下限 VS1 特定构型失速速度,上限 VNO 最大结构巡航速度
黄弧
VNO ~ VNE · 警告范围(红线)
红线
VNE · 极限速度,超出有损坏解体危险

注 · 口诀:白襟绿正黄警红限。色弧下限都对应"该形态下的失速速度",空速表因此也是失速预警的第一道防线。

06 V-G 包线:机动 + 阵风

速度 · 载荷因数 · 限制边界

速度 V → 载荷因数 n 0 n = +1(平飞) n = −1 VA VS1 +n 限制载荷因数 3.8(正常类) −n 限制载荷因数 1.52(正常类) VNE 极限速度 阵风包线(+阵风) 阵风包线(−阵风) 正常飞行范围 (包线内 · 机动包线) 机动包线边界 失速边界(左) VNE 极限速度(右) 阵风包线 VA 设计机动速度 位于正限制边界与包线交点 用速度载荷图(V-G 图)表述速度与载荷因数关系 应在范围内飞行 在特定重量和速度下有效 机动包线 + 阵风包线 = V-n 图
横轴 / 纵轴
横轴:速度 V;纵轴:载荷因数 n(ny)
上边界
+限制载荷因数水平线(正常类 3.8)
下边界
−限制载荷因数水平线(正常类 1.52)
左边界
失速速度随载荷因数增大的曲线
右边界
VNE · 极限速度
VA
设计机动速度,位于正限制边界与包线交点处
阵风包线
用速度载荷图(V-G 图)表述速度与载荷因数关系;应在范围内飞行;在特定重量和速度下有效

注 · 机动包线与阵风包线合称 V-n 图。考试常把 V-n 图与 V-G 图互换称呼,本质是同一张"速度-载荷因数"图。