原创不易，请认可价值，转载请注明来自“今日头条 英雄光” 2019-12-15
在关于飞机的各类文章和报道中，我们经常能够看到这样的字眼：过载9G，过载5G，那么什么是过载呢？9G和5G在这里又表示什么呢？过载为什么这么重要呢？
（PS：本人只是业余爱好者，文中如有不对，还敬请在评论区指正。）
F-22
我们先来阐述一下过载的定义，根据《航空飞行器飞行动力学》我们可以得到：作用在飞机上的气动力和发动机推力的合力与飞机的重力之比为过载。
从公式上来说也就是说过载=F/W，这个式子我们不由得就想到了牛顿第二定理F=ma，a=F/m，过载实际上可以理解为加速度*g，至于为什么总是要与重力常数g相乘，这是因为W重力=mg。
所以过载一直表示为9G，5G，这代表什么意思呢？根据公式我们可以知道，此时的气动力与发动机推力的合力为重力的9倍或5倍，这对于飞机本身具有非常重要的意义。
J-20
我们通过定义知道，过载力与力的比值，那么过载必然是矢量，分为大小和方向，我们知道任何矢量在计算或实际过程中都应该方向问题，过载也是一样的，过载同样分为切向过载和法向过载两种。
法向过载产生的原因和本质我们一般所说的过载5g，9g是法向过载，这是因为在转弯时我们一般都会形容过载的大小去描述飞机盘旋性能的好坏。
为什么盘旋时飞机往往就会产生法向过载呢？这是因为过载的本质就是加速度，当飞机盘旋时我们可以将其大致看成圆周运动，那么我们知道物体在进行圆周运动时是需要向心加速度的，所以这就是当盘旋时就会出现过载的原因，因为过载本质就是向心加速度，而盘旋时需要向心加速度。
（PS：可能有些不好理解，简单的来说过载就是向心加速度，而盘旋运动就是圆周运动，所以盘旋时一定会出现过载。）
此图中的F-35就是之前BLOCK 3i的飞控版本限制F-35的过载上限为7g，BLIOCK 3F飞控更新后，这个限制就没了
（PS：盘旋分别可以在水平面和垂直面上进行，也就是盘旋和翻筋斗，两种情况不一样，但都会产生过载。）
而飞机在盘旋时，所受的法向力为升力和推力合力也就是前文所提到的气动力的法向分量，而推力的法向分量往往很小，所以法向过载往往表现为升力的法向分量。
所以在此时9g过载的意义就是升力为重力的9倍，根据公式也很容易看出来F/W=过载，此时F=L（升力）。
过载对于飞机的意义了解了过载的本质以后，我们就可以对开篇的问题进行解答了，即过载为什么这么重要？我认为过载对于飞机的意义大概有两点：1. 过载对于能量机动性的重要性；2. 过载对于盘旋角速度的重要性。
- 能量机动性
过载对于能量机动性有什么意义呢？我在之前给出的公式貌似也没有涉及到过载，那么过载对于能量机动性有什么影响呢？
我之前给到的公式
实际上过载和能量机动性有很大的关联，我以前给出这个公式时是想说明“SEP的高低只与飞机的推重比和升阻比有关，升阻比和推重比越大，飞机的SEP值越高，飞机的能量机动性越好”
这可以说是对的，也可以说不对，因为飞机的SEP不止于推重比和升阻比有关系，还与飞行状态下的攻角和过载有关。
（PS：不过SEP与飞机固有属性的关联程度的确是只有推重比和升阻比。）
这个公式是有适用条件的，我在前文也说过了那就是：定常平飞状态下。
但是飞机在盘旋时，它的攻角怎么可能为零呢？它的运动状态怎么可能不发生改变呢？所以能量机动理论的公式写全了应该是这样的：
此公式适用于一般情况，也就是什么情况都可以，如果是定常平飞，那么攻角和过载都为0，也就和上面一样了
图中公式中的AOA为攻角，n为过载，所以通过这个式子我们就知道，过载越大，SEP值就越小，甚至可能为负值SEP＜0，过载越小，SEP值就越大，SEP是＞0的。这就是过载关于能量机动理论的重要性。
（PS：有一个网友在之前和我讨论苏-27的超音速陷阱，在这方面理解的不清楚，我结合过载在这里再说一遍。我们知道苏-27的超音速陷阱是因为机体无法承受突然产生巨大的抬头力矩而存在的，所以飞控主动将跨音速区间的过载限制一些。
为什么呢？刚才说了过载越大，SEP就越小，以至于SEP可能＜0，SEP＜0，那么总机械能就减小了，苏-27在进行瞬盘时高度一般情况下高度是不变的，那么总机械能的减小就变为了动能减小，然后就变为了速度减小。
我们知道速度突然降低到亚音速，会导致气动中心突然前移，这就会产生巨大的抬头力矩，所以为了保护机体，苏-27的速度衰减必须慢一些，或者不存在速度衰减，那么表现在公式就是SEP要更大，甚至＞0，这样的话动能减少的就慢一些或者增加，那么机体就不会因为动能的急剧减小承受突然出现的抬头力矩了。）
此F-35应该就在瞬盘
（PS：过载限制变小后，SEP肯定变大了，但这个值依然＜0，还是＞0呢，这是不知道的，所以就分为两种情况：1. 动能依然在减小，但是减小的慢了；2. SEP值≥0，动能反而不变或增加，就是前文所说的那样。）
