飛機(jī)性能工程：第三章 飛機(jī)限制邊界

1、第三章 飛行的極限邊界與運(yùn)行限制1思考：飛機(jī)是否可以在任何高度飛行？ 速度是否受到限制？ 為保證飛行安全，避免發(fā)生結(jié)構(gòu)損壞、解體、失速等影響飛行安全的事故或事故征候。需要對飛機(jī)的飛行速度范圍、高度范圍、飛行載荷、飛行環(huán)境等提出一些限制。21 平飛速度邊界2 機(jī)動飛行與突風(fēng)載荷3 抖振邊界4 飛機(jī)的使用限制5 跑道強(qiáng)度對飛機(jī)的起降重量的限制第3章 飛行的極限邊界與運(yùn)行限制31 平飛速度邊界 飛機(jī)在某一高度平飛，速度由油門位置來控制；油門對速度的調(diào)整有限度，減小速度，至少要能夠保持平飛；增大速度，受油門最大位置限制。平飛速度有最大和最小速度邊界，此外還受到其他因素限制，構(gòu)成平飛速度邊界。4（2）兩

2、方面限制： Vmin=MAX（Vs，Vpower-limit）1、平飛最小速度Vmin（1）定義：飛機(jī)能維持正常、穩(wěn)定平飛的最小速度1 平飛速度邊界51、平飛最小速度Vmin1 平飛速度邊界a）失速限制（低空） 低空時，F(xiàn)AFRE, 減小速度受到迎角的限制。 最小速度受失速速度限制。（2）兩方面限制：61、平飛最小速度Vmin1 平飛速度邊界（2）兩方面限制：b）推力限制（高空) 高空時，速度減小，所需推力增大，可用推力減小，其左側(cè)交點限制了最小速度。7（3）影響因素1、平飛最小速度Vmin1 平飛速度邊界MhPW=CCLmax=cCLmax=f(M)Vmin,p 高度越大，推力限制 的最小速

3、度也越大。a）高度影響 高度越大，減小，Vs越大；8b）重量影響重量增大，升力增大，CLmax不變， Vs變大重量越大，所需推力越大， 推力限制的最小速度也越大。 （3）影響因素1、平飛最小速度Vmin1 平飛速度邊界重量增加92、平飛最大速度Vmax（1）定義：在飛行重量、高度一定時，發(fā)動機(jī)在最大極限工作狀態(tài)上工作所能達(dá)到的穩(wěn)定平直飛行速度。1 平飛速度邊界（2）限制： 發(fā)動機(jī)最大推力限制。 102、平飛最大速度Vmax1 平飛速度邊界（3）影響因素：a）高度影響 Vemax隨h增加而減小， 高空減小更快。FRE基本不變FAVh =112、平飛最大速度Vmax（3）影響因素：高度影響 1 平

4、飛速度邊界隨著高度的增加:低空：Vemax，但，所以VT,M高空：Vemax，但， 所以VT,MVTh122、平飛最大速度Vmax1 平飛速度邊界（3）影響因素： 重量越大，推力限制的最大速度越小。重量增加133、理論速度包線與升限將Vmin-Hp、Vmax-Hp圖繪在一張圖中。1 平飛速度邊界理論計算得到的飛機(jī)可以飛行的速度、高度范圍。143、理論速度包線與升限1 平飛速度邊界（1）影響：重量越大，包線范圍越小。（2）理論升限：在理論上飛機(jī)能飛的最大高度。 a）R/C=0，爬升率為零，飛行時間無限長，不實用。 b）不穩(wěn)定，只能在一個速度下飛行?？捎猛屏抵僚c所需推力相切的高度，剩余推力為0，

5、爬升梯度為0，Vmax=Vmin=VE。154、使用(實用）飛行包線1 平飛速度邊界為了安全，實際飛行不能到達(dá)理論飛行包線的邊界。在小速度，要有個速度余量；在大速度必須遵守強(qiáng)度和操穩(wěn)性的限制。16（1）最小允許速度4、使用飛行包線1 平飛速度邊界把最小速度定義在失速前的抖振速度上；如果抖振不明顯則以1.07Vs作為最小允許速度。174、使用飛行包線1 平飛速度邊界（2）強(qiáng)度限制的最大允許速度限制動壓： 速度過大時，飛機(jī)表面受動壓 q 影響過大，會發(fā)生永久變形，降低操作性（副翼反效），甚至撤壞蒙皮、斷裂，甚至解體。 規(guī)定最大當(dāng)量空速Vemax=const。為使飛行員便于操作轉(zhuǎn)換成表速：VMO=c

