ممکن است که مهمترین دلیل برای انتخاب ضریب اطمینان این واقعیت باشد که همه هواپیماها در سرعت و شتاب ماکزیممی طراحی میشوند که عملا تحت شرایط خاصی ممکن است از این حد فراتر روند. چون این عوامل در کنترل خلبان است، در شرایط اضطراری که بارهای وارده کمی از بارهای حدی تجاوز می کنند، استحکام اضافه در نظر گرفته شده مانع شکست کلی سازه شده و ایمنی هواپیما را به طور جدی تهدید نمیکند.
۳-۴- معیارهای طراحی سازه
در طراحی سازه، انواع مانورها، سرعتها، بارها و وزن ماکزیمم هواپیما در نظر گرفته می شود. این پارامترها در کنترل خلبان هواپیما است. به علاوه در طراحی سازه عواملی مانند مانورهای سهوی، اثرات اغتشاشات جریان هوا و شدت تماس زمینی در حین فرود نیز باید در نظر گرفته شود. معیارهای عمده طراحی که بارهای طراحی را مشخص می کند، کاملا به نوع هواپیما و کاربرد تعیین شده بستگی دارد.
معیاری که در کنترل خلبان هواپیما است بر اساس شرایطی است که خلبان انتظار دارد رضایت بخش باشد. بارگذاری برای این شرایط از داده های آماری که خلبان انتظار دارد، محاسبه می شود. استحکام سازه هواپیما باید به نحوی باشد که ماموریت پروازی با شرایط مطلوب بدون آسیب انجام شود.
هواپیماهای تجاری باید قادر باشند ماموریت خود را به طور ایمن انجام دهد. در هواپیماهای نظامی استحکام بر اساس ماموریت پروازی محاسبه نمی شود زیرا که ماموریت مشخصی برای این نوع هواپیماها تعریف نشده است. بنابراین نیاز است دامنه بزرگی از محدودیتها برای این نوع هواپیماها وضع شود.
۳-۵- خواص جوی
هنگامی که ارتفاع زیاد می شود، چگالی هوا و دما کم می شود. خواص دیگر هوا نیز با تغییر این پارامترها، تغییر می کند. به دلیل اینکه این خواص بر نیروهای اعمالی بر اثر فشار هوا تاثیرگذار است، وابستگی خواص به ارتفاع و دیگر عوامل در این قسمت بررسی می شود. تغییر کمیتهای اصلی بر اثر تغییر ارتفاع در زیر بررسی شده است.
۱- فشار دینامیکی[۳۳]
فشار دینامیکی معیاری برای اندازه گیری انرژی جنبشی سیال است. این پارامتر با q نشان داده شده که به صورت زیر تعریف می شود.
| (۳-۴) |
| (۳-۵) |
۲- سرعت هوای معادل
در معادله فشار دینامیکی اثر تغییر ارتفاع در چگالی در نظر گرفته شده است. به جای لحاظ کردن تغییرات مقدار چگالی، مفهوم سرعت هوای معادل تعریف می شود. سرعت معادل سرعت تصحیح شدهای است که اثر اختلاف بین چگالی هوا در سطح دریا و ارتفاع مشخص را در نظر میگیرد. در سطح دریا . در ارتفاع مشخص، . با جایگذاری در معادله فشار دینامیکی داریم
| (۳-۶) |
۳- تصحیح تراکم پذیری برای کالیبره کردن سرعت هوا
معادله زیر برای کالیبره کردن سرعت هوا بر حسب knots در سطح دریا استفاده می شود.
| (۳-۷) |
۳-۶- دیاگرام V-n
رژیم پروازی هر هواپیما شامل ارتفاع، وزن، مرکز جرم، سرعتهای مجاز و پیکربندی میباشد. این رژیم به وسیله دینامیک هواپیما، آیرودینامیک، نیروی محرکه و ساختار به شکل در آمده است. مرز این رژیم را منحنی پرواز یا منحنی مانور مینامند. منحنیهای متفاوتی در پرواز وجود دارد. در هر کدام از آنها، تغییرات مجاز یک متغیر پرواز بر حسب پارامتر دیگر پرواز رسم شده است. این منحنیها توسط خلبانها مورد استفاده قرار میگیرند. یکی از مهمترین دیاگرمها، تغییرات سرعت هوا بر حسب ضریب بار میباشد که به دیاگرام v-n معروف میباشد. یکی از دلایل اصلی اهمیت این منحنی، ماکزیمم ضریب بار است که از آن استخراج می شود، و این مقدار در طراحی سازهای هواپیما به عنوان دادهی مرجع مورد استفاده قرار میگیرد. در شکل زیر این دیاگرام برای هواپیمای مسافربری نشان داده شده است.
شکل۳-۳- دیاگرام V-n برای هواپیمای مسافربری]۳۶[
این دیاگرام از ترکیب نتایج حاصل با در نظر گرفتن تند باد و همچنین بدون در نطر گرفتن این پدیده بدست می آید. در این شکل(۳-۳) سرعت کروز ، سرعت شیرجه که محدودیت برای این سرعت وجود دارد. همچنین سرعت مانور که محدودیت نیز برای این سرعت باید برقرار باشد، در این نامساوی ضریب بار مثبت حدی طی مانور در سرعت ، و سرعت پدیده استال در حالت بسته بودن فلپها میباشند. سرعت طراحی برای ماکزیمم شدت تند باد. که محدودیت برای آن وجود دارد. در این نامعادله سرعت مرجع تند باد، میانگین بارگذاری اعمالی بر بال، سرعت پدیده استال در حالت بسته بودن فلپها، ، ، چگالی هوا، شتاب جاذبه، شیب منحنی ضریب بار هواپیما می باشند. سرعت طراحی فلپ و سرعت طراحی ابزار پسا میباشد.
۳-۶-۱- نیروهای ناشی از تندباد و تلاطم
در حین پرواز فرض می شود هواپیما تحت تند باد طولی و عمودی متقارن قرار دارد. محدودیتهایی برای بارهای مربوط به تندباد موجود میباشند. که در زیر به چندین محدودیت اشاره می شود.
بارهای وارده بر هرکدام از اجزای هواپیما باید از طریق تحلیل دینامیکی بدست آید. به عبارت دیگر بارگذاری زمانمند در نظر گرفته می شود.
