飞行性能分析

• 发动机推力特性 • 机翼面积 • 起飞重量 • 起飞时的升力系数 • 起飞时的阻力系数 • 机场高度和温度
T↑ → Sto ↓ S↑ → Sto ↓
Wto ↓ → Sto ↓
CL ↑ → Sto ↓
CD ↓ → Sto ↓ H↓ → Sto ↓
爬升性能
T
T D W sin
L W cos W ( 是小值）
Contingency (5% Mission Fuel)
商载－航程性能的简化计算
• Breguet 航程计算公式
Rang来自百度文库
(N.Mi)
V C
L D
ln
Winitial Wfinal
其中：
V: 是巡航速度（Knots）
C: 是发动机耗油率（lb/hr/lb)
L/D: 巡航时升阻比 Winitial：巡航起始时的飞机重量 Wfinal： 巡航结束时的飞机重量
基于物理过程的着陆距离的近似计算公式
着陆距离组成
* 进场下滑 * 拉飘 * 触地自由滑行 * 刹车减速滑行
着陆距离计算公式
VA 1.3Vs
进场
接地 VTD 1.15VS
SLD 1.66 SA SF SFR SB
SA
hS hF tan A
SF r A
滑行时的地面摩擦系数 -- 不带刹车 -- 带刹车 -- 地面条件
分析
性能分析内容
• 商载－航程性能 • 起飞距离 • 爬升性能 • 着陆距离
性能分析方法
• 精确方法
– 根据飞行力学中运动方程（微分方程或积分方程）， 采用数值方法求解。
• 基于物理过程的近似方法
– 根据飞行力学中运动方程，通过近似假设，获得解析 公式，进而求出飞行性能。
• 统计方法
– 根据大量飞机的试飞数据，归纳出飞机主要设计参数 与飞行性能之间的关系（关系式或曲线）。
“决策速度”和“平衡场地长度”
• 决策速度
– 当发动机在大于V1时失效，飞机应继续起飞；发动 机在小于V1时失效，应立即关闭所有发动机，刹车 减速，停止起飞。速度V1就称为“决策速度”。
• 平衡场地长度
– 在V1时刻发觉一台发动机失效后，飞机继续起飞到 安全高度上所经过的水平距离，等于在V1时刻放弃 起飞，迫使飞机减速停止所需的滑跑距离。
起飞重量 备用燃油
货物
最大载客 ＋ 行李
使用项目
商载－航程图上关键点－重量组成
1
起飞重量
2
最大起飞重量
部分燃油
部分燃油
货物
货物
最大载客 ＋ 行李
使用项目
最大载客 ＋ 行李
使用项目
3
最大起飞重量
4
最大起飞重量
5
起飞重量
设计燃油 最大燃油
最大载客 ＋ 行李
使用项目
部分载客 ＋ 行李
使用项目
最大燃油 使用项目
• 给定重量、高度和速度（大 于V2）。
• 计算所需升力。
• 根据升阻极曲线（第二爬升 阶段构型），计算阻力。
• 计算推力（单发失效，最大 连续推力状态）。
• 计算爬升梯度。
T D W sin
L W cos W ( 是小值）
爬升梯度： ＝T D W
着陆距离的过程
着陆距离＝进场距离（稳定滑翔）＋拉平距离（减速滑翔）＋地面滑行距离
基本
基本
基本
空重
空重
空重
基本 空重
基本 空重
基本 空重
商载－航程性能的计算
• 较精确的商载－航程性能需通过整个飞行任务剖面的分析（
航线性能分析）而获得。
• 航线性能分析包括：
– 起飞爬升：燃油量 – 爬升性能：燃油、航程 – 阶梯巡航 ：燃油、航程 – 下滑性能：燃油、航程 – 着陆进近：燃油 – 备降任务：备用燃油
可根据使用空重、商载、 备用燃油、最大起飞重量 和最大燃油量计算出。
典型商载－航程图
A330－300的航程能力
起飞速度的定义
VS－失速速度（起飞构型） Vmc－最小操纵速度 V1－决策速度 VR－抬前轮速度
Vmu－最小离地速度 VLOF－离地速度 V2－起飞爬升速度
V2 > 1.1 Vmc V2 > 1.2 VS
• 简化计算方法是采用Breguet航程公式，但误差可能较大。
Step Cruise (35,000 ft ~ 39,800ft)
阶梯巡航 （35,000英尺~39,800英尺）
Still Air Range 静风航程 Block Time & Fuel 轮档时间和燃油
