第二讲 飞机的基本飞行性能

上升时经过的水平距离Lss
H1
H2 Hmax.ll
H
dH dLss V cos dt V cos ctg dH V sin H2 Lss ctg dH
H1
2 － 3 飞 机 定 常 上 升 和 下 滑 性 能 的 确 定
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下滑性能
飞行 滑翔、无动力飞行，发动机慢车，Pky≈0，定直下滑。 条件
图解确定Vmax ( Mmax )
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。
M> Mmax，不能等速平飞 M< Mmax，可等速平飞(收油门)
H给定
P px(Qpf) Pky (开加力)
Mmax
M
2 － 2 飞 机 定 常 平 飞 性 能 的 确 定
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C ysx
C yyx
绘制在已知 C yyx ~ M曲线上， 二曲线交点为 M min. yx
C ydd
2) 找出该H满油门Pky曲线 与Ppx曲线的左交点 , 即为M min.p (若不存在 , 取零)
C y max
3) 取M min max( M min.p , M min.yx )
M min.yx
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平飞需用推力的计算
1 2 P Q C V S px pf x Qpf Cx 1 G 2 Ppx Qpf Y Cy K K 1 2 G Y C y V S 2
K max Ppx min Vyl , yl , C yyl
1 1 2 PT 0V表 V 2 2 2
V V表 /
0
不论H如何，表速相同表明飞机飞行在相同的动压下
2 max , V y max , H max (, t min , Lss ) 满油门 性能指标 － xh.min , Vxh.max (, t xh.max , Lxh.max ) 慢车 3 飞 上升性能 机 Pky Ppx G sin P 定 适用方程 Y G 常 上 ΔPmax ( , [ p ]不大) 升 和 上升角θ和最大上升角θmax 下 (VΔP ) max P P 1 滑 sin sin ( ) G G 性 Myl Mθ Mks M P 能 max sin 1 ( max ) 剩余推力 的 G 确 给定H,构形,G下的最大上升角 定
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θmaxΔPmax Mθ (陡升M数,一般Mθ>Myl)
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上升率Vy和最大上升率Vymax
上升率Vy：飞机在单位时间上升的高度。 某高度最大上升率Vymax： 该高度、指定构形、G下 可能的最大上升率。 相应速度为快升速度Vks(Mks)。 最大上升率： 所有H中Vymax最大者。
教师姓名：周国庆 教研室：飞行器设计与工程
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 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 小结
概念：基本飞行性能 适用方程
P cos( P ) Q 0 P sin( P ) Y mg 0 近似
P Q 要求一定的油门位臵 Y mg 要求一定的迎角
1) 飞机为净外形
2) G Gpj Gqf W / 2 , W : 燃油重量。
2 － 1 飞 机 定 常 平 飞 需 用 推 力 曲 线
H , 则Vmin , Mmin H
低空受Vminyx 约束 高空受Vminp约束
升力限制
Mmin
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确定Vmin的步骤
1) 取几点M，由C y 得C ypx及C ypx 2G 1 a 2 S M 2 ~ M，
Cy
适用 方程 下 滑 角 θxh
Q G sin xh Y G cos xh
Y
R
xh
Q
xh tan 1 ( ) tan 1
xh. min
Q Y tan 1
1 K 1
1 滑翔比 K
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平飞需用推力随飞行速度的变化规律
Ppx Qpf 1 (C x 0 AC y ) V 2 S 2 2 1 AG C x 0 V 2 S 1 2 V 2 S 2 Q0 Qi
2
A Cx0
Qpf Q 0 Qi Myl Mlj 1.3 M
零升阻力
升致阻力 (诱导阻力)
M
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定常平飞速度范围——飞行包线
理论 在H~M(V)平面上，Mmax~H与Mmin~H线所勾划出 飞行 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。 包线
允许飞行包线
考虑实际使用限制 后得到的飞行包线。
H H max
Q0 Qi K max Ppxmin 有利状态
小展弦比 2 1 2 Q M ，Qi 2 ， A ， C 基本不变， 0 大后掠角 x0 － M 薄翼型 1 M Myl，Q0 Qi，Qpf 最小， K Kmax 细长机身 飞 机 跨音速面 ) 定 M lj M 1.2 ~ 1.3(跨音速范围 积律等 常 M Ppx C x 0 ，A ， 平 飞 此时，波阻为主（音障），应采用低波阻构形。 需 用 M 1.2 ~ 1.3(超音速范围 ) 推 力 C x 0 1 / M 2 1，Q0 M，Qi可逐渐忽略 曲 Ppx增加较跨音速区缓慢。 线 为了兼跨不同M数下的要求，采用变后掠、切尖三角翼加 北航 边条等先进气动技术。
定义
在某高度能定直平飞的最小速度，称该高度最小平飞速度。
确定Vmin
1）满油门Pky ～M与Ppx ～M曲线的左交点 满足 Pky Q Vmin.p 2）升力系数限制
Y G V , 则C y ( H不变 )
C y C yyx
