飞机原理与构造第五讲 飞机的飞机性能.ppt

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1、飞机原理与构造 第五讲 第四章 飞机的飞行性能,2018/10/11,1,2018/10/11,2,一、飞行性能计算的原始数据和基本定义 二、飞机的基本飞行性能 三、飞机的续航性能 四、飞机的机动飞行性能 五、飞机的起飞和着陆性能,第四章 飞机的飞行性能,2018/10/11,3,飞行性能计算的原始数据和基本定义,几种战斗机性能表,2018/10/11,4,飞行性能计算的原始数据和基本定义,飞机飞行性能,检验飞机设计方案是否能够满足设计使命，能否满足预定的预定的战术技术要求通过具体参数来表征飞机在各飞机阶段的飞行能力，例如： 飞机的最大最小飞行速度 飞机的升限 上升率 加减速时间 给定高度的航

2、程通常比较飞机的极限飞行能力,2018/10/11,5,飞行性能计算的原始数据和基本定义,飞行过程中的受力分析及角度定义,2018/10/11,6,飞行性能计算的原始数据和基本定义,发动机,2018/10/11,7,飞行性能计算的原始数据和基本定义,发动机安装角,机身轴线,发动机轴线,发动机尾喷口轴线 相对于发动机轴有5夹角,3,2,2018/10/11,8,飞行性能计算的原始数据和基本定义,定直平飞的受力分析,2018/10/11,9,飞行性能计算的原始数据和基本定义,受力分析及角度定义,2018/10/11,10,飞行性能计算的原始数据和基本定义,受力分析及角度定义,2018/10/11,

3、11,飞行性能计算的原始数据和基本定义,重力G,重力大小：G=m g m飞机质量 飞机质量随燃油消耗外挂投放等变化 性能计算过程中，飞机质量通常取常值 g重力加速度 重力加速度与地理位置飞行高度相关，但变化很小 通常取9.81 重力方向：铅垂向下,2018/10/11,12,飞行性能计算的原始数据和基本定义,对流层,同温层平流层,中间层,热层电离层,大气结构,2018/10/11,13,飞行性能计算的原始数据和基本定义,标准大气,海平面大气参数：H = 0 mT = 288.15 Kp = 101325 Nm-2r = 1.225 kgm-3g = 9.80665 ms-2,2018/10/1

4、1,14,飞行性能计算的原始数据和基本定义,气动力：Y/Q/Z,气动力可以分解为Y/Q/Z三个力,其中q为动压,其中S为机翼参考面积,常见飞机的参考面积,2018/10/11,15,飞行性能计算的原始数据和基本定义,升力特性,Cy为升力系数，取决于飞机的气动布局（翼型、机翼平面形状、襟翼偏角、平尾偏角等）及飞行状态（高度、M数、迎角等），在小迎角范围内：,其中Cjy为平尾偏转引起的升力系数变化，j为平尾偏角，通常Cjy j这一项的值比较小，可以忽略。Cay称为升力线斜率,升力大小：,升力方向：飞机对称面内垂直于飞行速度方向,2018/10/11,16,飞行性能计算的原始数据和基本定义,升力曲线

5、,某第二代战斗机 采用对称翼型 a0=0,a0,2018/10/11,17,飞行性能计算的原始数据和基本定义,M数对升力曲线的影响,2018/10/11,18,飞行性能计算的原始数据和基本定义,大迎角区的升力特性,常见飞机的Cymax,2018/10/11,19,飞行性能计算的原始数据和基本定义,展弦比对升力系数的影响,2018/10/11,20,飞行性能计算的原始数据和基本定义,阻力的产生,阻力按照产生的原因分类： 摩擦阻力 压差阻力 诱导阻力 干扰阻力 零升波阻 升致波阻 阻力按照与升力是否相关可分为： 升致阻力（诱导阻力、升致波阻） 零升阻力（摩擦阻力、压差阻力、干扰阻力、零升波阻）,2

