飞机原理与构造第五讲-飞机的飞机性能

飞机原理与构造第五讲第四章飞机的飞行性能2020/2/2212020/2/222一、飞行性能计算的原始数据和基本定义二、飞机的基本飞行性能三、飞机的续航性能四、飞机的机动飞行性能五、飞机的起飞和着陆性能第四章飞机的飞行性能2020/2/223飞行性能计算的原始数据和基本定义正常起飞重量(kg)23000202121524015740最大起飞重量(kg)33000308451850025402实用升限(m)18000183001700015240最大平飞M数2.352.52.31.8最大使用过载97.3397.5起飞滑跑距离(m)450274250427着陆滑跑距离(m)6201067600670对空作战半径(km)150012701200740转场航程(km)3680(机内油)463129003706Su-27F-15CMig-29F-18C几种战斗机性能表2020/2/224飞行性能计算的原始数据和基本定义飞机飞行性能检验飞机设计方案是否能够满足设计使命，能否满足预定的预定的战术技术要求通过具体参数来表征飞机在各飞机阶段的飞行能力，例如：–飞机的最大／最小飞行速度–飞机的升限–上升率–加减速时间–给定高度的航程通常比较飞机的极限飞行能力计算分析2020/2/225飞行性能计算的原始数据和基本定义飞行过程中的受力分析及角度定义P发动机推力Y升力Q阻力G重力jfd发动机安装角a迎角q航迹倾角J俯仰角V飞行速度水平线qaYGQPVjfdJ2020/2/226飞行性能计算的原始数据和基本定义发动机2020/2/227飞行性能计算的原始数据和基本定义发动机安装角机身轴线发动机轴线发动机尾喷口轴线相对于发动机轴有5°夹角3º2º2020/2/228飞行性能计算的原始数据和基本定义定直平飞的受力分析水平线aYGQPVx2020/2/229飞行性能计算的原始数据和基本定义受力分析及角度定义P发动机推力Z侧力Q阻力b侧滑角Y偏航角Ys航向角V飞行速度V北bQZPs2020/2/2210飞行性能计算的原始数据和基本定义YGZY升力Z侧力G重力滚转角受力分析及角度定义2020/2/2211飞行性能计算的原始数据和基本定义重力G重力大小：G=mg–m飞机质量•飞机质量随燃油消耗／外挂投放等变化•性能计算过程中，飞机质量通常取常值–g重力加速度•重力加速度与地理位置／飞行高度相关，但变化很小•通常取9.81重力方向：铅垂向下2020/2/2212飞行性能计算的原始数据和基本定义对流层同温层／平流层中间层热层／电离层大气结构2020/2/2213飞行性能计算的原始数据和基本定义标准大气海平面大气参数：H=0mT=288.15Kp=101325Nm-2r=1.225kgm-3g=9.80665ms-22020/2/2214飞行性能计算的原始数据和基本定义气动力：Y/Q/Z气动力可以分解为Y/Q/Z三个力qSCZqSCQqSCYzxy221Vqr其中q为动压其中S为机翼参考面积23386252.5/62.356.527.937.2465常见飞机的参考面积Mig-21/J-7Mig-29Su-27F-14F-15F-16F-18B-22020/2/2215飞行性能计算的原始数据和基本定义升力特性jaajayyyCCC)(0Cy为升力系数，取决于飞机的气动布局（翼型、机翼平面形状、襟翼偏角、平尾偏角等）及飞行状态（高度、M数、迎角等），在小迎角范围内：其中Cjy为平尾偏转引起的升力系数变化，j为平尾偏角，通常Cjyj这一项的值比较小，可以忽略。