ضرایب بار ناشی از جریان ناگهانی هوا به علت اغتشاشات اتمسفری که به هواپیما وارد می­ شود از کنترل خلبان خارج است. طبیعت اغتشاشات اتمسفری و اثرات آن بر هواپیما، موضوع بسیاری از تحقیقات در طول سالیان اخیر بوده است. شدت اغتشاشات در نظر گرفته شده برای طراحی و در نتیجه ضریب بار مورد نظر توسط داده ­های آماری و به طور کلی توسط استانداردها و مراجع مشخص تعیین می­ شود.

ضریب بار بر اثر جریان­های ناگهانی هوا هنگامی که هواپیما در شرایط وزن کمینه قرار دارد بیشتر از وضعیت ماکزیمم وزن است. در شرایط مینیمم وزن این مساله اهمیت کمی دارد زیرا وزنی که باید توسط بال تحمل شود کم بوده و در این شرایط بال در وضعیت بحرانی قرار ندارد. در وضعیت مینینم وزن، در مورد اتصال موتور به بال این مساله بحرانی­تر است. بنابراین لازم به نظر می­رسد که در شرایط وزن کمینه، ضریب بار بر اثر جریان­های ناگهانی هوا محاسبه شود.
۳-۳- بارهای حدی و نهایی
بار حدی، ماکزیمم باری است که هواپیما، می ­تواند در طول عمر خود در معرض آن قرار گیرد. تحت بار حدی در سازه هواپیما هیچ گونه تغییر فرم مخرب دائمی ایجاد نمی­ شود و تاثیری بر عملکرد سازه ندارد. کارایی سازه با پارامترهای مقاومت و سختی تعریف می­ شود. سختی برای انعطاف پذیری و تغییر فرم­ها شرح داده می­ شود و در آیروالاستیسیته و فلاتر معنا دارد. مقاومت برای بارهایی که سازه هواپیما قابلیت تحمل آن­ها را دارد اهمیت دارد. برای تمام بارهای بیشتر از بار حدی، تغییر فرم سازه باید به نحوی باشد که عملکرد ایمن آن را تحت شعاع قرار دهد. بار نهایی (یا بار طراحی) برابر است با حاصل ضرب بار حدی در ضریب اطمینان.

در حالت کلی، ضریب اطمینان ۵/۱ در طراحی سازه هواپیما استفاده می­ شود. سازه باید بارهای نهایی رابدون واماندگی تحمل کند. اگرچه فرض می­ شود که بار بزرگتر از بار حدی به هواپیما وارد نمی­ شود، مقدار مشخصی استحکام اضافه برای جلوگیری از شکست کلی سازه در طراحی اجزای سازه در نظر گرفته می­ شود. این استحکام اضافه به دلیل عوامل مختلفی است که عبارتند از:

• • تقریب­هایی که در تئوری آیرودینامیک و تحلیل تنش سازه انجام می­ شود.

• • تغییرات خواص فیزیکی مواد

• • تغییرات در استانداردهای ساخت و بازرسی

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.
بارهای وارده بر اثر جریان­های ناگهانی هوا از این حیث که سرعت جریان­های ناگهانی فرضی است، دلخواه است. اگرچه سرعت جریان­های ناگهانی هوا بر پایه اطلاعات سال­های زیاد در تمام دنیا با اندازه گیری نیروهای وارده به هواپیما ثبت شده است، این احتمال وجود دارد که در طول عمر هواپیما در شرایط طوفانی پرواز بر فراز کوهستان و یا دریا بارهای ناشی از جریان­های ناگهانی هوا بیشتر از آنچه ثبت شده است، باشد. بنابراین ضریب اطمینان در نظر گرفته شده عدم شکست کلی سازه در چنین شرایطی را تضمین می­ کند.
۳-۴- معیارهای طراحی سازه
در طراحی سازه انواع مانورها، سرعت­ها، بارهای مفید و وزن ماکزیمم هواپیما در نظر گرفته می­ شود. این پارامترها در کنترل اپراتور هواپیما است. به علاوه در طراحی سازه باید عواملی مانند مانورهای سهوی، اثرات اغتشاشات جریان هوا و شدت تماس زمینی در حین نشست نیز باید در نظر گرفته شود. معیارهای عمده طراحی که بارهای طراحی را مشخص می­ کند، کاملا به نوع هواپیما و استفاده تعیین شده بستگی دارد.
هواپیماهای تجاری باید قادر باشند ماموریت خود را به طور ایمن انجام دهند. 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.
گروه بعدی از پارامترهای طراحی آنهایی هستند که خلبان روی آن­ها کمتر کنترل داشته و یا کنترلی روی این عوامل ندارد. استحکام لازم برای این شرایط کاملا بر حسب داده ­های آماری می­باشد. آمارها دائما جمع­آوری شده و شرایط طراحی سازه با تفسیر این داده ­ها بهبود داده می­ شود. این آمارها را می­توان به سادگی برای طراحی هواپیمای مشابه با هواپیمایی که داده ­های آماری از آن جمع آوری شده استفاده کرد.
بدون توجه به نوع هواپیما، معیارها عمدتا بر مبنای داده ­های آماری گذشته می­باشد. گاهی اوقات شرایطی که تجربه می­ شود خارج از محدوده داده ­های آماری است و شکست در هواپیما اتفاق می­افتد. بنابراین رسیدن به ایمنی صد در صد امکان پذیر نمی ­باشد.
هنگامی که نوع و استفاده هواپیما مشخص شد، مرجعی برای الزامات مشتری و الزامات استاندارد تشکیل می­ شود. مینیمم الزامات سازه هواپیما را می­توان در این استانداردها مشاهده کرد. الزامات در حالت کلی طبیعی بوده و همیشه برای نوع جدید هواپیما استفاده نمی­ شود. در نتیجه تفسیر و انحراف از الزامات لازم است. تفسیر و انحراف باید با مذاکره با موسسه گواهی دهنده هماهنگ شود. در برخی از موارد، الزامات خاصی لازم است تا پیکربندی غیر معمول از هواپیماها را پوشش دهد.
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^[۶۱]
فشار دینامیکی معیاری برای اندازه گیری انرژی جنبشی سیال است. این پارامتر با q نشان داده شده که به صورت زیر تعریف می­ شود.