6、onst表速一定，HP=VT MVMO=CONST18 在高空，相同Ve的M數(shù)很大，會出現(xiàn)局部激波，抖動，反操縱等現(xiàn)象。 4、使用飛行包線1 平飛速度邊界（3）最大允許M數(shù)為了避免上述現(xiàn)象，規(guī)定一個最大允許M數(shù)：MMO=constMMO不變，HP=VT，到36089ft后，VT不隨高度變化。VMO/MMO194、使用飛行包線1 平飛速度邊界（4）使用速度包線204、使用飛行包線1 平飛速度邊界（5）實用升限 艙壓限制：在實際飛行中，還應(yīng)考慮飛機(jī)內(nèi)外的壓力差限制。 757-200要求不大于8.6磅/平方英寸，既飛行高度不高于42000ft。在實際飛行中，規(guī)定飛機(jī)保留了一定爬升能力的升限。（100

7、ft/min或300ft/min）215、平飛性能范圍的劃分1 平飛速度邊界（1）劃分原則： 在飛機(jī)飛行包線的范圍內(nèi)，根據(jù)飛機(jī)的穩(wěn)定性和操縱性，把飛行的區(qū)域劃分為兩個范圍。第一性能范圍（正常操縱區(qū)）第二性能范圍（反常操縱區(qū)）VmaxVEVmin225、平飛性能范圍的劃分1 平飛速度邊界（2）平衡特性正常操縱區(qū)：具有穩(wěn)定性Va,FRE,F0,飛機(jī)加速。Va,FRE,F0,飛機(jī)減速。反常操縱區(qū)：不具穩(wěn)定性Vb,FRE ,F0,飛機(jī)加速。235、平飛性能范圍的劃分1 平飛速度邊界（3）操縱特性：平飛加速正常操縱區(qū): 在Va上處于平衡，欲加速，增大油門，F(xiàn)A，出現(xiàn)F0，使V 。同時D ，最后達(dá)到新的平

8、衡。反常操縱區(qū): 在Vb上處于平衡，欲加速，增大油門，F(xiàn)A，出現(xiàn)F0，使V 。但D，F(xiàn) ，加速度增大，回不到平衡狀態(tài)。只能再減小油門，使FW時，同時增大飛機(jī)的坡度，使升力的垂直分量等于飛機(jī)的重量，飛機(jī)水平轉(zhuǎn)彎。向后拉桿，增大迎角，使LW,剩余推力做向心力，使飛機(jī)軌跡向上彎曲：法向加速度，衡量飛機(jī)的高度機(jī)動性衡量飛機(jī)的方向機(jī)動性272 機(jī)動飛行和突風(fēng)載荷1、機(jī)動飛行過載ny的大小體現(xiàn)了曲線運(yùn)動的機(jī)動性。過載的限制因素：空氣動力限制飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度限制282 機(jī)動飛行和突風(fēng)載荷1、機(jī)動飛行（1）空氣動力極限載荷HP,W一定時，ny近似與Ve2成正比。負(fù)過載時，CLmax是正過載CLmax的0.7倍。V

9、eny292 機(jī)動飛行和突風(fēng)載荷1、機(jī)動飛行（2）結(jié)構(gòu)限制載荷為了防止結(jié)構(gòu)破壞，殘余變形，F(xiàn)AR25.337規(guī)定：正的過載不得小于2.5，不必大于3.8負(fù)過載在VC之前不能小于-1.0在VCVD之間線性減小到0。302 機(jī)動飛行和突風(fēng)載荷1、機(jī)動飛行（3）機(jī)動飛行包線312 機(jī)動飛行和突風(fēng)載荷1、機(jī)動飛行（4）特征點VA設(shè)計機(jī)動速度設(shè)計巡航速度 飛機(jī)在巡航時可用的最大速度。應(yīng)比設(shè)計俯沖速度小20%。設(shè)計俯沖速度飛機(jī)的最大限制速度，在使用中不允許超過這個速度，否則可能會引起飛機(jī)的永久變形或損壞。322 機(jī)動飛行和突風(fēng)載荷1、機(jī)動飛行（5）機(jī)動飛行限制機(jī)動飛行時，過載不得超過機(jī)動包線上的過載限制。

