民机起飞和着陆性能的计算与分析及其对飞行安全的影响

北京航空航天大学毕业设计（论文）第1页民机起飞和着陆性能的计算与分析及其对飞行安全的影响目录1绪论...................................................................11.1课题背景及目的....................................................11.2飞机起飞和着陆性能的现状..........................................21.3论文构成以及研究方法..............................................22起飞性能...............................................................32.1地面滑跑距离的计算................................................62.2飞机升空后爬升段的距离计算.......................................173着陆性能..............................................................243.1计算进近距离.....................................................263.2拉平距离的计算...................................................273.3地面滑跑距离的计算...............................................283.4重量对着陆性能的影响.............................................364各种影响飞机起飞和着陆性能的分析......................................364.1重心位置的影响...................................................364.2风的影响.........................................................394.3跑道的影响.......................................................405中断起飞..............................................................406鸟击威胁飞行安全......................................................427人为因素..............................................................43结论....................................................................46致谢..................................................................48参考文献................................................................491绪论1.1课题背景及目的飞机的起飞分为：中断起飞和继续起飞；飞机的着陆也分为继续着陆和复飞。飞机的起飞跟着陆是飞行事故中发生率最高的两个环节，特别是着陆。据统计，民航机的失事多半发生在着陆过程中，所以当气象条件不好如有雾或云层很低时，就不准着陆，以保安全。还有，中断起飞的事故也时有发生，喷气飞机投入航线使用已有32年，这期间因中断起飞造成的事故，事故征候有74起，死亡人数达400多人。从发生件数看，虽说北京航空航天大学毕业设计（论文）第2页死亡人数不太多，但中断起飞依然是为确保飞机安全运行需要研究的重要课题。单从计算来看，在短距离航线频繁起飞的飞行员3年内要经历一次中断起飞。在远距离航线起飞的飞行员由于起飞次数少，故经历中断起飞的次数较少，但只要你长期从事飞行工作，总会碰上一两次的。如果继续起飞的话，由中断起飞造成的事故大约有80%可能就不会发生。中断起飞发生的事故数的58%都是在大于V1速度的情况下出现的。还有，尽管决断速度V1是以发动机故障为前提计算的，但实际上因发动机故障而中断起飞的仅占全部中断起飞的25%左右。而着陆或者复飞是飞行员应该当机立断的决定，因为这个决定对飞行安全起着非常重要的作用。根据ICAO（国际民航组织）的通报中记述，飞机的离地高度在1000英尺以下，控制飞机航迹感到困难时，任何时候都应该进行复飞操作。还有，风切变对飞机着陆的影响性很大。所以，飞行员要对风切变有一定的认识。的确，飞机的着陆也是飞行训练中最难的一部分。为了改善飞机着陆的安全性，飞机上起先采用了“仪表着陆”设备。飞行员可通过机场导航台指挥，利用“仪表着陆”设备进行着陆。现在最精密的“仪表着陆”设备是ILS（仪表着陆系统），其次的还有VOR（甚高频全方位仪）跟NDB（无方向无线电信表）。正因为起飞着陆如此重要并且影响其因素众多，我们非常有必要对其进行研究探讨。1.2飞机起飞和着陆性能的现状现在，飞机的起飞和着陆性能的装置都有了改进，起飞的其中包括起飞加速器，弹射器（暂时只用于军机）等。它们的作用是，提高飞机起飞时的加速度，使它尽快地高速而起飞，以便缩短滑跑距离。着陆的其中包括增升装置，机轮刹车，反推力装置，减速伞，减速板和减速装置。这些装置的性能是通过不断减少飞机的着陆速度，以缩短着陆滑跑距离。这些装置都对飞机的起飞和着陆起了非常大的帮助作用。1.3论文构成以及研究方法飞机的起飞和着陆的特性都涉及到飞机在地面上的滑跑，还有飞机的速度，推力，阻力等等一些影响飞机起飞和着陆性能的因素。