第六章-巡航性能(new).ppt

Page1,第六章巡航性能,关键词,巡航性能(cruiseperformance)燃油里程(specificrange)气动效率(aerodynamicefficiency)航程因子(rangefactor)成本指数(costindex)飘降(driftdown)最大巡航推力(maximumcruisethrust)最大航程马赫数(maximumrangeMachnumber)远程巡航马赫数(longrangecruiseMach)经济巡航马赫数(economiccruiseMach),Page2,Page3,主要研究飞机从爬升顶点到下降开始点之间的平飞巡航性能。研究的问题：最大航程问题：消耗一定的燃油，如何飞行最远？或飞行一定距离如何最省油？最大航时问题：一定燃油，如何飞行时间最长？最小巡航成本问题：飞行一定距离如何使成本最小？一发故障后的巡航性能；飘降问题；等待,第六章巡航性能,Page4,巡航：持续进行的，接近定常飞行的一种飞行状态。推力：可用最大巡航推力：重点：油量、时间。目标：选择好巡航高度和巡航速度以获得更好的经济性。还要考虑一发停车时的飘降和巡航高度、及航迹的越障问题。,第六章巡航性能,Page5,第六章巡航性能,6.1基本公式和主要参数计算6.2巡航类型6.3巡航高度6.4巡航性能计算6.5一发停车巡航和飘降,Page6,6.1巡航参数的计算6.1.1、基本概念,航程：飞机在平静大气中沿给定方向耗尽可用燃油所能飞过的水平距离（空中距离，不计风的影响）。航时：飞机在平静大气中沿给定方向耗尽可用燃油所能飞的时间。燃油流量WF：飞机单位时间的耗油量。燃油里程nam/lb（SR）：飞机消耗单位油量所能飞的距离。燃油消耗率TSFC：飞机在单位时间内产生单位推力所消耗的油量。,Page7,计算航程需要知道燃油里程和W始、W终，差为消耗的燃油,燃油消耗越多，航程越长，在一定燃油消耗量时，航程因子越大，航程越长。,6.1巡航参数的计算6.1.2航程的计算(1),Page8,燃油里程的计算:,6.1.2航程的计算(2),Page9,要获得远的航程：载油量要多W始/W终要大；飞机的空气特性要好-M（CL/CD）要大；发动机性能要求-燃油消耗率要小。,Page10,6.1巡航参数的计算6.1.3影响航程的使用因素,Page11,6.1巡航参数的计算6.1.3影响航程的使用因素,飞机重量:飞机重量越大，燃油里程越小，消耗相同油量时航程越小；机翼气动特性：气动特性越好（越大），相同情况下航程越大；对应的迎角稍小于最大升阻比的迎角；对应速度是1.316倍有利速度。发动机特性：燃油消耗率越小，燃油里程越大，航程越大；飞行高度：飞行高度越大，大气密度越低，燃油里程越大。但高度太高时，发动机推力可能受到限制。最有利巡航高度是低于升限的较高高度。,Page12,求最小阻力速度：,Page13,求最大航程速度：,Page14,最大航程对应的升力系数比最大升阻比对应的升力系数小，迎角要小于最大升阻比迎角。最大航程速度是有利速度的1.316倍。,Page15,第六章巡航性能,6.1基本公式和主要参数计算6.2巡航类型6.3巡航高度6.4巡航性能计算6.5一发停车巡航和飘降,Page16,6.2巡航类型,民用喷气运输机巡航参数的选定，在遵守空中交通管制规定的前提下，主要考虑节省燃油，缩短飞行时间，降低成本，以取得最大的经济效益，同时还要便于飞行员操纵。在实际运行中，根据不同情况可采用不同的巡航方式。,Page17,6.2巡航类型6.2.1M和W/固定不变的巡航方式,从理论上讲，最大航程对应着马赫数固定(有利速度的1.316倍）、换算重量恒定的飞行方式。但在飞行中由于燃油消耗，飞机重量减轻，为了保持W/不变，要相应减小，即高度相应增加。飞行过程中高度不断增加是不允许的。,Page18,当V/D最大时，燃油里程最大，给定燃油量情况下，可以平飞航程最长。,6.2巡航类型6.2.2高度不变的最大航程巡航方式MRC,Page19,6.2巡航类型6.2.2高度不变的最大航程巡航方式MRC,燃油里程曲线：,Page20,重量越小，MRC速度也越小。