飛機原理與構造第五講飛機的飛機性能

飛機原理與構造第五講飛機的飛機性能2一、飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義二、飛機的基本飛行性能三、飛機的續(xù)航性能四、飛機的機動飛行性能五、飛機的起飛和著陸性能第四章飛機的飛行性能2022/12/23飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義正常起飛重量(kg)23000202121524015740最大起飛重量(kg)33000308451850025402實用升限(m)18000183001700015240最大平飛M數(shù)2.352.52.31.8最大使用過載97.3397.5起飛滑跑距離(m)450274250427著陸滑跑距離(m)6201067600670對空作戰(zhàn)半徑(km)150012701200740轉場航程(km)3680(機內油)463129003706Su-27F-15CMig-29F-18C幾種戰(zhàn)斗機性能表2022/12/24飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義飛機飛行性能檢驗飛機設計方案是否能夠滿足設計使命，能否滿足預定的預定的戰(zhàn)術技術要求通過具體參數(shù)來表征飛機在各飛機階段的飛行能力，例如：飛機的最大／最小飛行速度飛機的升限上升率加減速時間給定高度的航程通常比較飛機的極限飛行能力計算分析2022/12/25飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義飛行過程中的受力分析及角度定義P發(fā)動機推力Y升力Q阻力G重力jfd發(fā)動機安裝角a迎角q航跡傾角J俯仰角V飛行速度2022/12/26飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義發(fā)動機2022/12/27飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義發(fā)動機安裝角機身軸線發(fā)動機軸線發(fā)動機尾噴口軸線相對于發(fā)動機軸有5°夾角3o2o2022/12/28飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義定直平飛的受力分析2022/12/29飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義受力分析及角度定義P發(fā)動機推力Z側力Q阻力b側滑角Y偏航角Ys航向角V飛行速度2022/12/210飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義Y升力Z側力G重力g滾轉角受力分析及角度定義2022/12/211飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義重力G重力大?。篏=mgm飛機質量飛機質量隨燃油消耗／外掛投放等變化性能計算過程中，飛機質量通常取常值g重力加速度重力加速度與地理位置／飛行高度相關，但變化很小通常取9.81重力方向：鉛垂向下2022/12/212飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義對流層同溫層／平流層中間層熱層／電離層大氣結構2022/12/213飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義標準大氣海平面大氣參數(shù)：

H=0m

T=288.15K

p=101325Nm-2r=1.225kgm-3

g=9.80665ms-22022/12/214飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義氣動力：Y/Q/Z氣動力可以分解為Y/Q/Z三個力其中q為動壓其中S為機翼參考面積23386252.5/62.356.527.937.2465常見飛機的參考面積Mig-21/J-7Mig-29Su-27F-14F-15F-16F-18B-22022/12/215飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義升力特性

Cy為升力系數(shù)，取決于飛機的氣動布局（翼型、機翼平面形狀、襟翼偏角、平尾偏角等）及飛行狀態(tài)（高度、M數(shù)、迎角等），在小迎角范圍內：

其中Cjy為平尾偏轉引起的升力系數(shù)變化，j為平尾偏角，通常Cjyj這一項的值比較小，可以忽略。Cay稱為升力線斜率升力大?。荷Ψ较颍猴w機對稱面內垂直于飛行速度方向2022/12/216飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義升力曲線某第二代戰(zhàn)斗機采用對稱翼型a0=0a02022/12/217飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義M數(shù)對升力曲線的影響2022/12/218飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義大迎角區(qū)的升力特性Cymax最大升力系數(shù)alj臨界迎角Cysx失速升力系數(shù)asx失速迎角Cyyx最大允許使用升力系數(shù)ayxCydd抖動升力系數(shù)addMig-21/J-71.16(Cydd=0.65)Mig-291.35Su-271.85F-161.4常見飛機的Cymax2022/12/219飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義展弦比對升力系數(shù)的影響2022/12/220飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義阻力的產(chǎn)生阻力按照產(chǎn)生的原因分類：摩擦阻力壓差阻力誘導阻力干擾阻力零升波阻升致波阻阻力按照與升力是否相關可分為：升致阻力（誘導阻力、升致波阻）零升阻力（摩擦阻力、壓差阻力、干擾阻力、零升波阻）2022/12/221飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義阻力特性