Cay称为升力线斜率qSCYy升力大小：升力方向：飞机对称面内垂直于飞行速度方向2020/2/2216飞行性能计算的原始数据和基本定义升力曲线-1001020304050-0.50.00.51.01.52.0Cya某第二代战斗机采用对称翼型a0=0a02020/2/2217飞行性能计算的原始数据和基本定义M数对升力曲线的影响05101520250.00.51.01.52.0M=0.0M=0.8M=1.0M=1.2M=1.7Cya2020/2/2218飞行性能计算的原始数据和基本定义大迎角区的升力特性010203040500.00.51.01.52.0CymaxCyddCyyxCysxCyaCymaxCyddCyyxCysxaljaddayxasxCymax最大升力系数alj临界迎角Cysx失速升力系数asx失速迎角Cyyx最大允许使用升力系数ayxCydd抖动升力系数addMig-21/J-71.16(Cydd=0.65)Mig-291.35Su-271.85F-161.4常见飞机的Cymax2020/2/2219飞行性能计算的原始数据和基本定义展弦比对升力系数的影响2020/2/2220飞行性能计算的原始数据和基本定义阻力的产生阻力按照产生的原因分类：摩擦阻力压差阻力诱导阻力干扰阻力零升波阻升致波阻阻力按照与升力是否相关可分为：升致阻力（诱导阻力、升致波阻）零升阻力（摩擦阻力、压差阻力、干扰阻力、零升波阻）2020/2/2221飞行性能计算的原始数据和基本定义阻力特性阻力系数和升力系数的关系Cy-Cx曲线称为升阻极曲线，这条曲线通常可以写成抛物线的形式：200yxxixxACCCCC其中：Cx阻力系数Cx0零升阻力系数Cxi升致阻力系数A诱导阻力因子对称翼型2020/2/2222飞行性能计算的原始数据和基本定义升阻极曲线0.000.020.040.060.080.100.120.00.20.40.60.81.01.21.41.6M=0.4M=0.8M=1.0M=1.2M=1.7CyCx低速时极曲线变化不大2020/2/2223飞行性能计算的原始数据和基本定义零升阻力系数0.40.60.81.01.21.41.61.82.00.000.010.020.030.04Cx0M2020/2/2224飞行性能计算的原始数据和基本定义升致阻力因子0.40.60.81.01.21.41.61.82.00.00.10.20.30.4AM2020/2/2225飞行性能计算的原始数据和基本定义升阻比KCyylCxCy升阻比：最大升阻比Kmax对应的Cy称为有利升力系数CyylxyCCK2020/2/2226飞行性能计算的原始数据和基本定义0.00.51.01.52.00246810121416KmaxM亚音速超音速Mig-1514.6Mig-21/J-78.44.7Mig-29124.2F-8614F-49.84.13F-1610.84.2B-5219高空长航时30常见飞机的最大升阻比最大升阻比Kmax2020/2/2227飞行性能计算的原始数据和基本定义现代飞机上常用的发动机涡喷涡扇2020/2/2228飞行性能计算的原始数据和基本定义发动机（涡喷／涡扇）推力油耗油门－转速飞行速度飞行高度2020/2/2229飞行性能计算的原始数据和基本定义推力—转速4050607080901000510152025303540P/kNn/%发动机的几种工作状态•加力•最大•额定•巡航•慢车2020/2/2230飞行性能计算的原始数据和基本定义推力—转速0.00.51.01.52.02.5024681012P/kNM某飞机在11km高空的全加力推力随M数变化曲线2020/2/2231飞行性能计算的原始数据和基本定义推力—高度024681012024681012141618H/kmP/kN不同高度下，大气温度、密度不同，因而推力不同。H11km时，温度不变，推力与密度有如下关系：1111rrPP2020/2/2232飞行性能计算的原始数据和基本定义可用推力Pky发动机安装在飞机上会带来推力损失Pky=hP通常最大状态或加力状态的推力对性能计算比较重要，所以可用推力一般是指发动机（一台或多台）安装在飞机上之后，其最大推力或全加力推力。