,6.2巡航类型6.2.2高度不变的最大航程巡航方式MRC,Page21,飞行高度增加，MRC速度也增大。,6.2巡航类型6.2.2高度不变的最大航程巡航方式MRC,Page22,风速影响到MRC速度大小。,6.2巡航类型6.2.2高度不变的最大航程巡航方式MRC,Page23,6.2巡航类型6.2.2高度不变的最大航程巡航方式MRC,1）速度小，接近第二操纵区，稳定性差，不便于操纵。2）频繁调速。,Page24,使用中可以采取比MRC速度稍大一些的速度进行巡航。规定损失1%最大燃油里程（即(nam/lb)max99%）对应的速度为远程巡航速度。,6.2巡航类型6.2.3远程巡航方式LRC,Page25,虽然损失了1%的燃油里程，但由于燃油里程曲线在该曲线段随速度变化比较平缓，使速度增大较多，稳定性较好，所以远程巡航速度是又省油，飞行品质又好的巡航速度。LRC巡航是民航常用的巡航方式。,6.2巡航类型6.2.3远程巡航方式LRC,C,Page26,6.2巡航类型6.2.3远程巡航方式LRC,随着飞行高度增加，MRC、LRC速度增加；随着飞机重量减轻，MRC、LRC速度也减小；,Page27,Page28,为便于操纵，早期飞行时多采用固定高度、固定马赫数的巡航方式。,6.2巡航类型6.2.4等马赫数巡航,这种巡航方式虽然降低了燃油里程，但增大了巡航M数，使飞行时间缩短；最低成本巡航是接近于固定M的巡航。,Page29,高温时受推力限制时的巡航方式(受到温度限制时可以采用额定推力的方式进行巡航)。保持飞行M数不变，飞行高度不断增高（管制部门不允许）保持飞行高度不变，W，L，FN不变，M；燃油消耗多。,6.2巡航类型6.2.5发动机推力额定的巡航的方式,Page30,6.2巡航类型6.2.5经济巡航（最低成本巡航）,为使直接运营成本最低：,总成本=燃油成本油量+小时成本时间+固定成本,与飞行有关的航班总成本有燃油成本和时间成本组成：,C=CT+CF,与时间相关的成本包括:飞行机组；客舱机组；机体材料/工时；发动机材料/工时；租赁费用,Page31,6.2巡航类型6.2.5经济巡航（最低成本巡航）,成本指数：小时成本与燃油成本的比值。,CI=Ct/Cf,Page32,时间价格：$/HR；燃油价格：C/LB；,单位不统一时;统一单位;,6.2巡航类型6.2.5经济巡航（最低成本巡航）,对应成本最低的速度即为经济巡航M数，或成本最低M数。,成本最低，使C对M求导；可求出经济巡航M数和最低成本。进而可求出最低成本巡航时的成本指数。,Page33,Page34,CI=0：即Ct=0，不计时间成本，最省油时成本最小，即MRC速度；CI=999：即Cf影响小，时间影响大，应飞行时间最短，MMO；CI越大：飞行时间更重要，相同条件下速度越大；CI越小：燃油成本更重要，相同条件下速度越小；CI应当由商务部门确定。当输入的CI有偏差时会使飞行成本增加，但不太明显。如果无法确定CI，最好输入偏小的CI，而不要输入过大的CI。,6.2巡航类型6.2.5经济巡航（最低成本巡航）,成本指数的影响：,Page35,6.2巡航类型6.2.5经济巡航（最低成本巡航）,成本指数的影响：,Page36,Page37,737:10-35;MRC=0,LRC=35747:25-140;MRC=0,LRC=140757:15-70;MRC=0,LRC=70767:15-80;MRC=0,LRC=80,6.2巡航类型6.2.5经济巡航（最低成本巡航）,经济巡航与LRC的关系,Page38,Page39,Page40,Page41,2、巡航方式5、经济巡航的方式5、算例,Page42,顺风使经济巡航速度减小，逆风使经济巡航速度增大；,6.2巡航类型6.2.5经济巡航（最低成本巡航）,风速影响：,Page43,在目的地机场或备降场上空，由于空中交通管制或气象等原因，需要作跑马场型的等待飞行，等候进近着陆指令。