Полезная нагрузка — это объект или сущность, которую несет самолет или ракета-носитель . Иногда под полезной нагрузкой также понимают грузоподъемность самолета или ракеты-носителя, обычно измеряемую в весе. В зависимости от характера полета или миссии полезная нагрузка транспортного средства может включать груз , пассажиров , летный экипаж , боеприпасы , научные инструменты или эксперименты или другое оборудование. Дополнительное топливо, если оно имеется в наличии, также считается частью полезной нагрузки. [1]
В коммерческом контексте (например, авиакомпания или авиаперевозчик ) полезная нагрузка может относиться только к приносящим доход грузу или платящим пассажирам. [2] Полезную нагрузку боеприпасов , перевозимую боевым самолетом , иногда иначе называют боевой нагрузкой самолета .
Для ракеты полезной нагрузкой может быть спутник , космический зонд или космический корабль , перевозящий людей, животных или груз. Для баллистической ракеты полезная нагрузка представляет собой одну или несколько боеголовок и связанных с ними систем; их общий вес называется забрасываемым весом .
Доля полезной нагрузки от общего стартового веса воздушного или космического корабля известна как « доля полезной нагрузки ». Когда вес полезной нагрузки и топлива рассматриваются вместе, это называется « долей 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 диапазона полезной нагрузки (также известная как «диаграмма колена») иллюстрирует компромисс.
Верхняя горизонтальная линия представляет максимальную полезную нагрузку. Конструктивно он ограничен максимальной бестопливной массой (MZFW) самолета. Максимальная полезная нагрузка представляет собой разницу между максимальной массой без топлива и эксплуатационной массой пустого самолета (OEW). Перемещение слева направо по линии показывает постоянную максимальную полезную нагрузку по мере увеличения дальности. Для большей дальности необходимо заливать больше топлива.
Вертикальная линия представляет диапазон, при котором совокупный вес самолета, максимальная полезная нагрузка и необходимое топливо достигают максимальной взлетной массы (MTOW) самолета. Если дальность полета превышает эту точку, полезной нагрузкой придется пожертвовать ради топлива.
Максимальная взлетная масса ограничена сочетанием максимальной полезной мощности двигателей и аэродинамического качества крыльев. Диагональная линия после точки дальности при максимальной полезной нагрузке показывает, как уменьшение полезной нагрузки позволяет увеличить запас топлива (и дальность) при взлете с максимальной взлетной массой.
Второй излом кривой представляет собой точку, в которой достигается максимальный запас топлива. Полет дальше этой точки означает, что полезную нагрузку придется еще больше уменьшить для еще меньшего увеличения дальности полета. Таким образом, абсолютная дальность — это дальность, на которой самолет может летать с максимально возможным топливом, не неся никакой полезной нагрузки.
Примеры грузоподъемности:
Для самолетов вес топлива в крыльевых баках не оказывает такого значительного влияния на изгибающий момент крыла, как вес фюзеляжа. Таким образом, даже когда самолет загружен максимальной полезной нагрузкой, которую могут выдержать крылья, он все равно может нести значительное количество топлива.
Системы запуска и транспортировки различаются не только по полезной нагрузке, которую можно нести, но также по нагрузкам и другим факторам, воздействующим на полезную нагрузку. Полезная нагрузка должна не только быть доставлена к цели, но и благополучно доставлена, будь то в другое место на поверхности Земли или на определенную орбиту. Для этого полезная нагрузка, такая как боеголовка или спутник, проектируется так, чтобы выдерживать определенное количество различных видов «наказания» на пути к месту назначения. Большинство полезных нагрузок ракет размещаются внутри обтекателя полезной нагрузки , чтобы защитить их от динамического давления при высокоскоростном движении через атмосферу и улучшить общую аэродинамику ракеты-носителя. По тем же причинам большая часть полезной нагрузки самолета размещается внутри фюзеляжа . Для негабаритного груза может потребоваться фюзеляж необычных пропорций, как у Super Guppy .
Различные ограничения, налагаемые на систему запуска, можно грубо разделить на те, которые вызывают физическое повреждение полезной нагрузки, и те, которые могут повредить ее электронную или химическую структуру. Примеры физического ущерба включают экстремальные ускорения в коротких временных масштабах, вызванные атмосферными ударами или колебаниями, экстремальные ускорения в более длительных временных масштабах, вызванные тягой ракеты и гравитацией, а также внезапные изменения величины или силы тяжести.
направление ускорения, вызванное тем, насколько быстро двигатели дросселируются и выключаются и т. д. Электрические, химические или биологические полезные нагрузки могут быть повреждены экстремальными температурами (горячими или холодными), быстрыми изменениями температуры или давления, контактом с быстро движущимися потоками воздуха, вызывающими ионизация и радиационное воздействие космических лучей , пояса Ван Аллена или солнечного ветра .