不同高度下，可用推力随M数变化的曲线称为可用推力曲线2020/2/2233飞行性能计算的原始数据和基本定义可用推力曲线0.00.51.01.52.02.5051015H=0kmH=3kmH=5kmH=8kmH=11kmPky/kNM2020/2/2234飞行性能计算的原始数据和基本定义可用推力曲线0.00.51.01.52.00246810H=0kmH=3kmH=5kmH=8kmH=11kmPky/kNM2020/2/2235飞行性能计算的原始数据和基本定义耗油率0.00.51.01.52.00.10.20.3qNh/kgN-1h-1M耗油率qNh：发动机产生每牛顿推力在每小时内消耗的燃油质量。2020/2/2236飞行性能计算的原始数据和基本定义0.00.51.01.52.005000100001500020000250003000035000qh/kgh-1M小时耗油率qh：飞机每小时消耗的燃油质量：iPqqNhh小时耗油率2020/2/2237飞行性能计算的原始数据和基本定义耗油率—高度qNhH11km2020/2/2238飞行性能计算的原始数据和基本定义耗油率—转速qNhn巡航转速2020/2/2239飞行性能计算的原始数据和基本定义转速特性曲线qNhPn=80%90%95%100%M=0.10.51.01.52020/2/2240飞行性能计算的原始数据和基本定义典型发动机特性起飞推力kN巡航耗油率kg/(kgh)推重比飞机F100-PW-229129.40.6477.7F-16C/DF-15EF119-PW-200155.70.6110F-22AL-31F122.580.7798.17Su-27WS-991.260.6795.05FBC-1WP13AII63.450.885.28J-8II2020/2/2241飞行的基本飞行性能平直飞行性能上升和下滑性能续航性能起落性能飞机的飞行性能，是指飞机能飞多快、多高、多久、多远以及各种机动飞行能力。对于民用飞机，主要分析飞机的基本飞行性能，其中包括:2020/2/2242飞行的基本飞行性能平飞性能平直飞行就是飞机在某一高度上进行等速直线飞行，简称平飞。飞机的平飞性能是指飞机在不同高度上保持等速直线平飞的能力，其中包括最大平飞速度、最小平飞速度以及有利平飞速度等。2020/2/2243飞行的基本飞行性能平飞的作用力及所需速度飞机在空中稳定直线飞行时,受到四个力的作用：升力(Y)、重力(G)、推力/拉力(P)、阻力(X)。升力阻力重力拉力2020/2/2244飞行的基本飞行性能平飞条件升力等于重力，高度不变拉力等于阻力，速度不变升力拉力重力阻力2020/2/2245飞行的基本飞行性能平飞所需速度能够产生足够的升力来平衡重力的飞行速度叫平飞所需速度，以v平飞表示。v平飞计算公式和影响因素2020/2/2246飞行的基本飞行性能SCGVYr2平飞飞机重量越大，v平飞越大升力系数越大，v平飞越小v平飞的主要影响因素2020/2/2247飞行的基本飞行性能平飞所需速度与飞机重量、升力系效、机翼面积和空气密度有关。1、飞机重量；2、升力系数；3、空气密度；4、机翼面积。2020/2/2248飞行的基本飞行性能IASHTASIASTASHVVVVrrrr02022121真速(TAS)：飞机相对于空气的真实速度。表速(IAS)：飞机空速表的指示读数。H≥0，TAS≥IAS，高度越高，两者差距越大。在任何高度上有：真速、指示空速、校正空速、当量空速2020/2/2249飞行的基本飞行性能发动机可用推力安装在一架飞机上的所有发动机，在一定工作状态下，所能提供的推力叫发动机可用推力。在飞行高度和油门一定情况下，涡轮喷气发动机的推力随飞行速度变化的规律是：在亚音速范围内，随着飞行速度的增大，发动机推力开始略有降低，随后又有所提高。2020/2/2250飞行的基本飞行性能飞机平飞可用推力曲线2020/2/2251飞行的基本飞行性能平飞拉力曲线和平飞功率曲线平飞所需拉力：随着平飞速度的增大，平飞所需拉力先减小后增大。KG