10、如：最大過載對飛機(jī)轉(zhuǎn)彎時，對最大坡度的限制為66.4。 實際飛行中的坡度在1530。332 機(jī)動飛行和突風(fēng)載荷2、陣風(fēng)包線 平飛時，對稱向上（向下）的垂直陣風(fēng)，使（ ）使ny1(ny1)。(由陣風(fēng)產(chǎn)生)平飛Veu 設(shè)計陣風(fēng)速度342 機(jī)動飛行和突風(fēng)載荷2、陣風(fēng)包線FAR對所要考慮陣風(fēng)u大小的有關(guān)規(guī)定。u guest VelocityEAS ft/s12.52538506620000ft50000ftGuest for VDGuest for VCGuest for VB352 機(jī)動飛行和突風(fēng)載荷2、陣風(fēng)包線VenVD+66ft/s+50ft/s+25ft/s-66ft/s-50ft/s-25f

11、t/s1VCVB陣風(fēng)包線圖：362 機(jī)動飛行和突風(fēng)載荷2、陣風(fēng)包線組合包線圖：372 機(jī)動飛行和突風(fēng)載荷2、陣風(fēng)包線 VBVBM是穿越顛簸氣流允許的速度范圍。 實際中取比VB大一點的一個速度作為穿越顛簸氣流的速度。381 平飛速度邊界2 機(jī)動飛行與突風(fēng)載荷3 抖振邊界4 飛機(jī)的使用限制5 跑道強(qiáng)度對飛機(jī)的起降重量的限制第3章 飛行的極限邊界與運(yùn)行限制393 抖振邊界飛機(jī)平飛的最小允許速度受到抖振迎角限制的抖振速度，小速度時有個抖振邊界。大速度時，激波引起附面層分離，也有個抖振速度。403 抖振邊界1、平飛抖振邊界平飛，在給定高度、重量時有：MCLWMCL抖動抖動升力系數(shù)隨M數(shù)的變化關(guān)系：413

12、 抖振邊界1、平飛抖振邊界MCLWCL抖動同一重量對應(yīng)兩個交點：低速抖動M高速抖動MMWHP=CHP平飛抖振邊界W-M高度不變時，W，無抖振的速度范圍減??；重量一定時，HP，無抖振的速度范圍減小。423 抖振邊界1、平飛抖振邊界MWH=CH平飛抖振邊界W-M利用這些圖可以確定：給定HP、W，確定平飛時抖振限制的最大、最小M；給定W，確定1g平飛的最大高度和對應(yīng)的M數(shù)；給定W、M，確定平飛的最大高度；給定HP、M，確定平飛最大重量；給定HP上，確定平飛最大重量和M。433 抖振邊界2、機(jī)動飛行抖振邊界在HP、W一定時，飛機(jī)可以在低抖振和高抖振間無抖振平飛，但載荷變化時也可能引起新的抖振。441

13、平飛速度邊界2 機(jī)動飛行與突風(fēng)載荷3 抖振邊界4 飛機(jī)的使用限制5 跑道強(qiáng)度對飛機(jī)的起降重量的限制第3章 飛行的極限邊界與運(yùn)行限制451、重量限制4 飛機(jī)的使用限制2、重心限制飛機(jī)的重心不能超過規(guī)定的重心范圍。在飛行過程中，飛機(jī)的重心位置是在不斷變化的，重心范圍是重量的函數(shù)。4647483、環(huán)境包線4 飛機(jī)的使用限制飛行高度限制溫度限制起降機(jī)場限制4950B738與A320使用限制對比 飛機(jī)性能參數(shù)B737-800A320-200最大滑行重量(MTXW)168000LB(76T)167300磅（75.9T）最大起飛重量(MTOW)167500LB166400磅最大著陸重量(MLDW)14400

