第四章 飞行性能.ppt

第四章飞机的基本飞行性能 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 平直飞行性能上升和下滑性能续航性能起落性能 第一节平飞性能 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 一 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 升力等于重力 高度不变拉力等于阻力 速度不变 平飞条件 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 v平飞的主要影响因素 飞机重量越大 v平飞越大升力系数越大 v平飞越小 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 真速 TAS 飞机相对于空气的真实速度 表速 IAS 飞机空速表的指示读数 H 0 TAS IAS 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 二 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 三 平飞拉力曲线和平飞功率曲线 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 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 2 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 由平飞时拉力和阻力相等 拉力曲线即可用阻力曲线表示 平飞所需拉力曲线变化的原因分析 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 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 平飞功率曲线和剩余功率 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 5 1 4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 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作所能达到的稳定平飞速度称为vmax 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 0 82 0 85 Cy临界 与对应的平飞速度 就是实际使用的最小平飞速度 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 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 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 最小功率速度 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 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 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 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 平飞两速度范围的进一步理解 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 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 阻力不变 需用拉力曲线不动 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 vmax随飞行高度的变化 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 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 需用拉力曲线不移动 因此 温度增加 平飞最大速度减小 vmax随气温的变化 三 平飞需用推力和发动机可用推力 一 平飞需用推力在平飞中 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 1 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 2 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 二 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 四 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 一 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 二 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 0 82 0 85 Cy临界 与对应的平飞速度 就是实际使用的最小平飞速度 三 平飞有利速度 V有利 飞机平飞需用推力最小 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 四 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 五 平飞速度范围 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 五 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 飞机平飞到超过某一高度后 最大平飞速度超过临界速度 出现波阻 同样 随高度升高 气温下降 音速减小 以致飞行M数增大 波阻显著增加 所以阻力减小不多 甚至增大 此时 随飞行高度的升高 推力降低对最大平飞速度的影响随成为主要矛盾 于是最大平飞速度逐渐减小 以上是最大平飞速度随高度变化的一般规律 此外 随高度增加 空气密度下降 升力必然要减小 为保持平飞 则对应于每一迎角的平飞所需速度要增大 所以对应与临界迎角的最小平飞速度 以及对应于有利迎角的有利速度均随之增大 二 气温对平飞性能的影响 三 重量对飞机性能的影响 第二节上升和下滑性能 飞机沿向上倾斜的轨迹作等速直线飞行叫上升飞行 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 二 上升角 上升角是飞行方向与水平线间夹角 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 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 P 0 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 二 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 3 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 第三节飞机的起飞和着陆性能 飞机起飞的主要性能是 起飞距离 起飞时间和离地速度 飞机着陆的主要性能是 着陆距离 着陆时间和接地速度 一 起飞性能 二 起飞滑跑距离 飞机从开始滑跑到离地之间的距离称起飞滑跑距离 起飞滑跑距离的长短是衡量飞就起飞性能好坏的重要标志性 起飞滑跑距离短 飞机起飞性能好 起飞滑跑距离的长短是由离地速度和滑跑阶段中的加速度决定 1 离地速度 飞机离地所需要的速度 称为离地速度 用V离地 表示 离地速度小 则滑跑距离短 飞机离地时 升力应等于飞机重力 即 起飞离地速度与飞机起飞重量 空气密度 离地时升力系数有关 2 加速度 当离地速度一定 滑跑中加速度越大 起飞滑跑距离越短 飞机起飞时发动机推力大 起飞滑跑加速性越好 另外 如在高原场地起飞 由于密度小 使发动机推力大大减小 因而使飞机滑跑中的加速度大为减小 导致滑跑距离增长 二 着陆性能 一 着陆滑跑距离 飞机从接地开始到滑跑停止所经过的距离叫做着陆滑跑距离 着陆滑跑距离的长短 是着陆性能的主要标志 着陆滑跑距离短 飞机着陆性能好 着陆滑跑距离的长短由飞机接地速度和着陆滑跑中的负加速度确定的 1 接地速度 2 滑跑中的负加速度 接地速度一定 负加速度大 则滑跑距离缩短 负加速度大小 取决于着陆滑跑过程中机轮与地面的摩擦力和空气阻力 一般使用刹车装置和增阻装置 使用刹车装置可以增大机轮和地面摩擦力 使用发动机反推装置等可以增大阻力 从而增大负加速度 大大缩短滑跑距离 第四节飞机的续航性能 飞机的续航性能包括航程和航时两个方面 航时是指飞机在空中所能持续飞行的时间 航程是指飞机在空中所能持续飞行的距离 飞机每次航行都包括上升 平飞 下降等阶段 其中平飞阶段是航行的主要部分 在研究飞机的续航性能时 重点放在平飞阶段上 飞机在平飞阶段的航程和航时分别叫做平飞航程和平飞航时 第五节正常盘旋 飞机在水平面内作等速圆周运动时的机动飞行列做正常盘旋 飞机的转弯和盘旋的区别是 当飞机转弯的角度不到360度时称为转弯 而正常盘旋则是指飞机在水平面内连续转弯不少于360度的飞行 一 正常盘旋的条件飞机正常盘旋的基本特点是 保持飞行高度 速度不变而作园周飞行 要使物体作圆周运动 必须具有向心力 飞机盘旋飞行中也要向里倾斜 又称坡度 使升力倾斜以取得水平方向的向心力 飞机倾斜角 是指飞机对称平面与通过飞机纵轴的铅垂平面之间的夹角 二 保持速度不变的条件 三 保持圆周飞行的条件 二 盘旋中的过载系数 飞机在作