飞行力学课件：第1章 飞机性能计算的原始数据

1、飞行力学第一章 飞机性能计算的原始数据和质心运动方程飞行器设计教研室内容1-1 飞机的升力和阻力特性1-2 发动机推力和耗油率特性1-3 飞机质心运动方程北航 509引言出发方程：质心动力学关系（牛顿第二定律）0为了研究飞行性能问题，首先必须确定作用于飞机上的力和导出飞机质心的运动方程。北航 509引言从飞行性能问题时，假定驾驶员通过操纵舵面偏转保持绕质心的力矩平衡，并忽略由于舵面偏转所引起的气动力变化。作用在飞机上的外力外力矩平衡及约束外力一般不通过质心，它将引起绕质心转动的力矩原始数据北航 5091-1 飞机的升力和阻力特性 气动力基本描述小迎角范围的升力关系 升力特性最大允许升力系数 阻

2、力特性零升阻力系数诱导阻力因子A 极曲线和最大升阻比 Kmax北航 5091-1 飞机的升力和阻力特性在常规飞行性能问题中（如定常直线运动），通常假设飞行无侧滑，视侧力为零分量形式空气动力无量纲化后升力系数阻力系数侧力系数000 气动力基本描述V机身参考线飞机对称面OYQZ风轴系与机体坐标系（书P94）北航 5091-1 飞机的升力和阻力特性小迎角范围的升力关系 升力特性升力线斜率,与翼型、机翼平面形状、M数有关,即M, , 零升迎角，取决于机翼有效弯度和M数,即M, f升力部件有机翼、机身、平尾、舵面,主要的是翼身组合体。平面形状参数： 平均几何弦长 b平均=S/l 展弦比 =l/ b平均根

3、梢比 = b0/bt 后掠角0lb0Sbt在给定的飞行状态下，全机的升力：0北航 5091-1 飞机的升力和阻力特性翼型弯度对 的影响厚机翼薄机翼1.0典型大小大展弦比直机翼北航 5091-1 飞机的升力和阻力特性 随迎角增大，升力曲线非线性按，依次出现抖动、失速，直至达最大升力系数状态。最大允许升力系数 飞机在超音速飞行时，由于平尾（或升降舵）操纵效率降低，升力系数会受到为保持飞机俯仰平衡所需的极限偏转角的限制 ，超音速时焦点(气动中心)后移，且平尾最大升力系数下降。飞机的俯仰平衡限制北航 509最大允许升力系数1-1 飞机的升力和阻力特性超音速时平尾平衡能力剧降形成飞行限制平尾极限偏转角升

4、力系数北航 5091-1 飞机的升力和阻力特性零升阻力系数 阻力特性诱导阻力因子零升阻力系数无侧滑时的阻力特性或极曲线表达式诱导阻力系数2) 长细比增大，机翼，1) 与升力无关，取决于外形、M、Re1.0波阻出现随M增加，激波强度减弱摩阻压阻干扰外形、Re确定北航 5091-1 飞机的升力和阻力特性诱导阻力因子A1) 取决于外形、M、Re外形、Re确定3)超音速无前缘绕流时：，A2)亚音速时，A随M基本不变: 1.0无前缘绕流1(yx)AM北航 5091-1 飞机的升力和阻力特性 极曲线和最大升阻比 Kmax外形、Re确定升阻比最大升阻比评定飞机升阻特性的重要气动参数Kmax=tan Kmax

5、M先进布局亚音速飞机经典超音速飞机北航 5091-1 飞机的升力和阻力特性证明北航 5091-2 发动机推力和耗油率特性 推力式发动机（如涡轮喷气式发动机）基本概念转速特性（油门特性）发动机典型油门状态速度特性高度特性 功率式发动机简介(如:涡轮螺旋桨发动机)北航 509涡轮风扇发动机 北航 509涡轮喷气发动机 北航 509涡轮螺旋桨发动机北航 509活塞式航空发动机 北航 5091-2 发动机推力和耗油率特性基本概念台架推力Pf ：发动机在试车台上测得的推力可用推力Pky ：发动机安装到飞机上后，真正的作用推力推重比fd：耗油率qkh：单位时间产正单位推力所消耗的油量 推力式发动机（如涡轮

6、喷气式发动机）台数推力损失系数北航 509H, V一定，P f(Pky)、qkhn关系1-2 发动机推力和耗油率特性转速特性（油门特性）（试验证明）1)加力状态：带加力燃烧室，开动其工作的状态。对应于最大转速，推力较最大状态增加30-50%，耗油率增加近一倍以上，连续工作时间限5-10min。2)最大状态：对应于最大许用转速(nmax)的发动机状态 。推力为非加力时的最大值。只能连续工作5-10min，通常用于起飞、短时加速、爬升、空中机动等。3)额定状态：对应于最大转速97% ，推力为最大状态的85-90%，可较长时间工作(半小时1小时)，用于平飞、爬升、远航飞行等。4)巡航状态：n巡90%

7、 n额，Pf巡 80%Pf额，耗油率最小，不限时，用于巡航。5)慢车状态：n慢 30% n额，推力很小，Pf慢 35%Pfmax，连续工作时间不允许超过10-15min，用于下滑、着陆。(不允许空中停车)1-2 发动机推力和耗油率特性发动机典型油门状态北航 509H, n一定，P f（Pky）及qkhV （M ）关系1-2 发动机推力和耗油率特性速度特性高限受涡轮前燃气温度允许值限制北航 5091-2 发动机推力和耗油率特性V, n一定，P f（Pky）及qkhH关系高度特性如何提高喷气发动机的推力？北航 509如何提高喷气发动机的推力？1-2 发动机推力和耗油率特性V 取决于飞行条件。提高P

8、 f可以通过提高Vp和mk 。提高Vp和提高燃气温度有关。由于发动机的耐高温限制，所以限制了Vp 。高温高速气体直接排放于空气中，推进效率低，油耗大，经济性差。Vp大，则噪音大。增加mk而提高可以避免上述缺点涡扇发动机的设计思想。提高Vp的限制：北航 509工作原理：首先产生转动功率，带动螺旋桨转动，依靠空气动力获得前行的拉力。缺点：失速限制，只适用于亚音速。优点：低M数时耗油小，马力大，经济性好。1-2 发动机推力和耗油率特性 功率式发动机简介(如:涡轮螺旋桨发动机)北航 5091-3 飞机质心运动方程 坐标系飞机在铅垂面内的运动方程动力学方程几种特殊形式质心的空间位置铅垂面zhxdzdyd水平面xh(V)sOyhsO:飞机质心 Oxh :沿速度矢Oyh:铅垂面(指向上为正) Ozh:水平面内航迹轴系与地面轴系北航 5091-3 飞机质心运动方程飞机在铅垂面内的运动方程动力学方程运动特征：飞机对称面与质心运动轨迹处于同一铅垂面，即飞机无倾斜、不侧滑。不计质量变化，二自由度。切向运动法向运动10北航 5091-3 飞机质心运动方程几种特殊形式直线飞行(直线上升、下降等)水平直线飞行(平飞加减速等)等速水平直线飞行