阻力系數(shù)和升力系數(shù)的關系Cy-Cx曲線稱為升阻極曲線，這條曲線通?？梢詫懗蓲佄锞€的形式：其中：Cx阻力系數(shù)

Cx0零升阻力系數(shù)

Cxi升致阻力系數(shù)

A誘導阻力因子對稱翼型2022/12/222飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義升阻極曲線低速時極曲線變化不大2022/12/223飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義零升阻力系數(shù)2022/12/224飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義升致阻力因子2022/12/225飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義升阻比K升阻比：最大升阻比Kmax對應的Cy稱為有利升力系數(shù)Cyyl2022/12/226飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義亞音速超音速Mig-1514.6Mig-21/J-78.44.7Mig-29124.2F-8614F-49.84.13F-1610.84.2B-5219高空長航時>30常見飛機的最大升阻比最大升阻比Kmax2022/12/227飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義現(xiàn)代飛機上常用的發(fā)動機渦噴渦扇2022/12/228飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義發(fā)動機（渦噴／渦扇）推力油耗油門－轉速飛行速度飛行高度2022/12/229飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義推力—轉速發(fā)動機的幾種工作狀態(tài)加力最大額定巡航慢車2022/12/230飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義推力—轉速某飛機在11km高空的全加力推力隨M數(shù)變化曲線2022/12/231飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義推力—高度不同高度下，大氣溫度、密度不同，因而推力不同。H>11km時，溫度不變，推力與密度有如下關系：2022/12/232飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義可用推力Pky發(fā)動機安裝在飛機上會帶來推力損失Pky=hP通常最大狀態(tài)或加力狀態(tài)的推力對性能計算比較重要，所以可用推力一般是指發(fā)動機（一臺或多臺）安裝在飛機上之后，其最大推力或全加力推力。不同高度下，可用推力隨M數(shù)變化的曲線稱為可用推力曲線2022/12/233飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義可用推力曲線2022/12/234飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義可用推力曲線2022/12/235飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義耗油率耗油率qNh：發(fā)動機產(chǎn)生每牛頓推力在每小時內消耗的燃油質量。2022/12/236飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義小時耗油率qh：飛機每小時消耗的燃油質量：小時耗油率2022/12/237飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義耗油率—高度2022/12/238飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義耗油率—轉速2022/12/239飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義轉速特性曲線2022/12/240飛行性能計算的原始數(shù)據(jù)和基本定義典型發(fā)動機特性起飛推力kN巡航耗油率kg/(kgh)推重比飛機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-8II2022/12/241飛行的基本飛行性能平直飛行性能上升和下滑性能續(xù)航性能起落性能飛機的飛行性能，是指飛機能飛多快、多高、多久、多遠以及各種機動飛行能力。對于民用飛機，主要分析飛機的基本飛行性能，其中包括:2022/12/242飛行的基本飛行性能平飛性能平直飛行就是飛機在某一高度上進行等速直線飛行，簡稱平飛。飛機的平飛性能是指飛機在不同高度上保持等速直線平飛的能力，其中包括最大平飛速度、最小平飛速度以及有利平飛速度等。2022/12/243飛行的基本飛行性能平飛的作用力及所需速度飛機在空中穩(wěn)定直線飛行時,受到四個力的作用：升力(Y)、重力(G)、推力/拉力(P)、阻力(X)。升力阻力重力拉力2022/12/244飛行的基本飛行性能平飛條件升力等于重力，高度不變

拉力等于阻力，速度不變升力拉力重力阻力2022/12/245飛行的基本飛行性能平飛所需速度

能夠產(chǎn)生足夠的升力來平衡重力的飛行速度叫平飛所需速度，以v平飛表示。v平飛計算公式和影響因素2022/12/246飛行的基本飛行性能飛機重量越大，v平飛越大升力系數(shù)越大，v平飛越小v平飛的主要影響因素2022/12/247飛行的基本飛行性能平飛所需速度與飛機重量、升力系效、機翼面積和空氣密度有關。