等待速度的确定原则是消耗单位燃油以得到最长飞行时间，所以应选最小燃油流量时的速度，但因该速度的操纵性安定性不好，而用稍大一些的最大升阻比速度作为等待速度，此外还要考虑空中交通管制的要求。虽然不同的等待高度也会影响燃油流量，但等待高度是由空中交通管制员根据管制要求指定的，很少有选择余地。,6.2巡航类型6.2.6等待飞行,Page44,Page45,6.2巡航类型6.2.7阶梯爬升巡航方式,Page46,第六章巡航性能,6.1基本公式和主要参数计算6.2巡航类型6.3巡航高度6.4巡航性能计算6.5一发停车巡航和飘降,Page47,在一定的巡航方式下，使目标值最优的巡航高度即为最佳高度。等马赫数巡航/MRC/LRC经济巡航方式等待,6.3巡航高度6.3.1最佳巡航高度,Page48,6.3巡航高度6.3.1最佳巡航高度,当M数、重量不变时，燃油里程随飞行高度的变化表明在较高高度上有一个最大的燃油里程。在该高度上巡航最省油，航程长。,Page49,6.3巡航高度6.3.1最佳巡航高度,最佳高度随飞机重量的变化曲线：,在一定的巡航方式下，最佳高度随飞机重量增大而减小。不同重量下的最佳高度对应的换算重量基本相同。,Page50,6.3巡航高度6.3.1最佳巡航高度,偏离最佳高度时，会导致燃油消耗大大增加,Page51,Page52,顺风可以增大地速，增大航程，逆风则减小地速，缩短航程。问题：在最佳高度飞行时，如遇到不利的逆风，而在某个非最佳高度上，逆风较小或是顺风时，是否可以为了增大航程改到非最佳高度上巡航呢？,6.3巡航高度6.3.2风速的影响,只有在非最佳高度上的实际风大大有利于得失相当风，才可以考虑改变飞行高度，因为从一个高度改飞到另一个高度也会额外消耗一些燃油。,使飞机在非最佳高度上的航程与最佳高度上的航程相等的风速叫得失相当的风。,Page53,在高温时，由于推力减小，从而限制飞机可能飞行的高度。当给定机重时，高度增加，推力减小，使平飞M数减小；当给定机重和M数时，高度增高，推力减小，而为了维持支承机重的升力，在其他条件不变时（如迎角），只有降低高度，增大空气密度，来增大升力，同时高度降低，推力也有一定增大。,6.3巡航高度6.3.3推力限制高度,Page54,6.3巡航高度6.3.4机动能力限制的高度,飞机巡航时应具有足够的机动能力，以穿越颠簸气流或做必要的机动动作（如转弯等）。对于给定W、V和要求的ny。存在一个限制的最高飞行高度（）。,Page55,为保证飞行安全，防止危险接近和相撞，飞机只能在规定的高度层飞行，但是从性能分析选定的飞行高度不一定正好在飞行高度层上，所以要选择相近的飞行高度层作为巡航高度。,6.3巡航高度6.3.5ATC限制高度,Page56,对于航程较短的巡航如飞向备降场，可能会受到爬升和下降所需距离的限制，通常规定至少要具有维持一定时间巡航的平飞巡航段，这种短距巡航高度除受航程长短影响外，还受到大气温度和机重的影响。,6.3巡航高度6.3.6航程限制(短程巡航最佳高度),Page57,1航路风限制2推力限制3过载限制4ATC限制5航程限制,6.3巡航高度巡航高度限制小结:,Page58,机重：对给定的巡航速度，机重越轻，燃油里程增大，最佳巡航高度也增高。高度：对给定的机重，高度增高，推力降低，最大推力限制高度降低。巡航M数：其他条件不变时，巡航M数增大，最佳高度增大，最大推力限制高度、过载限制高度降低。过载：其他条件不变时，要求的机动过载越大，最大过载限制高度越低。,6.3巡航高度6.3.7影响因素,Page59,远程飞行，耗油较多，飞机的巡航高度偏离最佳高度太多，很不经济，为了解决这一问题，既满足ATC的要求，又改善经济性能，提出阶梯巡航方式。巡航高度选择原则是使巡航高度尽可能地接近最佳高度，按飞机高度层间隔规定，所选巡航高度层在最佳高度2,000英尺的范围内。通常，当高于最佳高度2,000英尺，燃油里程要损失2%，而低于2,000英尺损失1%。