Полезная нагрузка — это объект или сущность, перевозимая самолетом или ракетой-носителем . Иногда полезная нагрузка также относится к грузоподъемности самолета или ракеты-носителя, обычно измеряемой в единицах веса. В зависимости от характера полета или миссии полезная нагрузка транспортного средства может включать груз , пассажиров , летный экипаж , боеприпасы , научные приборы или эксперименты или другое оборудование. Дополнительное топливо, если оно перевозится опционально, также считается частью полезной нагрузки. [1]
В коммерческом контексте (например, авиакомпания или грузовой авиаперевозчик ) полезная нагрузка может относиться только к приносящим доход грузам или платящим пассажирам. [2] Полезная нагрузка боеприпасов , перевозимых боевым самолетом , иногда также называется боевой нагрузкой самолета .
Для ракеты полезная нагрузка может быть спутником , космическим зондом или космическим аппаратом, перевозящим людей, животных или груз. Для баллистической ракеты полезная нагрузка — это одна или несколько боеголовок и связанных с ними систем; их общий вес называется забрасываемым весом .
Доля полезной нагрузки в общем взлетном весе воздушного или космического корабля известна как « доля полезной нагрузки ». Когда вес полезной нагрузки и топлива рассматривается вместе, это известно как « доля полезной нагрузки ». В космических кораблях обычно используется «массовая доля», которая представляет собой отношение полезной нагрузки ко всему остальному, включая конструкцию ракеты. [3]
Существует естественный компромисс между полезной нагрузкой и дальностью полета самолета. Диаграмма дальности полезной нагрузки (также известная как «локтевая диаграмма») иллюстрирует компромисс.
Верхняя горизонтальная линия представляет максимальную полезную нагрузку. Она ограничена конструктивно максимальным весом без топлива (MZFW) самолета. Максимальная полезная нагрузка — это разница между максимальным весом без топлива и рабочим пустым весом (OEW). Движение слева направо вдоль линии показывает постоянную максимальную полезную нагрузку по мере увеличения дальности. Для большей дальности необходимо добавить больше топлива.
Вертикальная линия представляет собой диапазон, на котором совокупный вес самолета, максимальная полезная нагрузка и необходимое топливо достигают максимального взлетного веса (MTOW) самолета. Если диапазон увеличивается сверх этой точки, полезная нагрузка должна быть принесена в жертву топливу.
Максимальный взлетный вес ограничен комбинацией максимальной полезной мощности двигателей и аэродинамического качества крыльев. Диагональная линия после точки дальности полета с максимальной полезной нагрузкой показывает, как уменьшение полезной нагрузки позволяет увеличить расход топлива (и дальность полета) при взлете с максимальной взлетной массой.
Второй изгиб кривой представляет собой точку, в которой достигается максимальный запас топлива. Полет дальше этой точки означает, что полезная нагрузка должна быть уменьшена еще больше для еще меньшего увеличения дальности. Таким образом, абсолютная дальность — это дальность, на которой самолет может лететь с максимально возможным запасом топлива без какой-либо полезной нагрузки.
Примеры грузоподъемности:
Для самолетов вес топлива в крыльевых баках не вносит такого значительного вклада в изгибающий момент крыла, как вес в фюзеляже. Поэтому даже когда самолет загружен максимальной полезной нагрузкой, которую могут выдержать крылья, он все равно может нести значительное количество топлива.
Система запуска и транспортировки отличается не только полезной нагрузкой, которую можно перевозить, но и нагрузками и другими факторами, воздействующими на полезную нагрузку. Полезная нагрузка должна быть не только доставлена к цели, она также должна безопасно прибыть, будь то в другое место на поверхности Земли или на определенную орбиту. Чтобы гарантировать это, полезная нагрузка, такая как боеголовка или спутник, спроектирована так, чтобы выдерживать определенное количество различных типов «наказаний» на пути к месту назначения. Большинство полезных нагрузок ракеты устанавливаются внутри обтекателя полезной нагрузки , чтобы защитить их от динамического давления высокоскоростного перемещения через атмосферу и улучшить общую аэродинамику ракеты-носителя. Большинство полезных нагрузок самолета перевозятся внутри фюзеляжа по аналогичным причинам. Для крупногабаритного груза может потребоваться фюзеляж с необычными пропорциями, например, Super Guppy .
Различные ограничения, накладываемые на систему запуска, можно грубо разделить на те, которые вызывают физическое повреждение полезной нагрузки, и те, которые могут повредить ее электронный или химический состав. Примерами физического повреждения являются экстремальные ускорения в течение коротких временных масштабов, вызванные атмосферными ударами или колебаниями, экстремальные ускорения в течение более длительных временных масштабов, вызванные тягой ракеты и гравитацией, и внезапные изменения величины или направления ускорения, вызванные тем, как быстро дросселируются и выключаются двигатели и т. д. Электрические, химические или биологические полезные нагрузки могут быть повреждены экстремальными температурами (высокими или холодными), быстрыми изменениями температуры или давления, контактом с быстро движущимися потоками воздуха, вызывающими ионизацию, и радиационным воздействием космических лучей , пояса Ван Аллена или солнечного ветра .