1、飛機重量；

2、升力系數(shù)；

3、空氣密度；

4、機翼面積。2022/12/248飛行的基本飛行性能真速(TAS)：飛機相對于空氣的真實速度。表速(IAS)：飛機空速表的指示讀數(shù)。H≥0，TAS≥IAS，高度越高，兩者差距越大。在任何高度上有：真速、指示空速、校正空速、當量空速2022/12/249飛行的基本飛行性能發(fā)動機可用推力安裝在一架飛機上的所有發(fā)動機，在一定工作狀態(tài)下，所能提供的推力叫發(fā)動機可用推力。在飛行高度和油門一定情況下，渦輪噴氣發(fā)動機的推力隨飛行速度變化的規(guī)律是：在亞音速范圍內，隨著飛行速度的增大，發(fā)動機推力開始略有降低，隨后又有所提高。2022/12/250飛行的基本飛行性能飛機平飛可用推力曲線2022/12/251飛行的基本飛行性能平飛拉力曲線和平飛功率曲線平飛所需拉力：隨著平飛速度的增大，平飛所需拉力先減小后增大。2022/12/252飛行的基本飛行性能平飛所需拉力曲線變化的原因分析根據(jù)升阻比隨迎角變化的規(guī)律，可以知道平飛所需拉力是隨迎角增加先減小后增大。2022/12/253飛行的基本飛行性能平飛需用推力曲線隨著平飛速度的增大，平飛需用推力先是減小，隨后增大。其原因：在亞音速階段，當飛行速度增大時，有兩個因素同時引起阻力的變化。一是隨速度增大，動壓增大，使阻力增加；二是隨速度增大，在保持升力等于重力的條件下、飛機迎角減小，導致誘導阻力和壓差阻力減小。阻力究竟增大還是減小，取決于上述兩個因素的影響大小。2022/12/254飛行的基本飛行性能平飛所需拉力曲線變化的原因分析由平飛時拉力和阻力相等，拉力曲線即可用阻力曲線表示。2022/12/255飛行的基本飛行性能平飛所需功率：平飛所需功率

隨著平飛速度的增大，平飛所需功率先減小后增大。2022/12/256飛行的基本飛行性能平飛拉力曲線和剩余拉力剩余拉力是指同一速度下，飛機的可用拉力和平飛所需拉力之差。隨飛行速度增大，剩余拉力先增大后減小。油門增加，可用拉力曲線上移；速度增加，可用拉力減小。同一油門下，以最小功率速度飛行時，對應的剩余拉力最大。2022/12/257飛行的基本飛行性能平飛功率曲線和剩余功率

剩余功率是指同一速度下，飛機的可用功率和平飛所需功率之差。隨飛行速度增大，剩余功率先增大后減小。油門增加，可用功率曲線上移；速度增加，可用拉力減小。同一油門下，以最小阻力速度飛行時，對應的剩余功率最大。2022/12/258飛行的基本飛行性能飛機的平飛性能平飛是飛機的主要飛行狀態(tài)。平飛性能的好壞直接影響飛機的總體性能。平飛最大速度平飛最小速度最小阻力速度最小功率速度平飛速度范圍2022/12/259飛行的基本飛行性能平飛最大速度平飛性能參數(shù)

滿油門時，可用拉力曲線與需用拉力曲線的右交點對應的速度，為平飛最大速度vmax。

通常也將發(fā)動機在額定功率狀態(tài)下工作所能達到的穩(wěn)定平飛速度稱為vmax

。2022/12/260飛行的基本飛行性能主要限制:

推力=阻力不同高度的Vmax平飛最大速度2022/12/261飛行的基本飛行性能飛機平飛所能保持的最小穩(wěn)定速度，以vmin表示。平飛最小速度vmin同時受到臨界迎角和發(fā)動機功率的限制。

α臨界對應的平飛速度，是平飛最小理論速度。為保證安全，一般不允許在α臨界狀態(tài)下飛行。而采用允許升力系數(shù)Cy：Cy=(0．82—0．85)Cy臨界，與對應的平飛速度，就是實際使用的最小平飛速度。2022/12/262飛行的基本飛行性能最小阻力速度