9 min. Taxi out 9分钟滑出 Takeoff to 35 ft 起飞至35英尺 Climb to 1500 ft. Accel to 250 KCAS 爬升至1500英尺， 加速至250节 Climb at 250 KCAS 以250节爬升 Accel to Climd speed 加速至爬升速度
• 计算飞机的性能，包括
– 设计航程 或（商载－航程图） – 起飞距离 – 第二阶段爬升梯度 – 进场速度 – 着陆距离
起飞速度的定义
起飞距离的定义
• 正常起飞情况：
– 起飞场长 = 起飞距离×1.15
• 单发失效情况：
– 继续起飞
• 从起飞点到临界发动机失效点之间距离，加上从失效点到飞 至35ft高度的距离。
– 中止起飞
• 从起飞点到临界发动机失效点之间距离，加上从失效点到仅 用刹车使飞机停止的地面距离。
单发失效情况的起飞距离
接地
基于统计方法的着陆距离的估算
• 着陆距离主要取决于失速速度
– 与失速速度的平方有近似的线性关系。
• 计算着陆距离的近似计算：
– 首先计算失速速度 – 利用下页给出的统计图，估算着陆距离。
着陆距离与失速速度之间的统计关系 （喷气客机）
着陆距离与失速速度之间的统计关系 （涡桨支线客机）
课后任务
1.5
1.7
民机的爬升性能要求通常由第二阶段爬升要求决定。
第二阶段限制重量
• 起飞重量增加，爬升梯度减小。 • 当爬升梯度减小到最低容许值时，对应的重量称为第二阶段限制重量
SSLW（second segment limiting weight）。 • 不同的起飞高度，第二阶段限制重量不同。
第二阶段爬升梯度的校核
FAR25要求的起飞距离
起飞距离计算的基本公式
a
g W
T
D
Ff
dV g T D (W L)
dt W
起飞距离的近似计算公式
正常起飞距离：STO 1.15SG SS
ST SG
地面滑跑
SS
SC
离地拉升 ST r
定姿态爬升
SC
hS hT
tan
SS ST SC
SS
r hS 2
Descent to 10000 ft 下降至10000英尺 Decel to 250 KCAS 减速至250节 Descent to 1500 ft 下降至1500英尺 Approach & Landing 进场和着陆 5 min. Taxi in (From Reserve fuel) 5分钟滑入（使用备份燃油）
性能分析
概念设计流程
设计
全机布局设计
起分 落系 架统
机身外形初步设计 确定主要参数 发动机选择
机翼外形初步设计 尾翼外形初步设计
总体布置 形成初步方案
设计要求、适航条例
No
满足要求？
Yes 初 步
方案最优？
方
案
方案分析与评估
重量特性 气动特性 动力特性 性能评估 操稳特性 经济性分析 噪声特性 排放量 可靠性 维修性 机场适应性 ……
1/ 2
r
2
起飞距离的近似计算公式
平衡场长计算过程
1）求解单发失效临界速度 2） 计算各段距离 3）求和得出平衡场长
SG _V1
S _ op SS _ op
SG _V1
V1t1
SB _ op
平衡场长计算公式
SBFL SG _V1 V1 t1 SB _ op
基于统计的起飞距离的估算
影响起飞距离的因素
爬升梯度为：
＝T D
W
爬升性能
爬升阶段的定义
单发停车时的爬升要求
起飞爬升段 高度（ft） 襟翼 起落架
发动机 油门
第一
0 ～ 35 起飞
下
起飞
第二
35～ 400 起飞
上
起飞
第三
> 400 可变
上
最大连续
梯 度 （%）
2发
3发
4发
>0
0.3
0.5
2.4
2.7
3.0
平飞加速
第四
1500 航线
上
最大连续 1.2
商载－航程性能
• 在给定的商载条件下，能飞多远？ • 在给定的航程条件下，能容纳多少商载？ • 通常用商载－航程图来表示该项性能。 • 商载－航程图是航空公司飞机选型的重要依据。
商载－航程图的含义
容积限制的最大商载
0
1
2
最大起飞重量限制
商
最大乘客数＋行李
3
载
4 满
油
最大载客时 对应的航程
5
航程
0
SFR VTD tFR
进场速度
• 进场速度定义为失速速度的1.3倍。
Va 1.3Vstall
Vstall
0.88M L
1 2
SCL max
VA 1.3Vs
进场
Vstall为飞机着陆时的失速速度； ML为飞机着陆重量； ρ为机场空气密度； CLmax为飞机着陆构形时的最大升力系数。
VTD 1.15VS