飛機(jī)基本飛行性能的計(jì)算解析課件

1、2022/7/30第四章飛機(jī)基本飛行性能的計(jì)算41 引言鉛垂平面內(nèi)的定常直線飛行速度、航跡角不變！“準(zhǔn)定?！倍ǔＶ本€爬升 定常直線平飛 定常直線下滑 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)基本飛行性能最常用的簡(jiǎn)單推力法 能量高度法（考慮動(dòng)能變化）2022/7/3042 飛機(jī)的平飛需用推力如果 、 和 較小而且 不大的情況下，有當(dāng)飛機(jī)作水平直線飛行（定直平飛）時(shí)2022/7/30表示可用推力為方便，以后下標(biāo)“ky”全部去掉，下標(biāo)“pf”表示平飛！在一定高度、一定速度小進(jìn)行等速度直線平飛所需要的發(fā)動(dòng)機(jī)推力平飛所需推力，用2022/7/30V , H( ) ，G 極曲線查出 KG一般取平均重量?。ㄆ痫w和著陸重量的平均值）實(shí)

2、際計(jì)算中需要計(jì)算飛機(jī)在不同高度H上以不同速度V（或M數(shù)）飛行是的平飛需用推力曲線。2022/7/30在一定的計(jì)算高度上，C為常數(shù)，升力系數(shù)、升阻比和平飛需用推力只是V（或M數(shù)）的函數(shù)！計(jì)算基本飛行性能時(shí)，飛機(jī)處于基本氣動(dòng)外形狀態(tài)（無(wú)外掛或正常外掛，起落架和襟翼收起）對(duì)應(yīng)的極曲線！ 2022/7/302022/7/30某一V和或M數(shù)下，平飛需用推力或阻力最小有利狀態(tài)。平飛需用推力或阻力最小狀態(tài)對(duì)應(yīng)于升阻比最大狀態(tài)在最大升阻比狀態(tài)下，零升阻力系數(shù)等與升致阻力系數(shù)： 有利升力系數(shù)為：2022/7/30有利速度（或最小阻力速度）：平飛需用推力曲線上的另外一個(gè)典型飛行狀態(tài)，對(duì)應(yīng)速度稱(chēng)為遠(yuǎn)航速度（或遠(yuǎn)航M

3、數(shù)） ,因?yàn)椋?022/7/30 相當(dāng)于極曲線上 最小的狀態(tài)，由極曲線的表達(dá)式。可得： 求極值可得 最小狀態(tài)下的零升阻力系數(shù)： 該狀態(tài)下的零升阻力系數(shù)是升致阻力系數(shù)的3倍！對(duì)應(yīng)的 遠(yuǎn)航升力系數(shù)為2022/7/30總阻力系數(shù): 升阻比為： 遠(yuǎn)航速度：隨著高度增加，有利和遠(yuǎn)航速度都要增加！在發(fā)動(dòng)機(jī)耗油不變的情況下，在給定高度上，以有利速度飛行，續(xù)航時(shí)間最長(zhǎng)！ 以遠(yuǎn)航速度飛行，航程最大！2022/7/30M數(shù)和高度的函數(shù)！與飛行速度（或M數(shù)）的關(guān)系2022/7/302022/7/30在低亞音速范圍（M臨界Mlj）， 基本不隨M 數(shù)變化，零升阻力 與M2成正比增加；升致阻力 與與M2成反比降低。在M數(shù)

4、較低（M有利Myl）,由于升力系數(shù) 較大，升致阻力 較零升阻力 大，并在總阻力中占主要地位。隨著M數(shù)的增加， 逐漸減小，升致阻力 也減小，致使平飛需用推力降低。當(dāng)M有利Myl,隨著M數(shù)增加，雖然升致阻力 越來(lái)越小，但零升阻力 逐漸增大并在總阻力中占主要地位，結(jié)果使平飛需用推力又開(kāi)始增加（ I區(qū)）2022/7/30當(dāng)飛行M數(shù)超過(guò)臨界Mlj進(jìn)入跨音速范圍（臨界MljM1.2-1.3），迎面阻力主要來(lái)自零升阻力 。 先大致與 成正比。而后逐漸變 為與 成正比的下降，致使在較高數(shù)下平飛需用推力大致與數(shù)成比例地增加。（III區(qū)）2022/7/30與飛行高度的關(guān)系2022/7/30隨著高度增加，平飛需用推

