飛行力學課件：第1章 飛機性能計算的原始數(shù)據(jù)

1、飛行力學第一章 飛機性能計算的原始數(shù)據(jù)和質(zhì)心運動方程飛行器設計教研室內(nèi)容1-1 飛機的升力和阻力特性1-2 發(fā)動機推力和耗油率特性1-3 飛機質(zhì)心運動方程北航 509引言出發(fā)方程：質(zhì)心動力學關系（牛頓第二定律）0為了研究飛行性能問題，首先必須確定作用于飛機上的力和導出飛機質(zhì)心的運動方程。北航 509引言從飛行性能問題時，假定駕駛員通過操縱舵面偏轉(zhuǎn)保持繞質(zhì)心的力矩平衡，并忽略由于舵面偏轉(zhuǎn)所引起的氣動力變化。作用在飛機上的外力外力矩平衡及約束外力一般不通過質(zhì)心，它將引起繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動的力矩原始數(shù)據(jù)北航 5091-1 飛機的升力和阻力特性 氣動力基本描述小迎角范圍的升力關系 升力特性最大允許升力系數(shù) 阻

2、力特性零升阻力系數(shù)誘導阻力因子A 極曲線和最大升阻比 Kmax北航 5091-1 飛機的升力和阻力特性在常規(guī)飛行性能問題中（如定常直線運動），通常假設飛行無側(cè)滑，視側(cè)力為零分量形式空氣動力無量綱化后升力系數(shù)阻力系數(shù)側(cè)力系數(shù)000 氣動力基本描述V機身參考線飛機對稱面OYQZ風軸系與機體坐標系（書P94）北航 5091-1 飛機的升力和阻力特性小迎角范圍的升力關系 升力特性升力線斜率,與翼型、機翼平面形狀、M數(shù)有關,即M, , 零升迎角，取決于機翼有效彎度和M數(shù),即M, f升力部件有機翼、機身、平尾、舵面,主要的是翼身組合體。平面形狀參數(shù)： 平均幾何弦長 b平均=S/l 展弦比 =l/ b平均根

3、梢比 = b0/bt 后掠角0lb0Sbt在給定的飛行狀態(tài)下，全機的升力：0北航 5091-1 飛機的升力和阻力特性翼型彎度對 的影響厚機翼薄機翼1.0典型大小大展弦比直機翼北航 5091-1 飛機的升力和阻力特性 隨迎角增大，升力曲線非線性按，依次出現(xiàn)抖動、失速，直至達最大升力系數(shù)狀態(tài)。最大允許升力系數(shù) 飛機在超音速飛行時，由于平尾（或升降舵）操縱效率降低，升力系數(shù)會受到為保持飛機俯仰平衡所需的極限偏轉(zhuǎn)角的限制 ，超音速時焦點(氣動中心)后移，且平尾最大升力系數(shù)下降。飛機的俯仰平衡限制北航 509最大允許升力系數(shù)1-1 飛機的升力和阻力特性超音速時平尾平衡能力劇降形成飛行限制平尾極限偏轉(zhuǎn)角升

4、力系數(shù)北航 5091-1 飛機的升力和阻力特性零升阻力系數(shù) 阻力特性誘導阻力因子零升阻力系數(shù)無側(cè)滑時的阻力特性或極曲線表達式誘導阻力系數(shù)2) 長細比增大，機翼，1) 與升力無關，取決于外形、M、Re1.0波阻出現(xiàn)隨M增加，激波強度減弱摩阻壓阻干擾外形、Re確定北航 5091-1 飛機的升力和阻力特性誘導阻力因子A1) 取決于外形、M、Re外形、Re確定3)超音速無前緣繞流時：，A2)亞音速時，A隨M基本不變: 1.0無前緣繞流1(yx)AM北航 5091-1 飛機的升力和阻力特性 極曲線和最大升阻比 Kmax外形、Re確定升阻比最大升阻比評定飛機升阻特性的重要氣動參數(shù)Kmax=tan Kmax

