2 北航飞行力学-飞机的基本飞行性能

飞行力学第二章飞机的基本飞行性能北航509教研室2002.2北航制作群

张曙光谭文倩姜再明张田飞刘峰策划、审定

张曙光

2002.02北航内容引言2-1飞机定常平飞需用推力曲线2-2飞机定常平飞性能的确定2-3飞机定常上升和下滑性能的确定小结2-4飞机的飞行状态及其与操纵的关系2-7超音速飞机基本飞行性能的主要特点2-8有关参数对基本飞行性能的影响北航第二章：引言概念：基本飞行性能飞机最基本的对称(准)定常直线运动的性能。飞行参数不随时间变化适用方程运动形式性能指标北航

1)基本气动外形

2)给定发动机工作状态(加力、最大、额定等)

3)平均飞行重量或其它给定重量正常装载、半油的飞机重量第二章-引言计算基本条件1)近似解析法2)数值计算法3)图解法简单推力法：适用于喷气式飞机（用直接推力式发动机）求解方法通过图解比较可用推力／功率(已知)和需用推力／功率(由平飞条件Y=G求出)得到飞机基本性能特点。功率法：适用于螺旋桨飞机（用功率式发动机）北航概念基本关系式一般约定飞机进行等速平飞（dV/dt=0)时，发动机推力用以克服阻力，称该阻力为定常平飞需用推力Ppx。2－1飞机定常平飞需用推力曲线1)飞机为净外形近似北航平飞需用推力的计算2－1飞机定常平飞需用推力曲线—求给定高度H和速度V下的平飞需用推力1）计算G，Gpj

=Gqf

－W/22）给定H3）给定M（V）计算步骤ρ、aCx查标准大气表计算查极曲线北航零升阻力升致阻力(诱导阻力)平飞需用推力随飞行速度的变化规律2－1飞机定常平飞需用推力曲线ACx0Q0QiQpfMMyl1.3Mlj有利状态北航此时，波阻为主（音障），应采用低波阻构形。为了兼跨不同M数下的要求，采用变后掠、切尖三角翼加边条等先进气动技术。2－1飞机定常平飞需用推力曲线小展弦比大后掠角薄翼型细长机身跨音速面积律等北航2－1飞机定常平飞需用推力曲线平飞需用推力随飞行高度的变化规律北航KmaxMH增加QpfMMlj2－1飞机定常平飞需用推力曲线北航2－2飞机定常平飞性能的确定定常平飞基本关系Y=GPky=Q调整α调整n在某H、V平飞重量、构形确定性能指标Vmax

(

Mmax

)