（PS：这里说的过载全部为法向过载。）
（PS：这里其实也涉及到稳盘和瞬盘，我们都知道，稳盘是SEP≥0的盘旋角速度，瞬盘是＜的盘旋角速度，那么在空战中哪一个更有利呢？瞬盘的确能在短时间内旋转更多的角度，但是稳盘能够不降低飞机总体的机械能，这就见仁见智了，但绝对不是瞬盘就一定比稳盘要更实用。）
J-20
盘旋角速度就是我们一般常说的稳盘和瞬盘，我们需要了解的是，稳盘和瞬盘都是角速度，我们知道角速度*t（时间）=角度。所以无论是瞬盘还是稳盘都是一个过程。
那么过载和盘旋角速度的关系是什么呢？我们可以将盘旋角速度看成速度，那么在圆周运动中，a=ω²R=ωR×ω=ωv，ω=a/v，角速度就等于向心加速度除以线速度，也就等于过载/线速度。
那么我们就知道了，想要提高盘旋角速度的手段有两个：1. 减小线速度；2. 增加过载。那么后果却是一样的：1. 减小线速度意味着飞机的动能很小；2. 增大过载，可能让SEP值＜0，同样会减小飞机的动能。
想要提高飞机的盘旋角速度就要提高飞机的过载，但超过一定程度，飞机就是在瞬盘，SEP就会＜0，飞机的总机械能就会减小。
米格-21的能量机动飞行包线图
我们通过这个图来理解，图中把线条所表示的含义分别标注出来了，从左往右分别是最小盘旋半径，角速度，最大稳盘速率，转弯半径，过载。
我们看到当过载提升时，角速度不断的增高，SEP却逐渐减小，当SEP=0时，也就达到了图中所指的最大稳盘速率，此时情况下飞机的SEP=0，总体机械能不增多也不减少。再往上走，SEP变为负值，-200，-400等等直到最高点，达到了瞬盘角速度的最大值。
而角速度越来越大，飞机达到该角速度的飞行速度也越来越低，这是正是因为动能减小的缘故。
（PS：SEP＜0全部为瞬盘，SEP≥0全部为稳盘，只不过各自的速率不一样。）
这就是过载对于盘旋角速度的重要性。
苏-57
1.过载分为法向过载和切向过载，而我们平常所说的9g所代表的统统是法向过载。不止是过载，任何一个矢量在计算过程中，都需要分析方向，将其分为切向和法向。
2.用过载来形容飞机盘旋能力的高低，过载越高角速度越大。我们经常会用过载来形容一架飞机盘旋能力的好坏，这是不准确的。前文中我已经说过了，想要提高角速度，并不是只有增加过载才可以，减小线速度同样可以。
而且影响角速度大小又不止有过载这个向心加速度，因为即使是通过v=ωr，ω=v/r，这样来看的话减小半径同样可以增大飞机的盘旋角速度，这是一个综合衡量的值。
最简单的例子就是F-18E/F，F-18E/F的最大过载限制到了7.5g，但它的稳盘却很高。
超虫
（PS：我举得这些公式全部是匀速圆周运动中适用的，实际上不能用在这里，这里这是为了有更好的理解。）
（PS：实际上教科书已经归纳总结了根据《航空飞行器飞行动力学》：无论在铅垂面内还是在水平面内飞行，给定飞行速度情况下，法向过载n越大，转弯速率越大，转弯半径越小。在同样过载数值下，飞行速度增加，转弯速率越小，转弯半径越大。）
（PS：综合来说就是，飞行速度也就是文中的线速度和过载对盘旋半径和盘算角速度造成影响。）
F-22在此图中就是极大程度的减小了转弯半径
3.无论飞行速度是在什么区间内，9g过载代表的加速度都是一定的。因为根据公式我们知道，9g代表的就是F=9W，F=9倍的重力，在法向过载中，就是升力为重力的9倍。
在飞行过程中，飞机的重量是不会平白无故的增加的，反而会减小，所以9g过载在0.5Ma和1.5Ma代表的载荷和加速度都是一样的，并不是说1.5Ma下的9g过载就比0.5Ma下的9g过载要大，这是错误的结论。
4.战机的可用过载一般来说是不会降低的，除非有特殊的情况。我们通过第3点可以得知9g过载在0.5Ma下和1.5Ma是一样的，所以飞机能在0.5Ma下能承受9g过载，在1.5Ma下也可以，因为载荷是一定的。
不过也有特殊情况，会使飞控去限制飞机的过载，苏-27的超音速陷阱就是典型的例子，但单从过载的载荷来看，飞机在0.5Ma能承受9g过载，在1.5Ma下依然能够承受9g过载。
过载限制图
5.速度不一样的情况下，达到法向过载的快慢也不同。在0.5Ma下，飞行员可能需要很大程度的拉杆才能使飞机达到9g过载，但在1.5Ma下，飞行员可能只需要轻轻的拉杆即可。
这是因为在其他条件不变的情况下，速度更快，升力更大。升力更大就更容易达到9g过载，因为9倍的重力是不变的。
（PS：升力=动压*机翼参考面积*升力系数，动压=1/2*空气密度*速度²，所以升力会随着速度越来越大。）
本文引用：
- 方振平 《航空飞行器飞行动力学》 {M} 北京：北京航空航天大学出版社，2005，92~95