平飛所需拉力最小的速度，vMD平飛最小阻力速度在平飛所需拉力曲線的最低點。以前稱有利速度。對應的迎角稱最小阻力迎角，以前稱有利迎角。2022/12/263飛行的基本飛行性能從平飛功率曲線原點向曲線所引切線的切點對應的速度為最小阻力速度VMD。最小阻力速度2022/12/264飛行的基本飛行性能最小功率速度平飛所需功率最小的速度，VMP平飛最小功率速度在平飛所需功率曲線的最低點。以前稱經(jīng)濟速度，對應的迎角稱最小功率迎角，以前稱經(jīng)濟迎角。2022/12/265飛行的基本飛行性能平飛速度范圍平飛最小速度到平飛最大速度的區(qū)間稱為平飛速度范圍。平飛第一速度范圍是正操縱區(qū)平飛第二速度范圍是反操縱區(qū)2022/12/266飛行的基本飛行性能加速：

V1到V2，加油門，隨速度的增加，頂桿保持高度。減速：

V2到V1，收油門，隨速度的降低，帶桿保持高度。在第一速度范圍內2022/12/267飛行的基本飛行性能加速：

V1到V2，最初需加油門使飛機加速，頂桿保持高度，然后逐步收油門。減速：

V2到V1，最初需收油門使飛機減速，帶桿保持高度，然后逐步加油門。在第二速度范圍內2022/12/268飛行的基本飛行性能平飛兩速度范圍的進一步理解：第二范圍相對于第一范圍來講，只是油門反效而桿不反效。即在所有的平飛速度范圍都是頂桿低頭加速，帶桿抬頭減速。第二范圍內的反操縱只是在第二范圍內保持穩(wěn)定飛行才體會明顯。起飛著陸時的速度一般均在第二速度范圍，但反操縱并不會危及飛行安全，因為油門不動。在第二范圍內飛機飛行是速度不穩(wěn)定的，即一旦受擾速度增加，飛機有加速的趨勢，受擾速度減小，飛機有減速的趨勢。2022/12/269飛行的基本飛行性能從第二范圍改出回到第一范圍：加油門，隨速度的增加頂桿保持高度。最初的加速度是越來越大，過Vmp后加速度開始逐漸減小，直至加速至可用拉力曲線與需用拉力曲線的右交點。2022/12/270飛行的基本飛行性能平飛性能變化平飛最大速度的變化高度增加，密度減小，發(fā)動機功率降低，可用拉力曲線下移；高度增加，保持表速飛行，動壓不變，阻力不變，需用拉力曲線不動。vmax隨飛行高度的變化2022/12/271飛行的基本飛行性能vmax隨飛行高度的變化高度增加，平飛最大速度IAS減小，平飛最大真速TAS也減小。2022/12/272飛行的基本飛行性能vmax隨重量的變化重量增加，同一迎角下只能增速，才能產(chǎn)生更大的升力，速度大，阻力大。因此，所需拉力曲線上的每一點（對應一迎角）均向上（阻力大）向右（速度大）移動。因此，重量增加，平飛最大速度減小。2022/12/273飛行的基本飛行性能vmax隨氣溫的變化氣溫增加，密度降低，發(fā)動機功率降低，可用拉力曲線下移。密度變化，按表速飛行時，影響阻力大小，需用拉力曲線不移動。因此，溫度增加，平飛最大速度減小。2022/12/274飛行的基本飛行性能平飛需用推力和發(fā)動機可用推力在平飛中，要保持速度不變，發(fā)動機可用推力應與飛機阻力相等。為克服飛機阻力所需推力叫平飛需用推力。

平飛需用推力2022/12/275飛行的基本飛行性能決定平飛需用推力大小的因素平飛需用推力與飛機重力及飛機的升阻比有關；飛機重量越重，平飛所需推力越大；升阻比越大，平飛所需推力越小。2022/12/276飛行的基本飛行性能平飛需用推力曲線