6、018/10/11,21,飞行性能计算的原始数据和基本定义,阻力特性,阻力系数和升力系数的关系Cy-Cx曲线称为升阻极曲线，这条曲线通常可以写成抛物线的形式：,其中：Cx阻力系数Cx0零升阻力系数Cxi升致阻力系数A诱导阻力因子,对称翼型,2018/10/11,22,飞行性能计算的原始数据和基本定义,升阻极曲线,低速时极曲线变化不大,2018/10/11,23,飞行性能计算的原始数据和基本定义,零升阻力系数,2018/10/11,24,飞行性能计算的原始数据和基本定义,升致阻力因子,2018/10/11,25,飞行性能计算的原始数据和基本定义,升阻比K,升阻比：最大升阻比Kmax对应的 Cy称

7、为有利升力系数Cyyl,2018/10/11,26,飞行性能计算的原始数据和基本定义,常见飞机的最大升阻比,最大升阻比Kmax,2018/10/11,27,飞行性能计算的原始数据和基本定义,现代飞机上常用的发动机,涡喷,涡扇,2018/10/11,28,飞行性能计算的原始数据和基本定义,发动机（涡喷涡扇）,推力,油耗,2018/10/11,29,飞行性能计算的原始数据和基本定义,推力转速,发动机的几种工作状态加力最大额定巡航慢车,2018/10/11,30,飞行性能计算的原始数据和基本定义,推力转速,某飞机在11km高空的全加力推力随M数变化曲线,2018/10/11,31,飞行性能计算的原始

8、数据和基本定义,推力高度,不同高度下，大气温度、密度不同，因而推力不同。H11km时，温度不变，推力与密度有如下关系：,2018/10/11,32,飞行性能计算的原始数据和基本定义,可用推力Pky,发动机安装在飞机上会带来推力损失 Pky=hP通常最大状态或加力状态的推力对性能计算比较重要，所以可用推力一般是指发动机（一台或多台）安装在飞机上之后，其最大推力或全加力推力。不同高度下，可用推力随M数变化的曲线称为可用推力曲线,2018/10/11,33,飞行性能计算的原始数据和基本定义,可用推力曲线,2018/10/11,34,飞行性能计算的原始数据和基本定义,可用推力曲线,2018/10/11

9、,35,飞行性能计算的原始数据和基本定义,耗油率,耗油率qNh：发动机产生每牛顿推力在每小时内消耗的燃油质量。,2018/10/11,36,飞行性能计算的原始数据和基本定义,小时耗油率qh：飞机每小时消耗的燃油质量：,小时耗油率,2018/10/11,37,飞行性能计算的原始数据和基本定义,耗油率高度,2018/10/11,38,飞行性能计算的原始数据和基本定义,耗油率转速,2018/10/11,39,飞行性能计算的原始数据和基本定义,转速特性曲线,2018/10/11,40,飞行性能计算的原始数据和基本定义,典型发动机特性,2018/10/11,41,飞行的基本飞行性能,平直飞行性能 上升和

10、下滑性能 续航性能 起落性能,飞机的飞行性能，是指飞机能飞多快、多高、多久、多远以及各种机动飞行能力。对于民用飞机，主要分析飞机的基本飞行性能，其中包括:,2018/10/11,42,飞行的基本飞行性能,平飞性能,平直飞行就是飞机在某一高度上进行等速直线飞行，简称平飞。飞机的平飞性能是指飞机在不同高度上保持等速直线平飞的能力，其中包括最大平飞速度、最小平飞速度以及有利平飞速度等。,2018/10/11,43,飞行的基本飞行性能,平飞的作用力及所需速度,飞机在空中稳定直线飞行时,受到四个力的作用： 升力(Y)、重力(G)、推力/拉力(P)、阻力(X)。,升力,阻力,重力,拉力,2018/10/1

