载荷跟荷载通用，基本定义是指：使结构或构件产生内力和变形的外力及其它因素。或习惯上指施加在工程结构上使工程结构或构件产生效应的各种直接作用，常见的有：结构自重、楼面活荷载、屋面活荷载、屋面积灰荷载、车辆荷载、吊车荷载、设备动力荷载以及风、雪、裹冰、波浪等自然荷载。
载荷和力
我比较喜欢的一个解释是：力是物质之间的相互作用，载荷是作用在物体上的外加力。两者的概念很相近，都是物质间的作用，但力是相互间的作用，而载荷是有施加者和承受者的区别。比如万有引力不能说是万有载荷，某人的力大不能说是某人的载荷大，而飞机货舱内的货物就可以算作飞机的载荷。
飞机在飞行或起飞、着陆、地面运动时，其他物体对飞机的作用力和力矩称为飞机的外载荷。如飞机重力、气动载荷、发动机推力，地面作用力等。飞机的外载荷是对飞机结构进行受力分析的重要依据，对使用中飞机所承受外载荷的种种限制，表征了飞机结构的承载能力。
作用在飞机上的外载荷分为质量力和表面力两大类。质量力是由飞机质量引起的惯性力（如重力）；表面力包括作用在机体表面的气动力，发动机推力，地面支持力等。
A320手册中的载荷
电气载荷
重量载荷
手册中的载荷有电气载荷、重量载荷、飞机机动载荷等等概念，而我们今天要讨论的跟这些都不相干，我们的主角是“飞机着陆载荷”，或者更准确的说是“着陆过载”。
载荷的类型
飞机承受的载荷可分为两大种类，第一种由飞行员作用或适当时也可由自动驾驶仪作用所直接形成的载荷，归类为机动载荷（manoeuvring loads），是完成飞行动作所产生的载荷。专业书中，也将机舱增压载荷和高马赫数运动加热所形成的载荷包括在内。
第二种载荷由飞机运行（空中飞行或地面滑行）的环境不理想所致，可能是大气中的湍流或跑道的不平度导致的，理想条件下不会形成这类载荷。
按其作用性质可分为飞行载荷和地面载荷。
飞行载荷：飞行时，作用在飞机上的外载荷；
地面载荷：起飞、着陆或者地面滑行时，作用在飞机上的外载荷除了空气动力，飞机重力，发动机推力外，还有地面对飞机的作用力，即地面载荷。
根据飞机结构设计需要评估的工况又可以分为：对称机动飞行、非对称机动飞行、发动机失效状态、大气湍流和突风，以及我们的研究对象：着陆载荷。
过载与载荷
过载不是载荷，飞机在某个方向的过载是作用在机体坐标系某方向表面力的合力与飞机重量之比——因而也可称之为载荷系数。过载一般用字母n表示，通常我们在这个系数后面会加上一个重力加速度g的符号。但不能认为过载就是加速度（实际测量对象），正确的理解应该是：过载是一个没有单位的系数。
过载是飞机设计中很重要的一个原始参数，与飞行状态机动性密切相关。过载表示作用于飞机重心处（坐标原点）飞机所受的实际外力与飞机重力的关系。解释一下就是：日常飞行中，飞机所受外力不能被直接测量，但可以由测量过载（或加速度）并间接计算得出。
这里需要说明的是，过载可能容易与超载和超负荷相混淆。超载（overload）通常用于表述超过飞机限制重量时的情况，而超负荷在手册中表意为过大的载荷（excessive load）。而过载是一个专用名词，即载荷系数（Load factor或手册中的G LOAD）。
过载的方向（标准坐标系）
为了便于研究过载，将作用在受力点的外载荷分为垂直载荷、水平载荷和侧向载荷。如图所示，过载可分为：沿纵轴指向前方为过载nx，沿立轴指向垂直纵轴的上方为过载ny和沿横轴指向机翼右侧为过载nz。我们的研究对象主要是ny，即垂直方向上的过载。
飞机在水平飞行时，垂直方向上飞行机动过载ny=L/W。
当升力等于重力时，此方向上受力平衡，ny=1g；
当升力大于重力时，此方向上飞机有向上的正加速度，ny>1g；
当升力小于重力时，此方向上飞机有向下的正加速度，ny<1g。
过载有正负之分，与坐标轴方向一致为正，反之为负。实际飞行中由于姿态或坡度的存在，数值上会造成少量偏差，但是由于对评估着陆过载影响不大（坡度造成的实际载荷变化除外），此处不再赘述，我们只要知道评估着陆过载使用同一坐标系就可以了。
过载的测量
A320系列飞机装有一个三轴加速度传感器（Three-Axis-Accelerometer），用于测量三个轴方向上的加速度。具体安装位置见重着陆相关的几枚横炮。飞机上安装的加速度计（构造虽然不同）基本原理如下。
加速度计由检测质量（也称敏感质量）、支承、电位器、弹簧、阻尼器和壳体组成。检测质量受支承的约束只能沿一条轴线移动，这个轴常称为输入轴或敏感轴。当仪表壳体随着运载体沿敏感轴方向作加速运动时，根据牛顿定律，具有一定惯性的检测质量力图保持其原来的运动状态不变。
如图所示，加速度计与壳体之间将产生相对运动，使弹簧变形，于是检测质量在弹簧力的作用下随之加速运动。当弹簧力与检测质量加速运动时产生的惯性力相平衡时，检测质量与壳体之间便不再有相对运动，这时弹簧的变形反映被测加速度的大小。电位器作为位移传感元件把加速度信号转换为电信号，以供输出。加速度计本质上是一个一自由度的振荡系统，须采用阻尼器来改善系统的动态品质。
