飞行力学第二章2.4

第二章

飞机飞行性能

之

续航性能内容2.4.1航程和航时的基本关系式2.4.2等高等速巡航时的航程和航时2.4.3飞机的最佳续航性能2.4续航性能2.4.4

最大活动半径2.4.5风对续航性能的影响小结引言意义主要指标航程R、航时t、活动半径r引言

基本性能多高、多快定常直线飞行续航性能多远、多久准定常直线飞行航程远活动范围大，远程作战能力强。航时长巡航、护航时间长，便于空中机动，同时减少起落架次。研究内容飞机携带有效载荷，在标准大气和无风的情况下，沿预定航线耗尽其可用燃油所经过的水平距离一、航程和航时航程R

技术航程

不留余油航时t飞机携带有效载荷，在标准大气和无风的情况下，沿预定航线耗尽其可用燃油所能持续飞行的时间技术航时续航性能取决于可用燃油量和燃油消耗速度2.4.1航程和航时的基本关系式实用航程实用航时

考虑气象条件变化、待机、复飞等特殊情况，需要保留着陆余油，扣除着陆余油后的航程、航时。Rctc

Rcr

tcr

Rdtd

总航程、航时中，巡航段约占90％。典型巡航飞行剖面机载总油量地面试车、滑行死油

（不可用）降落前小航线及着陆备用燃油量5~10%起飞,上升下滑实际用于续航飞行的燃油质量可用燃油量巡航段燃油量1、小时耗油量和千米耗油量发动机台数发动机耗油率单台推力小时耗油量飞机飞行1小时发动机所消耗的燃油质量(kg/h)

地速(即无风空速)千米耗油量飞机相对于地面飞行1公里所消耗的燃油质量(kg/km)

图2.31某发动机

和

随H，Ma的变化曲线巡航段准定常假设：由任务所明确，否则用净形2、巡航段航程和航时的基本公式dt时间内飞机质量变化等于耗油量。则若巡航段重量变化：则需要选择合适的飞行状态和发动机工作状态，发挥最高的气动效率和发动机效率，增加航程或航时。其中

最优巡航问题

给定飞行状态，确定续航性能按任务的两类续航性能计算问题选择飞行状态得到最佳续航性能——精确求解应综合上升、巡航、下滑最优——实践证明，可以寻求巡航段最优，并选择上升、下滑段的飞行状态和相应发动机工作状态使耗油最少，并兼顾航程和航时。本章仅讨论巡航段特点。给定由任务决定否则用净形随W而变随耗油逐渐减轻Cf.R,cf.t

～V,H,n,W;构形随燃油消耗,W↓飞行特点等速平飞CL↓(a↓)CD↓(n↓)∴飞行中需逐渐推杆收油门耗油特点2.4.2等高等速巡航时的航程和航时1、给定高度与速度的航程和航时出发方程图解积分法求解计算步骤1）将飞行重量分成N个区间，对每一区间取平均值Wav.2）已知H查大气表ρ,c

Ma=V/c

3）根据，确定每一个Wav

值下的CL

K=CL/CD

4）查飞机极曲线，确定6）估算η=η(H,Ma),

计算Ti=TR/η.5）计算平飞需用推力TR=Wav

/K.7）由发动机特性曲线,查出cf

和n8）计算、绘制曲线Rcr

=Vtcr例：求喷气式飞机巡航段的航程和航时条件：H=11km，V=903km/h，W1=73500N，Qcr=1500kg，S=23m2

求解：采用数值积分法求解，将飞行重量平均分为N个区间，各区间节点处飞行重量及区间平均重量可表示为：巡航段的航程为：取N=2，则巡航开始时飞机重量为W1=73500N，巡航结束时飞机重量为每个区间起始重量分别为73500N和66150N，每一区间的平均重量为:查标准大气表得，计算可得Ma=0.85；查有关特性曲线，推力有效系数按前面介绍的步骤进行计算，计算过程列于下表。最后得到巡航段航程和航时分别为说明：要实现等高等速的巡航飞行，随着飞行重量不断减轻，驾驶员应缓慢推杆来较小迎角，同时逐渐降低发动机转速以减小推力，使飞机保持力的平衡。数值方法

如何确定按常值H、V方式巡航的最佳状态？

给定一系列(H,V)值组合，求出相应tcr与Rcr

，从中找出tcr.max与Rcr.max及其对应的(H,V)状态问题：

最佳巡航高度、速度的确定2.久航速度和远航速度图2.31某发动机

和

随H，Ma的变化曲线

等高度上的最久航时和最大航程Vt.maxVR.maxV

TR

0图2.35超声速飞机TR和cf.R随Ma

的变化曲线等高度上的最久航时和最大航程由下式确定对应和的飞行速度，分别称为某高度的久航速度和远航速度图2.34平飞需用推力曲线上对应久航和远航速度——主要考虑cf而选取cf.min

ncr

H

11km,随H

,cf

飞机重量变化，最佳巡航状态能否保持？问题：

3.久航高度和远航高度HR.max

HR.max

远航高度久航高度

等高等速巡航，考虑飞机重量的不断变化。K，n都在变化，不可能使气动效率和发动机效率始终保持最佳，为此，允许高度变化，讨论涡喷发动机飞机的最佳续航规律。确定最佳续航规律，同时要考虑实际飞行中的可操作性。从近似分析可知，高度增加，能够提高巡航飞行性能，为此分析在同温层定油门、定马赫数巡航飞行的性能。