5、力曲線總的變化趨勢(shì)是向右平移，并在超音速度范圍，平飛需用推力曲線變的越來(lái)越平緩。在低亞音速下，升致阻力 在總阻力中占主導(dǎo)地位，而且隨著高度增加， 升致阻力增加。由于在低亞音速范圍最大升阻比 基本為常數(shù)，因而 基本不隨高度變化。但由于有利速度相對(duì)應(yīng)的 隨著高度增加而增加，所以對(duì)應(yīng)的最小阻力狀態(tài)下 的向右移動(dòng)。2022/7/30在超音速范圍，零升阻力 大于升致阻力 ，由于隨著高度增加，零升阻力 減小，所以總阻力（平飛需用推力）減小。但升致阻力 則隨著高度增加而增加，所以在接近靜升限的高空飛行時(shí)，（km的情況），升致阻力大大增加。此時(shí)隨著飛行數(shù)增加，升致阻力減小 和零升阻力增加 差不多，因而平飛需用

6、推力隨著數(shù)增長(zhǎng)的程度比較緩慢！2022/7/3043 確定基本飛行性能的簡(jiǎn)單推力法 剩余推力?。ù笥诹悖ㄖ鄙仙?；等于零，定直平飛；小于零，定直下滑）2022/7/30把發(fā)動(dòng)機(jī)可用推力曲線（取全加力、部分加力、最大狀態(tài)） 和平飛需用推力曲線繪制在一張P-V（或M數(shù)）平面上！直接求出 求出 簡(jiǎn)單推力法2022/7/30 一、定直平飛性能的計(jì)算 最大平飛速度 和最小平飛速度1、 平飛速度 同一高度下的把發(fā)動(dòng)機(jī)可用推力曲線（取全加力、部分加力、最大狀態(tài)） 和平飛需用推力曲線的最右交點(diǎn)！ （其他方面的限制?。?022/7/302022/7/302、最小平飛速度同一高度下的把發(fā)動(dòng)機(jī)可用推力曲線和平飛需用

7、推力曲線的最左點(diǎn)！ （其他方面的限制?。┧俣认陆禐楸ＷC升力等于阻力必須增加迎角失速、允許、抖動(dòng)升力系數(shù)限制，還有受到最大配平舵偏角限制！2022/7/30 代表以上升力系數(shù)！2022/7/30二、定直上升的計(jì)算上升率 ，最大上升率 ，上升航跡角 ，最大航跡角 ，最短上升時(shí)間 ，靜升限 等?。?） 上升航跡角 ，最大航跡角2022/7/30最大航跡角 （ 剩余推力最大，對(duì)應(yīng)的速度稱(chēng)為最陡上升速度。一般接近有利速度?。?（2） 上升率 和最大上升率最大上升率 （對(duì)應(yīng)的速度稱(chēng)為快升速度 ）基本步驟：（H=8km）2022/7/302022/7/302022/7/302022/7/30（3） 靜升限指

8、飛機(jī)能作定直平飛的最大高度H 增加過(guò)程中，可用推力曲線逐漸向下移動(dòng)，而平飛需用推力曲線逐漸向右移動(dòng)，而且越來(lái)越平緩，當(dāng)上升到某一極限時(shí)，兩曲線相切于某一點(diǎn)，此時(shí)飛機(jī)僅能以切點(diǎn)處的速度對(duì)應(yīng)的唯一飛行速度定直平飛。大于或小于此速度都不行！ （到達(dá)升限的時(shí)間為無(wú)窮大）理論升限 ！2022/7/30高機(jī)動(dòng)性飛機(jī)規(guī)定與 米/秒相對(duì)應(yīng)、低亞音速飛機(jī)規(guī)定 米/秒相對(duì)應(yīng)的實(shí)際高稱(chēng)為實(shí)用升限 （ 全加力、部分加力、最大狀態(tài)不一樣！）2022/7/302022/7/30（4）定常上升到某一高度的最短上升時(shí)間飛機(jī)從海平面定常上升到某一高度的最短上升時(shí)間為：圖解積分法！2022/7/30先把 曲線轉(zhuǎn)繪成 曲線，則曲線