因为飞机的质量是已知的，当测量出飞机的加速度值后，根据牛顿第二运动定律F=ma，可以得到飞机的受力情况。一般来说，加速度计安装的位置距离目标力越远，计算出的该力的误差越大，这也是将加速度计安装在重心附近的原因。
在实际飞行中，我们通过加速度计的输出结果，可以得出各个时刻飞机的总体受力情况。但是这里有一个值得注意的地方，在绝大多数波音、空客飞机上，在飞机受力平衡时，垂直方向的加速度计输出值(VRTG或VRTA)为1，而此时飞机在这个方向上的加速度为0。
@在LOAD<15>报中垂直加速度标记为VRTA，而在FDRs或QAR监控项目中，加速度值标记为VRTG。根据最新AMM中的重着陆检查流程图，确定重着陆检查程序应该使用VRTA或QAR或FDRs中的数值。因而在本系列理论研究中，这两个缩写具有同等的使用效力——尽管它们在真实的重着陆事件中提取数值时会稍有差异。
载荷与法规
为了保证着陆安全，CCAR-25《运输类飞机适航标准》规定了飞机着陆接地时垂直速度，着陆重量的范围。如果飞机着陆时的着陆重量，垂直速度超出允许范围，都可能会使起落架承受过大的垂直载荷（重着陆），从而损伤起落架和机体结构。遭遇重着陆后，应对起落架和相关的机体结构进行检查。
在CCAR-23《正常类、实用类、特技类和通勤类飞机适航规定》也有类似的描述，e条款明确指出了假定条件——即升力不超过飞机重量的2/3，这意味着什么？请朋友们略作思考，哪个要求更高？
着陆过载的产生
地面载荷与着陆过载
如前文所述，起飞、着陆或者地面滑行时，作用在飞机上的外载荷除了空气动力，飞机重力，发动机推力外，还有地面对飞机的作用力，即地面载荷。
地面对飞机的作用力通过地面与起落架机轮接触点作用在起落架上，然后通过起落架结构件和起落架与机体结构连接接头传递到机体结构上。这是飞机在地面上承受的主要载荷。如前文所述，为了便于研究，地面载荷也可分为垂直载荷、水平载荷和侧向载荷。我们将：
飞机着陆时，垂直方向上的地面载荷与飞机重力的比值，称之为着陆过载。
在专业研究中有时会假定升力等于重力，将着陆过载与飞行过载完全区分开来，此时着陆过载的定义等同于起落架过载，是：飞机着陆时，垂直方向上，起落架对飞机的反作用力与飞机重力的比值即为着陆过载，下文中由N表示——在本系列第四期推送中提到的△VRTA即表示此意。而我们平时口头上的着陆过载一词，一般是在说Load <15>报中的VRTA或者FDRs/QAR中的VRTG。
当然在实际飞行时，飞机接地的那一刻，升力大部分时候是不等于重力的。在前期的案例中，我们可看到升力有时候是远小于重力的（数据上VRTG＜1时）。以后我们也许会展示更多的数据，或者朋友们感兴趣的话，也可以去运行品质监控部门看看，重着陆情况下或正常飞行时，接地前那一瞬间，VRTG（此时实际就是飞行过载ny）是多大？一般在0.9-1.2之间。
@受限于升降舵效能和擦机尾裕度，实际飞行数据观测也可以证实，大于1.2几乎不太可能；而小于0.9则意味着拉平不太“正常”，有较大的可能导致... ... 0.9-1.2范围之外具体有什么含义，再次请朋友们略作思考，下期咱们再谈。
飞机着陆时，运动速度的垂直分量（下降率）Vs受到地面的约束后在很短的时间内减小为0，起落架将承受较大的垂直载荷作用。此时，飞机承受到前、主起落架传来的垂直载荷，其大小取决于飞机的着陆重量、接地时Vs大小和起落架对飞机垂直方向上动能和势能的吸收特性。
如图所示，将除起落架以外的飞机机体看作一个整体，那么在飞机着陆时，起落架压缩到底的过程中，在垂直方向飞机受重力W，升力垂直分量（简称升力L，下同）和起落架反作用力Fs。
图｜A320平均气动弦相对飞机的位置
以A320机型为例，如图所示，再根据机型手册中的相关飞机外形参数，得出如下结果：
MAC总长为4.1935m；
起落架与机身连接点距MAC前缘2.4485m，处于58%MAC处（忽略起落架7°的安装角）；
按照A320落地重心限制15%MAC至42%MAC计算出着陆时起落架与机身连接点距重心的范围是0.69m到1.86m之间。
根据AMM提供的测量VRTA的加速度计安装位置，我们可以大概得出，加速度计安装在25%MAC处。
考虑到飞机全长37.57m，在进行着陆时的受力分析时，保证计算精度的情况下，我们可以将升力L，重力W和起落架对机身的反作用力Fs的作用点看成同一点。
在起落架压缩到底的过程中，Fs随着起落架部分（包含轮胎和减震支柱两个变量）压缩冲程的变化而变化，这里设Fs随冲程的变化函数为F(x)，压缩到最低点时，起落架向下运动的总行程为d，飞机的质量为m，飞机在接地前瞬间的垂直速度为v（这里取速度方向向下为正），那么根据动能定理（合外力对物体所做的功等于物体动能的变化量）可得出：