2.4.3飞机的最佳续航性能最佳巡航特点定n、Ma时，11km以上的高度，即在同温层(11km

H

20km):假设等速平飞结论

一旦初始定直平飞，且保持Ma、n不变，巡航中无论W,H如何变化，勿需调整CD(通过α)均能自动保持切向力平衡，这时CL也不变。随燃油消耗，飞机缓慢上升(ρH

)。航时、航程计算

某一W时的耗油量

航程、航时

最优巡航

故最佳巡航问题演变为寻求适当的(Ma,n)组合，使久航问题远航问题按等速定油门稳杆方式巡航计算最佳巡航状态参数1）给出一组发动机转速n查极曲线CL

5）根据公式计算

2）对应每一个转速n给出一组Ma3）

由n,Ma查发动机曲线Ti.11,cf.114）估算或查推力有效系数曲线，确定

11

6）

CD

7）计算每一个转速n下各Ma的值，绘制成

曲线簇。计算最佳巡航状态参数8）找出每一个转速n的

曲线上的最大值和相应远航马赫数并绘制成和曲线。计算最佳巡航状态参数9）由曲线，定出值和对应的转速nR.max该转速谓之远航转速，即为实现最佳航程所选定的转速。10）再由曲线，按选定的n定出MaR.max的值。该Ma谓之最佳远航Ma，即为实现最佳航程所选定的Ma。例：求喷气式飞机巡航段最佳航程条件：W1=67330N，W2=53510N，S=23m2

求解：

按表2.5所示形式进行计算，例（续）：

按表2.5所示形式进行计算，最后得到巡航段最佳航程选定的发动机转速和Ma分别为为确定巡航飞行高度，由选定的发动机转速和，查发动机特性曲线，得可计算出CD查飞机极曲线得CL=0.27计算不同高度上空气密度查大气密度表，可得巡航段起点和重点的飞行高度分别为Wx

ΔWWx

-ΔW最大活动半径定义

飞机由机场出发，飞到目标上空完成一定任务后再返回原机场所能达到的最远距离。巡航段最大活动半径计算数学模型：

WrW1

W2r1

=r22.4.4最大活动半径巡航开始重量W1、目标上空重量Wx，终了重量W2;执行任务消耗的重量：

W=(Wf.c+Wb)要求：

r1=r2确定：Wx目标：r=r1+r2

max。求解

设巡航于H

11km高度，按照等n,Ma最优巡航原理可得注：实际活动半径还应该考虑上升和下滑段的水平距离。

2.4.5风对续航性能的影响

作用在飞机上的气动力和气动力矩、发动机特性只与空速有关，与地速无关。根据速度的合成原理，地速可表示为：假设空速和风速为地速大小可表示为和航时：确定飞机在空中飞行的时间，不涉及飞机相对地面的运动。不管顺风还是逆风，只要飞行状态（H，Ma）和发动机工作状态（n）保持不变，航时就是确定的，所以风对航时没有影响。航程：确定飞机相对地面所飞过的水平距离，显然与地速有关。即使飞行状态和发动机工作状态不变，由于风影响地速，顺风、逆风时的航程是不一样的。顺风逆风航程千米耗油量结论与无风情况相比,顺风增大航程,逆风减小航程有风时的千米耗油量由下式确定，即风对航程的影响Headwind(逆风)tailwind(顺风)风对活动半径的影响出航距离＝返航距离假设出航和返航时的风向保持不变。出航结束重量活动半径无风时有风时结论无论顺风还是逆风，风的影响均使活动半径减小，但减小不多。增加可用燃油设计合理的内部储油空间提高气动效率，使Kmax

副油箱(不利因素：增加W和迎面阻力)空中加油根据任务需要，选用合适的发动机，使推力要求匹配，且耗油率尽量小设计最佳航路方案，包括考虑非标准使用条件的影响，如风：航时问题取决于空速，与地速无关，风没有影响航程问题与地速相关，即

(顺风为“＋”)减轻飞机结构重量2.4.6*增加航程和航时的途径，故顺风时可增加航程，逆风时减少续航性能指标：R、t、r

决定因素：Qf.a

、cf.R

、cf.t两类计算问题：给定飞行状态的巡航参数计算，并确定给定高度的久航、远航速度喷气飞机最佳续航性能的特点及其参数计算小结

增加R、t的途径：从Qf.a

、cf.R

、cf.t

着手

Map

与推力特性有关的几个特征速度(随H

，则Map

，且渐趋于不变)Ta.max

Maopt

(随H

，则Maopt

)1)TR.min

2)Kmax