,Vmin,Hmax,平飞包线简单推力法求解北航定义图解确定Vmax

(

Mmax

)2－2飞机定常平飞性能的确定最大平飞速度Vmax

(

Mmax

)各高度Vmax最大者称为飞机的最大平飞速度。满油门(最大状态、部分加力、全加力)的Pky

～M与Ppx

～M曲线的右交点。在某高度能定直平飞的最大速度，称该高度最大平飞速度。P

px(Qpf)MPky

(开加力)H给定MmaxM>

Mmax，不能等速平飞M<

Mmax，可等速平飞(收油门)北航2－2飞机定常平飞性能的确定Vmax

(

Mmax

)~H关系H增加MP亚音速飞机HMmax11km超音速飞机跨音速飞机

同样推力变化,右交点移动量跨音速区<亚音速区<超音速区北航定义确定Vmin2－2飞机定常平飞性能的确定最小平飞速度Vmin

(

Mmin

)1）满油门Pky

～M与Ppx

～M曲线的左交点在某高度能定直平飞的最小速度，称该高度最小平飞速度。2）升力系数限制北航2－2飞机定常平飞性能的确定Vmin

(

Mmin)~H关系H增加MPMminH升力限制推力限制北航2－2飞机定常平飞性能的确定确定Vmin的步骤北航理论飞行包线允许飞行包线随H增加，包线的速度范围收缩，直至某高度收缩为一点，此为Hmax。2－2飞机定常平飞性能的确定定常平飞速度范围——飞行包线在H~M(V)平面上，Mmax~H与Mmin~H线所勾划出的封闭曲线。其内飞机可定直平飞／等速爬升／加减速飞行；其上可定直平飞。考虑实际使用限制后得到的飞行包线。升限HmaxHmaxMH动压限制:结构强度的需要qmaxM数限制:操纵性、发动机工作及热强度方面的需要Mmax北航驾驶员读出的仪表指示速度。若空速系统为理想的，则该速度为将测量所得的动压PT按海平面标准大气进行换算得到的速度。不计压缩性修正量时，表速和真空速的关系为：不论H如何，表速相同表明飞机飞行在相同的动压下2－2飞机定常平飞性能的确定术语：表速北航适用方程上升角θ和最大上升角θmax

2－3飞机定常上升和下滑性能的确定性能指标上升性能剩余推力

θmax

ΔPmax

Mθ

(陡升M数,一般Mθ>Myl)给定H,构形,G下的最大上升角MPΔPmax

MθMyl(VΔP)max

Mks北航上升率Vy：某高度最大上升率Vymax：2－3飞机定常上升和下滑性能的确定上升率Vy和最大上升率Vymax最大上升率：该高度、指定构形、G下可能的最大上升率。所有H中Vymax最大者。

相应速度为快升速度Vks(Mks)。

飞机在单位时间上升的高度。VVyθ北航理论静升限Hmax.ll和实用静升限Hmax.sy

Hmax.ll对应于Vymax=5m/s(亚音速飞机)或0.5m/s(超音速飞机)的飞行高度。2－3飞机定常上升和下滑性能的确定特定重量、构形，发动机满油门(最大、加力、全加力)时，飞机能够定直平飞的最大高度，此时Vymax=0。Hmax.syHmax.llHmax.syHVymax北航保持Vks(H)，以Vymax上升，所需时间最短。最短上升时间tmin

2－3飞机定常上升和下滑性能的确定1/VymaxHmax.llHH1H2上升时经过的水平距离Lss

北航滑翔、无动力飞行，发动机慢车，Pky≈0，定直下滑。滑翔角由极曲线决定，和飞机重量无关。可通过滑翔飞行测量气动特性参数K。适用方程2－3飞机定常上升和下滑性能的确定下滑性能飞行条件下滑角θxh滑翔机:K较大(10~40)，ε不大，θxh不大分析北航2－3飞机定常上升和下滑性能的确定下滑距离Lxh下滑率Vyxh和下滑时速度Vxh下滑时间txh北航具体实现或状态改变方法与所处包线区域有关。问题的引入2－4飞机的飞行状态及其与操纵的关系平飞范围的划分具体分界线为M

(H)，近似地Myl(H)。平横状态的稳定性和改变平衡状态的操纵规律。平飞包线划分依据飞行包线内的飞行状态：定直平飞、定直上升、加速平飞等。通过操纵油门和迎角控制。H第II平飞范围第I平飞范围M

(H)MHmax北航稳定性分析2－4飞机的飞行状态及其与操纵的关系ΔMaIMΔMΔPΔPaIIΔPmaxPM

北航纵向操纵的基本响应航迹变化情况推驾驶杆2－4飞机的飞行状态及其与操纵的关系飞行状态与操纵推油门杆，Pky

收油门杆，Pky

推驾驶杆，飞机低头，

拉驾驶杆，飞机抬头，

假设：飞机原平飞于aI或aII点aIaII

初始加速俯冲。经过一段时间后，

aI条件下继续保持此趋势，aII条件下转为加速爬升。北航2－4飞机的飞行状态及其与操纵的关系H0=5000m,推驾驶杆Δδz=1°北航2－4飞机的飞行状态及其与操纵的关系H0=5000m,推驾驶杆Δδz=1°北航2－4飞机的飞行状态及其与操纵的关系H0=5000m,推驾驶杆Δδz=1°北航