11、1,44,飞行的基本飞行性能,平飞条件,升力等于重力，高度不变 拉力等于阻力，速度不变,2018/10/11,45,飞行的基本飞行性能,平飞所需速度,能够产生足够的升力来平衡重力的飞行速度叫平飞所需速度，以v平飞表示。,v平飞计算公式和影响因素,2018/10/11,46,飞行的基本飞行性能,飞机重量越大，v平飞越大 升力系数越大， v平飞越小,v平飞的主要影响因素,2018/10/11,47,飞行的基本飞行性能,平飞所需速度与飞机重量、升力系效、机翼面积和空气密度有关。1、飞机重量；2、升力系数；3、空气密度；4、机翼面积。,2018/10/11,48,飞行的基本飞行性能,真速(TAS)：飞

12、机相对于空气的真实速度。表速(IAS)：飞机空速表的指示读数。,H0，TASIAS，高度越高，两者差距越大。,在任何高度上有：,真速、指示空速、校正空速、当量空速,2018/10/11,49,飞行的基本飞行性能,发动机可用推力,安装在一架飞机上的所有发动机，在一定工作状态下，所能提供的推力叫发动机可用推力。在飞行高度和油门一定情况下，涡轮喷气发动机的推力随飞行速度变化的规律是：在亚音速范围内，随着飞行速度的增大，发动机推力开始略有降低，随后又有所提高。,2018/10/11,50,飞行的基本飞行性能,飞机平飞可用推力曲线,2018/10/11,51,飞行的基本飞行性能,平飞拉力曲线和平飞功率曲

13、线,平飞所需拉力：,随着平飞速度的增大，平飞所需拉力先减小后增大。,2018/10/11,52,飞行的基本飞行性能,平飞所需拉力曲线变化的原因分析,根据升阻比随迎角变化的规律，可以知道平飞所需拉力是随迎角增加先减小后增大。,2018/10/11,53,飞行的基本飞行性能,平飞需用推力曲线,随着平飞速度的增大，平飞需用推力先是减小，随后增大。其原因：在亚音速阶段，当飞行速度增大时，有两个因素同时引起阻力的变化。一是随速度增大，动压增大，使阻力增加；二是随速度增大，在保持升力等于重力的条件下、飞机迎角减小，导致诱导阻力和压差阻力减小。阻力究竟增大还是减小，取决于上述两个因素的影响大小。,2018/

14、10/11,54,飞行的基本飞行性能,平飞所需拉力曲线变化的原因分析,由平飞时拉力和阻力相等，拉力曲线即可用阻力曲线表示。,2018/10/11,55,飞行的基本飞行性能,平飞所需功率：,平飞所需功率,随着平飞速度的增大，平飞所需功率先减小后增大。,2018/10/11,56,飞行的基本飞行性能,平飞拉力曲线和剩余拉力,剩余拉力是指同一速度下，飞机的可用拉力和平飞所需拉力之差。随飞行速度增大，剩余拉力先增大后减小。,油门增加，可用拉力曲线上移；速度增加，可用拉力减小。,同一油门下，以最小功率速度飞行时，对应的剩余拉力最大。,2018/10/11,57,飞行的基本飞行性能,平飞功率曲线和剩余功率

15、,剩余功率是指同一速度下，飞机的可用功率和平飞所需功率之差。随飞行速度增大，剩余功率先增大后减小。,油门增加，可用功率曲线上移；速度增加，可用拉力减小。,同一油门下，以最小阻力速度飞行时，对应的剩余功率最大。,2018/10/11,58,飞行的基本飞行性能,飞机的平飞性能,平飞是飞机的主要飞行状态。平飞性能的好坏直接影响飞机的总体性能。,平飞最大速度 平飞最小速度 最小阻力速度 最小功率速度 平飞速度范围,2018/10/11,59,飞行的基本飞行性能,平飞最大速度,平飞性能参数,满油门时，可用拉力曲线与需用拉力曲线的右交点对应的速度，为平飞最大速度vmax。,通常也将发动机在额定功率状态下工

