2 北航飞行力学_飞机的基本飞行性能

北航509教研室2002.2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509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0kyGPQYsincoskyGQPGGY运动形式)0()0()0(定常下滑定常上升定常平飞),(,,),(,,,,xh.maxxh.maxxh.maxxh.minssminmaxmaxmaxmaxminLtVLtHVVVy，平飞速度范围性能指标北航5091)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509概念基本关系式0)sin(0)cos(PPmgYPQP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要求一定的迎角要求一定的油门位置mgYQP燃油重量。:,2/)2qfpjWWGGG1)飞机为净外形近似北航509ylylylminpxmax,,yCVPK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xyCCKKGQPpjpfpx1）计算G，Gpj=Gqf－W/22）给定H3）给定M（V）SaMGSVGCy2pj2pj)(22计算步骤ρ、aCxSVCYGSVCQPyx22pfpx2121KGQPpfpxKCCGQyx1pf查标准大气表计算查极曲线北航509SVACCQPyx220pfpx21)(SVAGSVCx22202121iQQ0零升阻力升致阻力(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ACx0Q0QiQpfMMyl1.3MljiQQ0minpxmaxPK有利状态北航509)(lj亚音速范围MM)(3.1~2.1lj跨音速范围MM)(3.1~2.1超音速范围M，，2i201MQMQmaxpfi0ylKKQQQMM最小，，，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。基本不变，，0xCA，，ACx0pxPM增加较跨音速区缓慢。pxP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可逐渐忽略，，i0201/1QMQMCx北航509H)1曲线向右上移动曲线向右下移动VQVQ~~i0ylMconst,maxK亚音速范围)const(/maxminpx不随高度变化KGPmaxljyl,KMMH波阻使上可能出现一定minpxP)2高速范围所占总阻力比重增加增加随曲线变平缓增加随,,~,,i0QHMQH曲线平坦MP~px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509为主低速：iQ为主中低空高速：0Q)(i0i大小几乎相等和作用又加强接近升限高空：QQQKmaxMH增加QpfMMlj2－1飞机定常平飞需用推力曲线北航5092－2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nyx)(yx)/(max不加力加力慢nnn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509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。Ppx(Qpf)MPky(开加力)H给定MmaxMMmax，不能等速平飞MMmax，可等速平飞(收油门)北航5092－2飞机定常平飞性能的确定Vmax(Mmax)~H关系曲线下移曲线右移且变平坦kypfPQH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509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。min.pkyVQP满足)(,不变则HCVGYySCGVVyCCCyyyyxmin.yxmin2yxyx},max{min.pmin.yxminVVV2）升力系数限制北航5092－2飞机定常平飞性能的确定Vmin(Mmin)~H关系曲线下移曲线右移kypfPQHH增加MPmin.pV,Hminmin,,MVH则yx.minV约束高空受约束低空受pminyxminVVMminH升力限制推力限制北航5092－2飞机定常平飞性能的确定确定Vmin的步骤yx.minyxpxpx22~~12)1MMCMCCMSaGCMyyyy二曲线交点为曲线上，绘制在已知，及得，由取几点),(,)2.pminpxky取零若不存在即为曲线的左交点与曲线满油门找出该MPPH),max()3min.yxmin.pminMMM取MmaxyCddyCyxyCsxyCyCmin.yxM北航509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509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：2202121VVPT表0/表VV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509适用方程)][,(sinppxky不大GYGPP上升角θ和最大上升角θmaxGPsin)(sin1GP)(sinmax1maxGP2－3飞机定常上升和下滑性能的确定性能指标慢车满油门),(,,),(,,,xh.maxxh.maxxh.maxxh.minssminmaxmaxmaxLtVLtHVy上升性能剩余推力θmaxΔPmaxMθ(陡升M数,一般MθMyl)给定H,构形,G下的最大上升角MPΔPmaxMθMyl(VΔP)maxMks北航509上升率Vy：某高度最大上升率Vymax：GPVVdtdHVysinGPVVymaxmax)(max,yVH一般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509理论静升限Hmax.ll和实用静升限Hmax.syHmax.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509保持Vks(H)，以Vymax上升，所需时间最短。21maxmindHHyVHtHVHVtVLdctgsindcosdcosdss21dctgssHHHL最短上升时间tmin2－3飞机定常上升和下滑性能的确定，，从max21ddyVHtHH1/VymaxHmax.llHH1H2上升时经过的水平距离Lss北航509滑翔、无动力飞行，发动机慢车，Pky≈0，定直下滑。KYQ1tan)(tan11xhmax1minxh.1tanK•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。xhxhcossinGYGQ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θxhYQGVxhRxh•滑翔机:K较大(10~40)，ε不大，θxh不大滑翔比K1分析北航509GQVVVGQyxhxhxhxhxhsinsinHKHLxhxhctgmaxmaxxhHKLSCGVRGR2xh)(22yxRCCCxhxhxhxhcos/VLt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509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509)(I0:I正操纵区平飞范围第，稳定平衡）（MPa)(II0:II反操纵区平飞范围第，不稳定平衡）（MPa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509纵向操纵的基本响应航迹变化情况推驾驶杆yCxC)0(V)0(VY)(0初始Q)(0初始V)0(P0)0(P0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509推驾驶杆M0=0.7M0=0.42－4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509推驾驶杆M0=0.7M0=0.42－4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509推驾驶杆M0=0.7M0=0.42－4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509kyP0:0IPVVV，要求，应推油门杆+协调推驾驶杆，符合驾驶员习惯，正操纵0:0IIPVVV，要求，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0P0V)0(P)0(P推油门杆2－4飞机的飞行状态及其与操纵的关系aIaII)(0加速爬升Y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