9、 與H坐標(biāo)軸包圍的曲線面積按坐標(biāo)比例換算后即為最短上升時(shí)間2022/7/302022/7/30NOTE：超音速飛機(jī)以 上升時(shí)，上升過(guò)程中各航跡速度 是變化的！（ 有動(dòng)能變化！，力平衡簡(jiǎn)化方程有誤差?。└邫C(jī)動(dòng)性超音速飛機(jī)，最短上升時(shí)間 的計(jì)算誤差大！能量法解決以上問(wèn)題！2022/7/30（5）飛機(jī)上升過(guò)程中的水平距離 圖解積分！三、飛機(jī)定常直線下滑性能的確定2022/7/30滑翔 P=0 升阻比增大，下滑角降小！4.4 定常飛行狀態(tài)及其操縱關(guān)系一、飛行包線在H-V平面上，最大平飛速度線 和最小平飛速度 曲線 所勾劃出的飛機(jī)定常飛行的高度速度范圍飛行包線在飛行包線內(nèi)飛機(jī)可作等速直線飛行、加速和減速

10、等各種機(jī)動(dòng)飛行！飛行包線范圍越大，飛機(jī)所具有的戰(zhàn)斗能力越強(qiáng)！飛行包線受到以下因素的限制：（1）動(dòng)力裝置穩(wěn)定工作的條件；（2）飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度條件；（3）飛行操縱和穩(wěn)定性等。 （要對(duì)最大速壓和最大飛行M數(shù)加以限制）對(duì)速壓的限制強(qiáng)度（懸掛接頭等）；剛度（操縱效能、顫振等）M數(shù)限制飛機(jī)操縱穩(wěn)定性；進(jìn)氣道、壓氣機(jī)和渦輪的穩(wěn)定性；氣動(dòng)加熱允許飛行包線（飛行品質(zhì)規(guī)范規(guī)定）！二、平飛范圍的劃分第一飛行范圍（正常操縱區(qū)） 第二飛行范圍（反常操縱區(qū)）討論：在1和2點(diǎn)都滿足： ，駕駛桿和油門(mén)不動(dòng)，1點(diǎn)穩(wěn)定，2點(diǎn)不穩(wěn)定！分界點(diǎn)：最大剩余推力 所對(duì)應(yīng)的最陡上升速度 （接近有利速度 ）， 曲線正斜率（有利速度 右側(cè)）

11、第一飛行范圍； 曲線負(fù)斜率（有利速度 左側(cè)）第二飛行范圍操縱規(guī)律：1點(diǎn)（1）保持1點(diǎn)平飛，只需要操縱駕駛桿保持迎角，不必動(dòng)油門(mén) (2）飛機(jī)轉(zhuǎn)入 定常直線上升，只需要后拉桿增加迎角即可，不必動(dòng)油門(mén)；思考：不動(dòng)駕駛桿，增加油門(mén)，飛機(jī)如何運(yùn)動(dòng)？（保持原速度定常上升）2點(diǎn)（1）保持2平飛，要協(xié)調(diào)操縱駕駛桿和油門(mén)?。?）飛機(jī)轉(zhuǎn)入 定常直線上升正常操縱習(xí)慣，駕駛員應(yīng)該后拉桿。但在2點(diǎn)，后拉桿后飛機(jī)反而下降，這是因?yàn)楹罄瓧U使飛機(jī)迎角增加，阻力增加，導(dǎo)致可用推力小于平需推力。所以駕駛員必須同時(shí)增加油門(mén)才能使飛機(jī)實(shí)現(xiàn)定常上升！若油門(mén)保持不變，要實(shí)現(xiàn)定常上升，則要推駕駛桿！反操縱 ！上升極線上升極線的點(diǎn)A為最大上