16、作所能达到的稳定平飞速度称为vmax 。,2018/10/11,60,飞行的基本飞行性能,主要限制:推力=阻力,不同高度的Vmax,平飞最大速度,2018/10/11,61,飞行的基本飞行性能,飞机平飞所能保持的最小稳定速度，以vmin表示。,平飞最小速度,vmin同时受到临界迎角和发动机功率的限制。,临界 对应的平飞速度，是平飞最小理论速度。为保证安全，一般不允许在临界状态下飞行。而采用允许升力系数Cy： Cy=(082085)Cy临界，与对应的平飞速度，就是实际使用的最小平飞速度。,2018/10/11,62,飞行的基本飞行性能,最小阻力速度,平飞所需拉力最小的速度，vMD平飞最小阻力速度

17、在平飞所需拉力曲线的最低点。以前称有利速度。对应的迎角称最小阻力迎角，以前称有利迎角。,2018/10/11,63,飞行的基本飞行性能,从平飞功率曲线原点向曲线所引切线的切点对应的速度为最小阻力速度VMD。,最小阻力速度,2018/10/11,64,飞行的基本飞行性能,最小功率速度,平飞所需功率最小的速度，VMP平飞最小功率速度在平飞所需功率曲线的最低点。以前称经济速度，对应的迎角称最小功率迎角，以前称经济迎角。,2018/10/11,65,飞行的基本飞行性能,平飞速度范围,平飞最小速度到平飞最大速度的区间称为平飞速度范围。,平飞第一速度范围是正操纵区 平飞第二速度范围是反操纵区,2018/1

18、0/11,66,飞行的基本飞行性能,加速：V1到V2，加油门，随速度的增加，顶杆保持高度。 减速：V2到V1，收油门，随速度的降低，带杆保持高度。,在第一速度范围内,2018/10/11,67,飞行的基本飞行性能,加速：V1到V2，最初需加油门使飞机加速，顶杆保持高度，然后逐步收油门。 减速：V2到V1，最初需收油门使飞机减速，带杆保持高度，然后逐步加油门。,在第二速度范围内,2018/10/11,68,飞行的基本飞行性能,平飞两速度范围的进一步理解：,第二范围相对于第一范围来讲，只是油门反效而杆不反效。即在所有的平飞速度范围都是顶杆低头加速，带杆抬头减速。第二范围内的反操纵只是在第二范围内保

19、持稳定飞行才体会明显。起飞着陆时的速度一般均在第二速度范围，但反操纵并不会危及飞行安全，因为油门不动。在第二范围内飞机飞行是速度不稳定的，即一旦受扰速度增加，飞机有加速的趋势，受扰速度减小，飞机有减速的趋势。,2018/10/11,69,飞行的基本飞行性能,从第二范围改出回到第一范围：,加油门，随速度的增加顶杆保持高度。最初的加速度是越来越大，过Vmp后加速度开始逐渐减小，直至加速至可用拉力曲线与需用拉力曲线的右交点。,2018/10/11,70,飞行的基本飞行性能,平飞性能变化,平飞最大速度的变化,高度增加，密度减小，发动机功率降低，可用拉力曲线下移；高度增加，保持表速飞行，动压不变，阻力不

20、变，需用拉力曲线不动。,vmax随飞行高度的变化,2018/10/11,71,飞行的基本飞行性能,vmax随飞行高度的变化,高度增加，平飞最大速度IAS减小，平飞最大真速TAS也减小。,2018/10/11,72,飞行的基本飞行性能,vmax随重量的变化,重量增加，同一迎角下只能增速，才能产生更大的升力，速度大，阻力大。因此，所需拉力 曲线上的每一点（对应一迎角）均向上（阻力大）向右（速度大）移动。因此，重量增加，平飞最大速度减小。,2018/10/11,73,飞行的基本飞行性能,vmax随气温的变化,气温增加，密度降低，发动机功率降低，可用拉力曲线下移。密度变化，按表速飞行时， 影响阻力大小