5、M先進布局亞音速飛機經(jīng)典超音速飛機北航 5091-1 飛機的升力和阻力特性證明北航 5091-2 發(fā)動機推力和耗油率特性 推力式發(fā)動機（如渦輪噴氣式發(fā)動機）基本概念轉(zhuǎn)速特性（油門特性）發(fā)動機典型油門狀態(tài)速度特性高度特性 功率式發(fā)動機簡介(如:渦輪螺旋槳發(fā)動機)北航 509渦輪風扇發(fā)動機 北航 509渦輪噴氣發(fā)動機 北航 509渦輪螺旋槳發(fā)動機北航 509活塞式航空發(fā)動機 北航 5091-2 發(fā)動機推力和耗油率特性基本概念臺架推力Pf ：發(fā)動機在試車臺上測得的推力可用推力Pky ：發(fā)動機安裝到飛機上后，真正的作用推力推重比fd：耗油率qkh：單位時間產(chǎn)正單位推力所消耗的油量 推力式發(fā)動機（如渦輪

6、噴氣式發(fā)動機）臺數(shù)推力損失系數(shù)北航 509H, V一定，P f(Pky)、qkhn關系1-2 發(fā)動機推力和耗油率特性轉(zhuǎn)速特性（油門特性）（試驗證明）1)加力狀態(tài)：帶加力燃燒室，開動其工作的狀態(tài)。對應于最大轉(zhuǎn)速，推力較最大狀態(tài)增加30-50%，耗油率增加近一倍以上，連續(xù)工作時間限5-10min。2)最大狀態(tài)：對應于最大許用轉(zhuǎn)速(nmax)的發(fā)動機狀態(tài) 。推力為非加力時的最大值。只能連續(xù)工作5-10min，通常用于起飛、短時加速、爬升、空中機動等。3)額定狀態(tài)：對應于最大轉(zhuǎn)速97% ，推力為最大狀態(tài)的85-90%，可較長時間工作(半小時1小時)，用于平飛、爬升、遠航飛行等。4)巡航狀態(tài)：n巡90%

7、 n額，Pf巡 80%Pf額，耗油率最小，不限時，用于巡航。5)慢車狀態(tài)：n慢 30% n額，推力很小，Pf慢 35%Pfmax，連續(xù)工作時間不允許超過10-15min，用于下滑、著陸。(不允許空中停車)1-2 發(fā)動機推力和耗油率特性發(fā)動機典型油門狀態(tài)北航 509H, n一定，P f（Pky）及qkhV （M ）關系1-2 發(fā)動機推力和耗油率特性速度特性高限受渦輪前燃氣溫度允許值限制北航 5091-2 發(fā)動機推力和耗油率特性V, n一定，P f（Pky）及qkhH關系高度特性如何提高噴氣發(fā)動機的推力？北航 509如何提高噴氣發(fā)動機的推力？1-2 發(fā)動機推力和耗油率特性V 取決于飛行條件。提高P

8、 f可以通過提高Vp和mk 。提高Vp和提高燃氣溫度有關。由于發(fā)動機的耐高溫限制，所以限制了Vp 。高溫高速氣體直接排放于空氣中，推進效率低，油耗大，經(jīng)濟性差。Vp大，則噪音大。增加mk而提高可以避免上述缺點渦扇發(fā)動機的設計思想。提高Vp的限制：北航 509工作原理：首先產(chǎn)生轉(zhuǎn)動功率，帶動螺旋槳轉(zhuǎn)動，依靠空氣動力獲得前行的拉力。缺點：失速限制，只適用于亞音速。優(yōu)點：低M數(shù)時耗油小，馬力大，經(jīng)濟性好。1-2 發(fā)動機推力和耗油率特性 功率式發(fā)動機簡介(如:渦輪螺旋槳發(fā)動機)北航 5091-3 飛機質(zhì)心運動方程 坐標系飛機在鉛垂面內(nèi)的運動方程動力學方程幾種特殊形式質(zhì)心的空間位置鉛垂面zhxdzdyd水平面xh(V)sOyhsO:飛機質(zhì)心 Oxh :沿速度矢Oyh:鉛垂面(指向上為正) Ozh:水平面內(nèi)航跡軸系與地面軸系北航 5091-3 飛機質(zhì)心運動方程飛機在鉛垂面內(nèi)的運動方程動力學方程運動特征：飛機對稱面與質(zhì)心運動軌跡處于同一鉛垂面，即飛機無傾斜、不側(cè)滑。不計質(zhì)量變化，二自由度。切向運動法向運動10北航 5091-3 飛機質(zhì)心運動方程幾種特殊形式直線飛行(直線上升、下降等)水平直線飛行(平飛加減速等)等速水平直線飛行