12、升角 狀態(tài)，是第一、第二飛行范圍的分界點(diǎn)。上升極線上各飛行狀態(tài)代表等速上升或下滑狀態(tài)；上升極線以上代表減速上升或下滑狀態(tài)；上升極線以上代表加速上升或下滑狀態(tài)。分析：（1）從第一飛行范圍的C點(diǎn)到E點(diǎn)（正常操縱） （2）從第二飛行范圍的B點(diǎn)到A點(diǎn)（反操縱）要保持或改變飛行狀態(tài)第一飛行范圍 ：只需動(dòng)駕駛桿； 第一飛行范圍 ：駕駛桿、油門(mén)相互配合 4.5 非定常上升運(yùn)動(dòng)性能的能量高度法一、能量特性飛機(jī)的總機(jī)械能：?jiǎn)挝伙w機(jī)重量的總機(jī)械能： 單位是米，能量高度能量高度的物理意義：如果爬升過(guò)程中阻力和推力平衡，當(dāng)飛機(jī)將所有動(dòng)能轉(zhuǎn)化成位能時(shí)，飛機(jī)所能到達(dá)的理論高度。能量變化率：第一項(xiàng)是飛機(jī)的幾何上升率；第二項(xiàng)

13、中 是飛機(jī)的加速度，當(dāng)飛機(jī)作近似直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，有：如果 不大， 可認(rèn)為 ） 則有： 能量變化率表示單位飛機(jī)重量的剩余功率（簡(jiǎn)稱(chēng)單位剩余功率），單位是米/秒，又成為能量上升率，用 表示。和定常上升運(yùn)動(dòng)方程形式上一樣，但物理意義不一樣！能量上升率的過(guò)載表達(dá)式：一般情況下，當(dāng)飛機(jī)以過(guò)載飛行時(shí)，有：則有： 能量上升率與過(guò)載有關(guān)系！一般討論中取過(guò)載等于1，即升力等于重力！此時(shí)如果：（1） ，則有 ，定常直線平飛；（2） ，則有 ，下滑狀態(tài)或減速度飛行；（3） ，則有 ，飛機(jī)爬升，或加速飛行能量上升率代表飛機(jī)改變其能量狀態(tài)的能力，代表了飛機(jī)的能量機(jī)動(dòng)性！例：F-104G飛機(jī)在H=6000米上以過(guò)載=1、M=

14、0.8、發(fā)動(dòng)機(jī)在最大狀態(tài)下平飛，P=4500公斤，Q=948公斤，G=8181公斤。該狀態(tài)下，飛機(jī)的能量上升率為 米/秒，表示如果F-104G在該狀態(tài)下由平飛轉(zhuǎn)入爬升，其瞬時(shí)上升率為110米/秒！如果平飛加速，則 ，平飛加速度為 米/秒2如果要在該狀態(tài)下定常平飛，則需要減小油門(mén)，使二、動(dòng)能變化時(shí)幾何上升率的計(jì)算（非定常上升）該公式可以計(jì)算動(dòng)能變化時(shí)的幾何上升率！爬升過(guò)程中，如果無(wú)動(dòng)能變化，則幾何上升率等于能量上升率！在低亞音速情況下，一般可認(rèn)為動(dòng)能基本不變！可用上式近似計(jì)算幾何上升率！三、最佳爬升航跡計(jì)算從一個(gè)高度、速度到另一個(gè)高度、速度1、 最快上升時(shí)間及對(duì)應(yīng)的航跡 方法1油門(mén)狀態(tài)定（額定或最大工作狀態(tài)）利用 （過(guò)載等于1），計(jì)算不同H、V的 ，并繪制能量上升率曲線。然后把該曲線轉(zhuǎn)繪制不同高度時(shí)的 曲線,作這些不同高度時(shí) 曲線的外包線（每條曲線的最低點(diǎn)的連線），則外包線所對(duì)應(yīng)的曲邊梯形PPQQ的面積，代表從 上升到 時(shí)所需要的最短時(shí)間！由于不同高度 曲線最低點(diǎn)能量