即：
假设接地过程中，升力等于重力，那么飞机接地前下降率越大，起落架吸收的能量多，且和速度的平方成正比。如果这时升力大于重力，那么起落架最终吸收的能量会减小，反之，如果升力小于重力，那么升力与重力的合力将向下做功，起落架将会吸收更多的能量。
由于起落架的特性是相对稳定的，起落架部分吸收的能量越多，起落架作用于飞机的峰值力就越大，也就是说，要想减小起落架部分的过载，我们可以通过以下方法：
减小飞机接地前的垂直速度
增加飞机的升力
@增加升力会增加垂直方向上的总过载吗？翼根过载真的存在吗？也请朋友们一并稍作思考吧！
起落架过载分布
通常情况下，接地时垂直方向的能量都由主起落架吸收——两点式着陆（两侧主轮同时接地），这时前轮几乎没有承受任何载荷。然而可以想象的是，主起落架肯定位于重心后方（后三点式飞机除外），这时由于飞机接地后的牵引载荷，或其它原因产生的俯仰力矩，最终不可避免（必然的）的结果就是前轮接地，前起落架由此也会产生垂直过载。
如果是三点式着陆，前轮与主轮同时接地，那么此时，前起落架就需要与主起落架一起共同承受垂直方向的载荷（能量吸收）。更极端情况下，如果前轮首先触地，同样的下降率下，前起落架对飞机造成的实际载荷将大大超过主轮先接地造成的载荷，这种情况是非常危险的。
但我们需要了解的是，如前所述，加速度计位于飞机重心处，离重心越远，该处实际产生的过载与VRTG差值越大（比如第五期推送的着陆技术｜前轮过载？都是撸杆惹的祸！，手动打印LOAD<15>报中显示只有0.95，却造成了损伤），此时就不能把VRTG当做此处承受过载的判定依据，这也就是为什么空客要求在“砸前轮”重着陆时，要求运营人把数据发回的原因吧。
根据上文提到的概念，在着陆过程中：
ny = L/W
N = Fs/W
当空中匀速飞行时，ny = L/W = 1。地面滑行或停止态时，再以升力来定义已毫无意义， 应以用地面的支撑载荷与重量之比来定义，即N = Fs/W 。
这两种情况下的ny或N=1，但飞机结构的承载方式却完全不同，匀速平飞是一种分布载荷作用，而着陆主要是以集中力形式作用于起落架上，通过起落架作用于机身。
VRTG是安装在重心处的加速度计的输出值，这个值等于飞机重心处的垂直方向上的过载(垂直方向上除重力之外的合力与飞机重力的比值)，当飞机在空中时，VRTG＝ny。而当飞机着陆接地时：
根据牛顿第二定律，任何时候都有：
其中，F为垂直方向上的合力，g为重力加速度，一般取9.80 m/s²。这里的加速度a我们取向上为正。
根据前文提到的两部法规CCAR25和23，VRTG与着陆过载是N的关系如下：
对于CCAR25而言，着陆时，假定升力等于重力，因而VRTG=1+N；
而对于CCAR23，需要假定L=0.67W，此时VRTG=0.67+N。
这是对适航的要求，实际运行中，在着陆瞬间，我们首要考量的对象就是N。当然为了维护的简便性，使用了VRTG指标来判定着陆情况（重着陆），是无可厚非的。重要的是，相关从业者必须明确知道什么叫重着陆，飞行员了解对于发生重着陆时的报告责任——要说关口前置的话，就是稳定进近和拉平技术——当然，我们这么去想不是为了避免重着陆，而是为了安全稳实接地。
to
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be
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continued
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下一期我们将对起落架部分展开相关分析。
参考文献
1. 《涡轮发动机飞机结构与系统》张铁纯
2.《Landing Gear Integration in Aircraft Conceptual Design》Sonny T. Chai* and William H. Mason** MAD 96-09-01
3.《Aircraft Landing Gear Design: Principles and Practices》Norman S. Currey Lockheed Aeronautical Systems Company Marietta, Georgia
4.《飞机载荷与结构布局》Denis Howe（著）孙秦 韩忠华 钟小平（译）
5.《飞机结构设计》南京航空航天大学飞机设计技术研究所
6. CCAR-25《运输类飞机适航标准》
7. CCAR-23《正常类、实用类、特技类和通勤类飞机适航规定》
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