应推油门杆+协调推驾驶杆，符合驾驶员习惯，正操纵

应收油门杆+协调推驾驶杆，不符合驾驶员习惯，反操纵不论正反区，可用油门控制高度，可用驾驶杆控制速度推油门杆2－4飞机的飞行状态及其与操纵的关系aIaII

飞机加速爬升。但

aII处比aI处爬升更陡。从平衡在V到V+ΔV的操纵驾驶建议北航2－4飞机的飞行状态及其与操纵的关系H0=5000m,推油门杆Δδp=10%北航2－4飞机的飞行状态及其与操纵的关系H0=5000m,推油门杆Δδp=10%北航2－7超音速飞机基本飞行性能的主要特点基本飞行性能取决于推力曲线，并考虑最大允许升力限制超音速飞机推力曲线总结在超音速区波阻系数随M

而减小，曲线出现“弯腰”跨音速区Cx0

，故Ppx

大推力发动机Pky~M在超音速有极值

Mp中低空H

Pky

,Mp

;高空H

Pky

,Mp不变阻力特性推力特性H增加MPpx1.0MpMPky1.0H增加北航H<11km:H

,Ppx渐平坦且右移明显,趋势胜于Pky

,故Mmax

H>11km:随H

,Pky

,且Qi影响

，故Mmax

在接近升限的高空，Pky和Ppx

可能有多个交点，使飞行包线呈“双峰”形，分别在跨音速和超音速区。随H

，均渐收缩且跨音速区者先消失。2－7超音速飞机基本飞行性能的主要特点超音速飞机飞行包线特点Ma~Mb

,

Mc~Md:可定直平飞

Mb~Mc:不可定直平飞

MPpx1.0abcdPky.maxPH给定北航飞行包线H/公里10

0.51.01.52.0M增强型20幻影2000-5北航超音速飞机上升性能特点低空：一个ΔPmax.1

Mθ1(略微)>Myl(亚音速区)中空：出现第二个ΔPmax.2

Mθ2(略微)<MP(超音速区)高空：ΔPmax.1先消失2－7超音速飞机基本飞行性能的主要特点随H

,ΔPmax.2

,ΔPmax.1

MPΔPmax.1

Mθ1Myl(VΔP)max.1

Mks1Pky.maxPpxMPpxPky.maxPMθ1Mθ2MpΔPmax.1

ΔPmax.1

ΔPmin

北航HVymaxVymax.1跨音速Vymax.2超音速同理，2－7超音速飞机基本飞行性能的主要特点为缩短上升时间，低空以Vymax.1，至一定高度转入Vymax.2低空只有Vymax.1，中空有第二个Vymax.2，高空Vymax.1

先消失。北航假设：当某一个参数变化时，其余参数固定不变。构造参数：G/S，Pky/G气动参数：Cx0，A，K，Cyyx大气参数：ΔT，Δp2－8有关参数对基本飞行性能的影响参数划分分析方法参数变化对基本性能的影响由Ppx、Pky的变化大致把握。北航G改变G

，平飞范围左、上边界向内缩，上升性能变差，滑翔速度增加。2－8有关参数对基本飞行性能的影响构造参数变化的影响MPPky

Ppx

G

低速Ppx

，高速影响不大北航S改变2－8有关参数对基本飞行性能的影响Ppx

曲线左移S

，平飞包线边界向左移动，上升速度减慢，滑翔速度减少。MPPky

Ppx

S

北航

Pky

,对平飞、爬升性能都有利。Pky

改变2－8有关参数对基本飞行性能的影响其增幅取决于Pky

形状——PkyV和PkyV越接近，效益越大。VPPky

Ppx

Vmax

Pky

Pky

,Gfd

。故应综合考虑(Pky/G)才有意义。北航Cx0

,Ppx随V而增加，主要影响高速端，如Vmax

，上升性能亦下降。

为提高飞机高速性能，应着重减小高速Cx0，如采用光滑、小波阻

气动外形等。Cx0改变气动参数变化的影响MPPky

Ppx

Cx0

A

改变MPPky

Ppx

A

A

,低速段Ppx

(Qi

)，高速端影响不大。如Vmin

，上升性能下降。

为提高飞机低速性能，应着重减小诱阻因子A，如采用大展弦比、小后掠角、小梯度比气动外形等。2－8有关参数对基本飞行性能的影响北航2－8有关参数对基本飞行性能的影响Kmax

,Ppx.min(=G/Kmax)

,同时对基本飞行性能全面有利。

从气动布局来说，力求增升减阻（