21、，需用拉力曲线不移动。因此，温度增加，平飞最大速度减小。,2018/10/11,74,飞行的基本飞行性能,平飞需用推力和发动机可用推力,在平飞中，要保持速度不变，发动机可用推力应与飞机阻力相等。为克服飞机阻力所需推力叫平飞需用推力。,平飞需用推力,2018/10/11,75,飞行的基本飞行性能,决定平飞需用推力大小的因素,平飞需用推力与飞机重力及飞机的升阻比有关；飞机重量越重，平飞所需推力越大；升阻比越大，平飞所需推力越小 。,2018/10/11,76,飞行的基本飞行性能,平飞需用推力曲线,在一定飞行高度上，把平飞需用推力随速度的关系用曲线表示，称为平飞需用推力曲线。 随着平飞速度的增大，平

22、飞需用推力先是减小，随后增大。其原因：在亚音速阶段，当飞行速度增大时，有两个因素同时引起阻力的变化。一是随速度增大，动压增大，使阻力增加；二是随速度增大，在保持升力等于重力的条件下、飞机迎角减小，导致诱导阻力和压差阻力减小。阻力究竟增大还是减小，取决于上述两个因素的影响大小。,2018/10/11,77,飞行的基本飞行性能,飞机平飞所需推力曲线,2018/10/11,78,飞行的基本飞行性能,发动机可用推力,安装在一架飞机上的所有发动机，在一定工作状态下，所能提供的推力叫发动机可用推力。在飞行高度和油门一定情况下，涡轮喷气发动机的推力随飞行速度变化的规律是：在亚音速范围内，随着飞行速度的增大，

23、发动机推力开始略有降低，随后又有所提高。,2018/10/11,79,飞行的基本飞行性能,飞机平飞可用推力曲线,2018/10/11,80,飞行的基本飞行性能,平飞推力曲线图,把同一高度上平飞需用推力曲线和相应的满油门状态下的可用推力曲线绘制在同一张图上，该图称为平飞推力曲线图。,2018/10/11,81,飞行的基本飞行性能,飞机平飞推力曲线,2018/10/11,82,飞行的基本飞行性能,最大平飞速度(Vmax),在一定的飞行高度和重量下，发动机满油门工作状态时，飞机所能达到的稳定平飞速度，就是飞机在该高度上的最大平飞速度。最大平飞速度是理论上飞机平飞所能达到的最大速度，而并不是飞机实际的

24、最大使用速度，考虑到强度等原因，某些飞机的最大使用速度比最大平飞速度可能要小。,2018/10/11,83,飞行的基本飞行性能,最小平飞速度(Vmin),最小平飞速度是飞机作等速直线平飞所能保持的最小速度。最小平飞速度的大小受最大升力系数的限制。相对应的平飞速度，就是平飞最小速度。 Vmin是平飞需用推力曲线最左边点所对应的速度。临界 对应的平飞速度，是平飞最小理论速度。为保证安全，一般不允许在临界状态下飞行。而采用允许升力系数Cy：Cy=(082085)Cy临界，与对应的平飞速度，就是实际使用的最小平飞速度。,2018/10/11,84,飞行的基本飞行性能,平飞有利速度(V有利),飞机平飞需

25、用推力最小，也就是阻力最小时所对应的平飞速度叫做平飞有利速度，用V有利表示。在需用推力曲线上最低点所对应的速度，就是平飞有利速度。用这一速度平飞，迎角为有利迎角，升阻比最大。在同一高度上，用有利速度平飞，是所有平飞速度中发动机转速最小和推力最小的工作状态。飞机用有利速度平飞，航时较长。,2018/10/11,85,飞行的基本飞行性能,剩余推力,在同一飞行高度上，可用推力与平飞需用推力之差称为剩余推力。 除最大平飞速度处外，飞机以其它速度平飞时都有剩余推力，在有利速度附近剩余推力最大。剩余推力将使飞机加速或爬升，剩余推力越大飞机的机动性能越好。,2018/10/11,86,飞行的基本飞行性能,平