这些因素的计算就涉及到飞机的起飞和着陆的安全性，而且飞机的起飞和着陆都可以用公式来计算，所以飞行员要对飞机的起北京航空航天大学毕业设计（论文）第3页飞和着陆性能的计算有一定程度的了解，所以，我会利用这篇论文对飞机的起飞和着陆的计算进行详细的分析。还有，人为因素也是影响飞机起飞和着陆安全性的重要因素。接地及着陆滑跑操作，业务分担交错，再加上严峻的气象状况，在极短的时间内业务量就会猛增。还有，即便是由于经验和判断的不同引起的意见分歧表面化，也应要求立即做出决断及进行操作。驾驶的判断及操作在日常业务中也可以说是特别难的课目，所以，我也会对人为因素对飞行安全的影响作出一定的阐述。2起飞性能飞机的起飞性能的计算包括飞机的地面滑跑距离的计算和飞机升空后爬升的距离计算。我国规定的民用飞机的安全高度为10.7米。实际起飞距离与飞机的起飞重量、发动机的推力、增升装置的位置、大气条件、跑道状况（坡度、干湿或污染情况）及机场的海拔高度、驾驶员操纵等众多因素有关。然而这些因素都影响着飞机的起飞性能。例如，波音747的起飞距离通常为3322米，而737则为2027米，赛斯纳的“大蓬车”为507米。确实，在每一次飞行之前，无论是在小型螺桨飞机还是大型喷气飞机，我们都得计划，计划都包括计算飞机最大的起飞重量和最大的着陆重量，还有起飞滑跑距离和着陆滑跑距离。首先，要了解当天的天气情况，并根据当天的天气情况做计划。并把飞机的起飞和着陆重量都标在图表上（特定的），这样就可以知道飞机有没有超过限制的重量。如果要计算飞机的起飞和着陆的滑跑距离，也是通过图表法，把飞机的重量，头风或尾风的大小，当天天气预报的气压和气温标上去就可以算出飞机的起飞或着陆滑跑距离。这时，要考虑在外场着陆时机场跑道的选择，因为你要根据飞机的起飞或着陆滑跑距离，选择一条比较长的跑道进行起飞或着陆。这样做的原因正是因为起飞和着陆性能对飞机能否可以安全地起飞和着陆有着至关紧要的影响。虽然由很多因素影响飞机的起飞和着陆的特性，在这里我们就假设飞机在标准条件下研究他的起飞着陆性能，之后我们再进一步讨论各条件又是如何影响飞机性能的。飞机起飞和着陆的特性，很多东西都涉及到飞机在地面上的滑跑。研究起飞性能实质就是解决其加速性能的问题。北京航空航天大学毕业设计（论文）第4页假设一架飞机静止地停在跑道的尽头。也就是在图2.1中0的位置。飞行员松开刹车和把油门杆推到起飞功率，飞机会在跑道上慢慢地加速。在离开始点某段距离，飞机会升空。飞机在升空之前需要多长的跑道距离呢？这是分析起飞性能的中心问题。这叫地面滑跑，在图2.1中用gS表示，这是这章的重点。然而这也不是考虑的全部。起飞的总距离也包括了飞机升空后到避开障碍物之前的特定高度的距离。在图2.1中用aS表示。障碍物的特定高度，军用飞机一般是50尺，商用飞机是35尺。gS和aS的总和是飞机起飞的总距离。图2.1地面滑跑距离gS，升空距离aS，和起飞总距离将地面滑跑gS再分成几部分，在图2.2中显示。这些部分都用不同的速度来定义，如下：1．当一架飞机从0速度开始加速，在某一点达到它的失速速度，在图2.2中用stallV表示。北京航空航天大学毕业设计（论文）第5页图2.2地面滑跑的分段2．飞机继续加速直到它达到地面的最小控制速度，在图2.2中用Vmcg表示。这个最小速度是飞机继续在地面上滑跑，飞机的垂直鳍和方向舵产生足够的空气动力产生一个偏转力矩足够用来抵消多发飞机由于一个发动机失效产生的力矩的速度。3．如果一架飞机在空中（没有起落架和地面接触），在发动机失效时用于偏航控制的最小速度要稍稍地比Vmcg大。这个速度叫做空中的最小控制速度，在图2.2中用Vmca表示。在图2.2的地面滑跑显示图中可知，Vmca本质上是一个参考速度—当达到这速度的时候，飞机仍然在地面上。4．飞机继续加速直到它达到决断速度，在图2.2中用1V表示。这是一个在某一点即使发动机失效（多发飞机），但飞行员还是可以成功继续起飞的速度。这个速度必须等于或大于Vmcg，这是为了可以保持控制飞机。1V的另一个名称是临界发动机失效速度。如果发动机失效发生在1V前，起飞必须停止。如果发生在V1后，起飞仍然可以继续。5．飞机继续加速直到达到起飞的转动速度，在图2.2用RV表示。在这个速度上，北京航空航天大学毕业设计（论文）第6页飞行员偏转飞机的升降舵是为了增加迎角，因此增加了LC。很明显，在旋转中达到最大的迎角不应该超过失速迎角。实际上，在给定速度上，大的迎角可以产生大于飞机重量的升力，所以飞机可以离开地面。然而，因为尾部可能拖拉地面，这个迎角可能达不到。(在转动之后，飞机尾部的离地距离是飞机设计的重要特性，必须考虑到飞机的起飞问题上。)6．如果飞机的转动速度受到飞机尾部离地距离的限制，飞机必须沿着地面继续加速，当转动速度达到之后，直到产生一个更高的速度能够让升力大于重力。这个速度叫做最小拉升速度，在图2.2中用Vmu表示。在为Vmu下定义时，我们假设在转动过程中在尾部离地间距允许情况下，获得最大的迎角。7．然而，为了增加安全，在离地之后，飞机的迎角会轻轻地比尾部离地间距允许情况下，获得最大的迎角的值要小，飞机会继续加速到一个更高的速度，叫做起飞速度，在图2.2中用LOV表示。这才是飞机真正离地的地方。总的距离覆盖了从地面到这一点的总距离，叫做地面滑跑距离gS。以上讨论了不同速度的相关值，显示在图2.2上，这些都夹在stallV和LOV之间，通常LOV≈1.1stallV。在图2.2中对不同速度有一个很好的讨论，在Ref.41中，有更详细的细节讨论。以上的讨论就是对平衡地面距离的概括，定义如下，决断速度1V是飞机发动机在某一点失效时还可以继续成功起飞的最小速度。在这件事中飞行员可以继续成功起飞是什么意思呢？答案就是当飞机达到1V时，如果飞机在某一点引擎失效，那个要求飞机起飞避开障碍物的附加距离和那个让飞机停止在地面上的距离是一样的。飞机从起始点到飞机达到速度