Vmin max{Vmin.yx , Vmin.p }
Vmax ( Mmax ) ~H 关系 P H增加
11km 亚音速 跨音速 超音速 飞机 H 飞机 飞机
Mmax M 同样推力变化,右交点移动量跨音速区<亚音速区<超音速区
Qpf曲线右移且变平坦 H Pky曲线下移
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最小平飞速度Vmin ( Mmin )
一定H上可能出现 Myl Mlj , 波阻使 Kmax Ppxmin
2)高速范围
随H增加, , Q0 ~ M曲线变平缓 随H增加, Qi , 所占总阻力比重增加
Ppx ~ M曲线平坦
2 － 1 飞 机 定 常 平 飞 需 用 推 力 曲 线
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Qpf
Mmax
升限Hmax
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。 动压限制:结构强度的需要
qmax M
M数限制:操纵性、发动机工作及热 强度方面的需要
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术语：表速
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：
H增加
Kmax
Mlj
M
M
低速： Qi为主 中低空高速： Q0为主
接近升限高空： Qi作用又加强 (Q0和Qi大小几乎相等 )
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定常平飞基本关系
Y=G Pky=Q 调整α 调整n
yx ( ) yx
n慢 n nmax (加力/ 不加力 )
V
θ
Vy dH dt
Vy
V sin V
V y max
(VP ) max G
P G
一般H , V y max
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理论静升限Hmax.ll和实用静升限Hmax.sy
Hmax.ll 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.sy 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。 Vymax
H
Hmax.ll Hmax.sy
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最短上升时间tmin
保持Vks(H)，以Vymax上升，所需时间最短。
dH 从H 1 H 2，dt ， V y max
t min dH H1 V y max
H2
1/Vymax
Vmin C Vmin.yx
yyx

2G C yyx S
2 － 2 飞 机 定 常 平 飞 性 能 的 确 定
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Vmin ( Mmin) ~H 关系
Qpf曲线右移 H Pky曲线下移
P
H增加
Vmin.p
H , Vmin. yx
M 推力限制
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
2 － 2 飞 机 定 常 平 飞 性 能 的 确 定
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最大平飞速度Vmax ( Mmax )
定义
在某高度能定直平飞的最大速度，称该高度最大平飞速度。 各高度Vmax最大者称为飞机的最大平飞速度。
第 二 章 ： 引 言
飞行参数不 随时间变化
飞机最基本的(准)定常直线运动的性能。
Y G cos G Y Q Pky G 0 Pky Q G sin
运动形式
( 0) 性能指标Vmin , Vmax，平飞速度范围 定常平飞 ( 0) max , V y max , H max (, t min , Lss ) 定常上升 定常下滑( 0) xh.min , Vxh.max (, t xh.max , Lxh.max )
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计算基本条件
1)基本气动外形 2)给定发动机工作状态(加力、最大、额定等)
第 二 章 引 言 北航 509
3)平均飞行重量或其它给定重量
求解方法
1)近似解析法 2)数值计算法
正常装载、半油的飞机重量 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。
计算步骤 — 求给定高度H和速度V下的平飞需用推力
1）计算G，Gpj = Gqf － W/2 查标准大气表 ρ、a 2）给定H 3）给定M（V） 计算
查极曲线
Cx
2Gpj 2Gpj Cy 2 V S ( aM ) 2 S Gpj Cy P Q K px pf K Cx
2 － 1 飞 机 定 常 平 飞 需 用 推 力 曲 线
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） •功率法：适用于螺旋桨飞机（用功率式发动机）
2 概念 － 1 飞 基本 机 定 关系式 常 平 飞 需 用 推 力 一般 曲 约定 线
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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。
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M M lj (亚音速范围)
2 － 1 飞 机 定 常 平 飞 需 用 推 力 曲 线
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ห้องสมุดไป่ตู้
平飞需用推力随飞行高度的变化规律
Q0 ~ V曲线向右下移动 1) H M yl Qi ~ V曲线向右上移动
亚音速范围 , K max const Ppxmin G / Kmax const( 不随高度变化 )