在一定飛行高度上，把平飛需用推力隨速度的關系用曲線表示，稱為平飛需用推力曲線。隨著平飛速度的增大，平飛需用推力先是減小，隨后增大。其原因：在亞音速階段，當飛行速度增大時，有兩個因素同時引起阻力的變化。一是隨速度增大，動壓增大，使阻力增加；二是隨速度增大，在保持升力等于重力的條件下、飛機迎角減小，導致誘導阻力和壓差阻力減小。阻力究竟增大還是減小，取決于上述兩個因素的影響大小。2022/12/277飛行的基本飛行性能飛機平飛所需推力曲線2022/12/278飛行的基本飛行性能發(fā)動機可用推力安裝在一架飛機上的所有發(fā)動機，在一定工作狀態(tài)下，所能提供的推力叫發(fā)動機可用推力。在飛行高度和油門一定情況下，渦輪噴氣發(fā)動機的推力隨飛行速度變化的規(guī)律是：在亞音速范圍內，隨著飛行速度的增大，發(fā)動機推力開始略有降低，隨后又有所提高。2022/12/279飛行的基本飛行性能飛機平飛可用推力曲線2022/12/280飛行的基本飛行性能平飛推力曲線圖

把同一高度上平飛需用推力曲線和相應的滿油門狀態(tài)下的可用推力曲線繪制在同一張圖上，該圖稱為平飛推力曲線圖。2022/12/281飛行的基本飛行性能飛機平飛推力曲線2022/12/282飛行的基本飛行性能最大平飛速度(Vmax)在一定的飛行高度和重量下，發(fā)動機滿油門工作狀態(tài)時，飛機所能達到的穩(wěn)定平飛速度，就是飛機在該高度上的最大平飛速度。最大平飛速度是理論上飛機平飛所能達到的最大速度，而并不是飛機實際的最大使用速度，考慮到強度等原因，某些飛機的最大使用速度比最大平飛速度可能要小。2022/12/283飛行的基本飛行性能最小平飛速度(Vmin)

最小平飛速度是飛機作等速直線平飛所能保持的最小速度。最小平飛速度的大小受最大升力系數(shù)的限制。相對應的平飛速度，就是平飛最小速度。Vmin是平飛需用推力曲線最左邊點所對應的速度。

α臨界對應的平飛速度，是平飛最小理論速度。為保證安全，一般不允許在α臨界狀態(tài)下飛行。而采用允許升力系數(shù)Cy：Cy=(0．82—0．85)Cy臨界，與對應的平飛速度，就是實際使用的最小平飛速度。2022/12/284飛行的基本飛行性能平飛有利速度(V有利)飛機平飛需用推力最小，也就是阻力最小時所對應的平飛速度叫做平飛有利速度，用V有利表示。在需用推力曲線上最低點所對應的速度，就是平飛有利速度。用這一速度平飛，迎角為有利迎角，升阻比最大。在同一高度上，用有利速度平飛，是所有平飛速度中發(fā)動機轉速最小和推力最小的工作狀態(tài)。飛機用有利速度平飛，航時較長。2022/12/285飛行的基本飛行性能剩余推力在同一飛行高度上，可用推力與平飛需用推力之差稱為剩余推力。除最大平飛速度處外，飛機以其它速度平飛時都有剩余推力，在有利速度附近剩余推力最大。剩余推力將使飛機加速或爬升，剩余推力越大飛機的機動性能越好。2022/12/286飛行的基本飛行性能平飛速度范圍從最大平飛速度到最小平飛速度之間的范圍叫平飛速度范圍。在此范圍中任一速度均可保持平飛。根據(jù)改變平飛速度的操縱方法的不同，以及飛機的穩(wěn)定性和操縱性好壞不同，以平飛有利速度為界，將平飛速度范圍分為兩部分。從有利速度到最大平飛速度叫第一飛行范圍。從最小平飛速度到有利速度叫第二飛行范圍（反操縱區(qū)）。2022/12/287飛行的基本飛行性能高度、氣溫、飛機重量對平飛性能的影響

(一)高度對平飛性能的影響某飛機的平飛最大速度隨高度的變化2022/12/288飛行的基本飛行性能某飛機在不同高度上的平飛推力曲線2022/12/289飛行的基本飛行性能（二)氣溫對平飛性能的影響不同溫度的平飛拉力曲線2022/12/290飛行的基本飛行性能（三)重量對飛機性能的影響重量增加對平飛最大速度的影響2022/12/291飛行的基本飛行性能上升和下滑性能