,6.3巡航高度6.3.8阶梯巡航,Page60,Page61,Page62,Page63,Page64,第六章巡航性能,6.1基本公式和主要参数计算6.2巡航类型6.3巡航高度6.4巡航性能计算6.5一发停车巡航和飘降,Page65,4、巡航性能分析1、温度对巡航性能的影响,环境温度升高，发动机燃油流量和飞机的真空速都会增大，如果发动机燃油流量是的函数，则温度高低不会影响飞机的燃油里程，故而也不会影响飞机的航程，如果发动机燃油流量不是的函数，则温度高低会影响飞机的航程。,Page66,X0.5费油,Page67,4、巡航性能分析2、风对巡航速度的影响,顺风中获得最大航程要减小速度，顶风中要增加速度。,Page68,4、巡航性能分析3、风对巡航高度的影响,保本风速,Page69,4、巡航性能分析4、巡航图表,P90、P91：最佳高度、高度能力；P92、P93、P94：巡航数值表；P95：风速高度转换表；P96、p97、p98、p99：积分航程表；P100、P101：经济巡航曲线；P102：等待图表；,Page70,4、巡航性能分析5、例题,76、B757-200（RB211535E4）开始巡航重量为200KLB，以LRC速度在FL370巡航，航路顶风80节，温度为ISA+15，要巡航的距离为50NGM，求飞行时间和油量。,Page71,4、巡航性能分析6、作业,巡航数值表64、76积分航程表71高度能力60风速高度转换65等待79、80、81证明78,Page72,64、B757-200（RB211535E4）在国际标准大气中以LRC速度在FL370巡航，巡航重量为105500KG，M数、TAS、燃油流量、燃油里程各是多少？如是ISA+20，M数、TAS、燃油流量、燃油里程各是多少？此时飞机能否在FL370巡航？解：查92页图表；M=0.798，TAS=458KT，WF=1991KG/HR/ENG，NAM/lb=0.1150海里/KG；Tt=（1+0.2M2）T=（1+0.20.7982）20=22.55；ISA+20时，M=0.798，TAS=458+22.55=481KT，WF=1991（1+2.2553%）=2126KG/HR/ENG，NAM/lb=0.1131海里/KG；,Page73,60、B757-200（RB211535E4）松刹车重量为225KLB，从海平面机场起飞，航程为2000NGM，以LRC速度巡航，要求巡航时具有1.3g过载能力，航路温度为ISA+15，允许的飞行高度为FL330、FL370、FL410，设各高度上的顶风均为80节，应选择哪个高度巡航？解：（1）、W=225KLB=102吨；（2）、查90页图，Hopt=34600FT，初始巡航重量约100吨；（3）、查39页（91页）表，ISA+15时推力限制最大高度38200FT，1.3g过载限制高度为38000FT，据此，选择FL330（最接近最佳高度）为巡航高度。注：如果较为精确计算，初始巡航重量应以爬升性能表确定,Page74,5、飘降性能计算分析1、一发停车的影响,在飞行中一发突然停车后，会导致：阻力增加推力减小造成的影响：航程缩短高度降低，有可能受障碍物限制,Page75,5、飘降性能计算分析2、飘降过程,巡航中一台发动机停车后，将工作的发动机推力改为最大连续推力，保持高度减速到飘降速度，即最大升阻比速度（空客称作绿点速度、可以得到最小的下滑角）。开始下降直到一个较低的安全高度（改平高度）巡航。改平后的巡航可有两种选择：保持高度采取远程巡航速度巡航；降低高度到最佳高度，以该高度的远程巡航速度巡航。从改平点保持飘降速度飞行，随机重减轻飞行高度不断增高，显然这是不可取的。,Page76,5、飘降性能计算分析2、飘降过程,Page77,Page78,Page79,5、飘降性能计算分析3、飘降的要求,Page80,Page81,Page82,Page83,5、飘降性能计算分析3、飘降的要求,要求考虑航线左、右各5海里范围的地形和障碍物；在飘降段要求净航迹至少高出障碍物2,000英尺；在改平高度处和改平后的飞行中，要求净航迹至少高出障碍物1,000英尺；在打算着陆的