14、0LB145500磅最大無油重量(MZFW)136000LB137700磅最大起飛/著陸氣壓高度8400英尺（約2560米）9200英尺（約2804米）最大使用巡航高度41000英尺（12500米）39800FT最大使用速度VMO=340KIAS(指示空速) MMO=0.82MVMO=350 KIAS（指示空速） MMO=0.82M經(jīng)濟(jì)巡航高度33000-37500英尺（ 10000-11400米）33000-36000英尺（ 10060-10976米）平均巡航速度0.80M0.78M51B738使用包線A320使用包線524、過載限制 襟翼收上時： 襟翼放出時：4 飛機(jī)的使用限制535、發(fā)動

15、機(jī)使用限制4 飛機(jī)的使用限制546、襟翼起落架使用速度限制55564 飛機(jī)的使用限制7.其它571 平飛速度邊界2 機(jī)動飛行與突風(fēng)載荷3 抖振邊界4 飛機(jī)的使用限制5 跑道強(qiáng)度對飛機(jī)的起降重量的限制第3章 飛行的極限邊界與運(yùn)行限制584 跑道強(qiáng)度對飛機(jī)的起降重量的限制ACN( Aircraft Classification Number) 飛機(jī)等級號（飛機(jī)分類號）PCN(Pavement Classification Number)道面等級號（道面分類號）1990年6月，ICAO附件14“Aerodromes”第一版引入了ACNPCN 系統(tǒng)，它提供了一個標(biāo)準(zhǔn)的、國際性的飛機(jī)道面等級系統(tǒng)，用于取

16、代世界上使用的 S、T、TT、LCN、AUW、WL 等各種等級系統(tǒng)。 ICAO 推薦采用 ACN 與 PCN 評價道面等級，確定由道面強(qiáng)度限制的飛機(jī)起降重量。 594 跑道強(qiáng)度對飛機(jī)的起降重量的限制1 PCNPCN反映了道面的承載能力， PCN越大，道面承載能力越強(qiáng)、允許起落越重的飛機(jī)。 PCN 90/R/B/X/T 、 PCN 38/F/A/X/U、.跑道的PCN由修建部門提供, 可以在機(jī)場細(xì)則中查到, 表示方法如下：60PCN后面的數(shù)字代表了該跑道的等級號,它與道面厚度、道面材料(水泥鋪筑面還是瀝青道面)有關(guān)。第一個字母可以是R或F, R(RIGID)代表剛性道面（硬道面） 即水泥鋪筑面；

17、 F（FLEXIBLE）代表柔性道面（又稱軟道面） 即瀝青鋪筑面。 4 跑道強(qiáng)度對飛機(jī)的起降重量的限制1 PCNPCN 35/R/B/X/T614 跑道強(qiáng)度對飛機(jī)的起降重量的限制1 PCNPCN 35/R/B/X/T第二個字母可以是A、B、C、D之一， 反映了道基的強(qiáng)度的大小。 A 地下土質(zhì)高強(qiáng)度 B 地下土質(zhì)中等強(qiáng)度 C 地下土質(zhì)低強(qiáng)度 D 地下土質(zhì)特低強(qiáng)度 624 跑道強(qiáng)度對飛機(jī)的起降重量的限制1 PCNPCN 35/R/B/X/T第三個字母可以是X、Y、Z、W之一 代表允許的輪胎壓力。 WXYZ輪胎壓力高壓中等壓力低壓超低壓輪胎壓力范圍（兆帕）1.51.01.5(145218PSI)0.

18、51.0(72.545PSI)0.5 現(xiàn)在飛機(jī)的輪胎壓力絕大多數(shù)218PSI, 屬中壓輪胎。個別機(jī)型(如MD82)使用高壓輪胎。如要求飛機(jī)在砂石道面上起降則應(yīng)用低壓輪胎(如B737200、Be146100可選裝低壓輪胎)。634 跑道強(qiáng)度對飛機(jī)的起降重量的限制1 PCNPCN 35/R/B/X/T第四個字母是T、U之一，表示評價手段 T技術(shù)監(jiān)定； U試飛或經(jīng)驗評定。644 跑道強(qiáng)度對飛機(jī)的起降重量的限制1、PCN65飛機(jī)等級號 ACN 的定義: ( 標(biāo)準(zhǔn)輪胎壓力指1.2兆帕, 所需厚度指為能長期起降而又不損壞跑道所需道面厚度。) ACN與飛機(jī)重量、重心(它影響主起落架上的載荷)、輪胎壓力、道面的軟硬、道基強(qiáng)度有關(guān), 見附表二。4