26、飞速度范围,从最大平飞速度到最小平飞速度之间的范围叫平飞速度范围。在此范围中任一速度均可保持平飞。根据改变平飞速度的操纵方法的不同，以及飞机的稳定性和操纵性好坏不同，以平飞有利速度为界，将平飞速度范围分为两部分。从有利速度到最大平飞速度叫第一飞行范围。 从最小平飞速度到有利速度叫第二飞行范围（反操纵区）。,2018/10/11,87,飞行的基本飞行性能,高度、气温、飞机重量对平飞性能的影响,(一)高度对平飞性能的影响,某飞机的平飞最大速度随高度的变化,2018/10/11,88,飞行的基本飞行性能,某飞机在不同高度上的平飞推力曲线,2018/10/11,89,飞行的基本飞行性能,（二)气温对平

27、飞性能的影响,不同温度的平飞拉力曲线,2018/10/11,90,飞行的基本飞行性能,（三)重量对飞机性能的影响,重量增加对平飞最大速度的影响,2018/10/11,91,飞行的基本飞行性能,上升和下滑性能,飞机沿向上倾斜的轨迹作等速直线飞行叫上升飞行。,上升中的作用力,2018/10/11,92,飞行的基本飞行性能,为了保持飞机沿斜线等速飞行。要求升力Y与重力分力G1相等，推力应等于阻力X与重力分力G2之和。用公式表示：,保持直线飞行,保持等速上升,上升和下滑性能,2018/10/11,93,飞行的基本飞行性能,(二)上升角,上升角是飞行方向与水平线间夹角(),2018/10/11,94,飞

28、行的基本飞行性能,(三)上升率,上升中，飞机在单位时间内所增加的高度叫做上升率。用Vy表示，它的单位是米秒。,上升率,2018/10/11,95,飞行的基本飞行性能,(三)上升率,上升速度和上升角对上升速率的影响,2018/10/11,96,飞行的基本飞行性能,(四)升限,当达到其一飞行高度时，可用推力曲线和需用推力曲线相切(P0，Vy=0)，此时飞机再也不能上升。这个最大上升率为零的高度称为理论静升限。飞机爬高到最大上升率降低为0.5米秒的高度称为实用静升限。如果驾驶员把飞机拉起，采取跃升办法，飞机可靠其动能跃升到理论静升限以上的高度。用这种办法所能达到的最大高度叫动升限。,2018/10/

29、11,97,飞行的基本飞行性能,(四)升限,上升限度,2018/10/11,98,飞行的基本飞行性能,下滑性能,飞机沿着向下倾斜的轨迹作等速直线飞行称为下滑飞行。下滑飞行可分为关油门下滑和带油门下滑两种 。,下降中的作用力,2018/10/11,99,飞行的基本飞行性能,下降率,飞机在单位时间内所降低的高度叫下降率，用Vy下表示，单位是（米/秒）。下降率大说明飞机下降得快，下降到一定高度所需时间短。在无升降气流情况下，下降率的大小等于下降速度的垂直分速，即：,2018/10/11,100,飞行的基本飞行性能,下降率,下降率,2018/10/11,101,飞行的基本飞行性能,下降率,高度和下滑角

30、对下滑距离的影响,2018/10/11,102,飞行的基本飞行性能,下滑距离,飞机在下滑中所经过的水平距离叫下滑距离，用L下滑表示与有关下滑距离的因素：下滑角下滑高度,2018/10/11,103,飞行的基本飞行性能,飞机定常飞行的高度-速度范围（飞行包线）,2018/10/11,104,飞行的基本飞行性能,飞机定常飞行的高度-速度范围（飞行包线）,飞行包线除受限制外，还受以下限制。 1、结构强度/最大速压限制为了保证飞机结构不致因过大的气动载荷而破坏，就必须限制它的最大动压2、迪欧诺个加热的限制对于超音速飞机，飞行Ma数越大，飞机表面由于超音速激波的气动加热温升越高。对铝合金结构的飞机而言，Ma=2时必须考虑气动加热的影响3、操纵稳定性限制（最大Ma数限制）飞机由于气动布局的原因，当飞行Ma数大到一定程度时，会出现操纵、稳定性严重恶化的现象，所以也要对最大Ma数加以限制。由于以上限制，飞机的最大速度就要比它可能达到的要小。,