4 飞机的机动飞行性能

，盘旋性能提高
3. 限制： nf上限 - 需考虑结构强度及刚度和人的耐过载能力。 如战斗机nfmax=9,大型机2.5~3.5,客机nfmax ≤2 V下限 - 1) V min
G
1 2
2)满足发动机推力限制
Pky Q Q pf
S cos s C yyx
三方面限制：1)承载 2)Cyyx 3)推力
设计途径：大Pky/G，大Cyyx，适当小G/S，高承载 能力，快速油门响应，必要的减速装置等
苏-27是双发全天候空中优势 重型战斗机, 1985年进入部队 服役。正常起飞重量22.5吨， 最大平飞速度M2.35,失速速度 200km/h, 实用升限18km, 作 战半径1500km, 限制过载 +9g…
T
g
2 V nf 1
2

2 T

g
nf 1
2
V
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4-3 飞机在水平平面内的机动飞行性能(4/5)
正常盘旋 ：影响指标参数的因素和盘旋限制
1. 盘旋时, s 2. 若 V

0 , cos s 1 , n f 1
或
nf
，则 R
,T ,
1 2 2
④ V
2 2 2
③
/( qS ) Q 0 pf n f Q ipf
④Mmax限制
V
V S C x 0 qS An f G
nf
max . ky

( Pky max Q 0pf ) Q ipf
飞机（战斗机）的真实机动常常是需要将加减速、上升、 转弯等同时进行的复杂过程，其优劣需综合分析比较。
正常盘旋
衡量飞机改变速度方向的能力，即方向机动性。 转弯: 盘旋 : 正常盘旋 : 指标 •正常盘旋半径R •正常盘旋一周时间T 高度不变、飞行方向变化的机动。 当连续转弯不小于360度的机动。 无侧滑、运动参数不随时间变化的盘旋。
•正常盘旋角速度ω
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4-3 飞机在水平平面内的机动飞行性能(2/5)
o敏捷性(Agility)
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4-1 机动飞行的过载(1/3)
过载
作用在飞机上除重力之外的合外力与飞机重量 之比，为矢量
n N R P G G
nf
垂直于速矢和 法向过载 对称面 2 2
投影到正交坐标系上为
n nx i n y j nz k
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4-5 飞机机动性能的综合分析(1/3)
单位剩余功率（Specific Excess Power, SEP）
能量高度
G dV g dt
H nl H V
2
/( 2 g )
单位剩余功率
飞机当前 能量水平
( dH / dt ) / V
2 ( Pky Q ) dH nl d V H V SEP 2g dt dt G
nf ny
nz 0
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4-1 机动飞行的过载(3/3)
机动飞行时驾驶员的感觉 ——取决于座椅支反力
设飞行加速度为 a ，则
a ( R P mg ) m ng g Fg (F m1 g ) m1 g G1
正常盘旋 ：动力学方程
正常盘旋 时β=0
在对称面内 与速矢垂直
Oxhyh平面
航迹滚转角 s
升力方向与含速矢的铅垂面的夹角 。
“＋”：右翼下沉
1 Pky cos( P ) Q 0 0 [ Pky sin ( P ) Y ] cos s G 0
G d s
Pky Q
Y cos s G 2 GV Y sin s g R
( P )
切向 铅垂 法向 水平 法向
忽略
2 0 G V V [ Pky sin ( P ) Y ] sin s g dt g R
盘旋受力图
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4-3 飞机在水平平面内的机动飞行性能(3/5)
假设：ΔP的平均作用为零，飞机总能量不变。 进入跃升 E 0 H 0 G 退出跃升 E 1 H 1 G
E0 E1
G 2g G 2g
V0 V1
2
2
H H 1 H 0
1 2g
(V 0 V 1 )
2 2
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4-2 飞机在铅垂平面内的机动飞行性能(6/6)
分 析
g P dV ( P ky Q ) g nx g G G dt Y G
nx>0加速 nx<0减速 飞行中需不断调整α满 足平飞条件。
t
1
∴
L
g
V1
dV nx
G g
G g
V0

V1 V0
V1
dV P
V0

t1 t0
Vdt

VdV P
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•Leabharlann Baidu
• • • •
Cyyx: 大许用升力系数有利于产生大法向过载, 目前低速最大可达2
发动机油门响应速度：强调机动的瞬态（敏捷性）时所 必须，目前慢车→加力最快水平3～5s 必要的减速装置:迅速减速以利于转弯 G/S: 适当的小值有利于低速产生较大过载, 并减小低速诱阻， 但需与跨超音速性能协调，适当折衷 乘员、飞机结构的承载能力
H max ,
t
H
跃升：动力学方程
G dV P ky Q G sin g dt G V d Y G cos g dt
铅垂面质心运 动的一般方程。 可数值求解。
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4-2 飞机在铅垂平面内的机动飞行性能(5/6)
跃升：能量法估算跃升高度
4-2 飞机在铅垂平面内的机动飞行性能(3/6)
平飞加减速：指标计算的图解积分法
P
P
G
P px
P ky
V
g P
t
V0
V1
V
V0
V1
一定的H、G、构形，适当油门
一般加速时满油门;减速时小油 门，并打开减速装置。
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4-2 飞机在铅垂平面内的机动飞行性能(4/6)
跃升
衡量飞机由动能换取势能、迅速获取 高度优势的能力，即高度机动性。 指标
t 0 . 7 V max 0 . 97 V max ,
t V max 0 . 7 V max
(亚音速飞机 ) (跨、超音速飞机 )
t V ks ( V巡 ) 0 .95 V max
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4-2 飞机在铅垂平面内的机动飞行性能(2/6)
平飞加减速：动力学方程
近似地认为(
P ) 不大，则
•综合机动性参数
K1 a b SEP c n f max d n f ss . max
典型加权系数数值： a=8~9, b=400m/s, c=1, d=0.5~1
犬舍图(Dog-House Plot, ωmax~M)与空战周期
ω max
D E C
高度一定
AB: 接敌
BCD: 交战 DE: 退出 V EA: 恢复能量
H max
1 2g
(V 0 max V yx )
2 2
3. 动升限 : 通过跃升可以达到的最大高度, Hmax.d
H max
.d
(H 0
V 0 max 2g
2
) max
V min . yx 2g
2
全飞行包线最大可用动能
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4-3 飞机在水平平面内的机动飞行性能(1/5)
北航509教研室
2002.2
策划、审定
张曙光
制 作 群
张曙光 谭文倩
姜再明 张田飞 刘 峰
2002.02
北航 509
内容
引言(1) 4-1 机动飞行的过载(3) 4-2 飞机在铅垂平面内的机动飞行性能(6) 4-3 飞机在水平平面内的机动飞行性能(5) 4-5 飞机机动性能的综合分析(3) 小结(1)
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4-3 飞机在水平平面内的机动飞行性能(5/5)
正常盘旋 ：极限盘旋性能图
极限盘旋 飞机处于前述三种限制之一的盘旋状态 极限盘旋性能图 三种限制下nfmax及R,T, ω随V的变化曲线
nfmax 高度一定 ①承载限制
ω max
①
② n f max
qSC
y yx
/G
③ ② ③
Q Cx
n y nz
水平面内 垂直于速矢
按航迹轴系
切向(纵向)过 载
沿飞行速 度矢方向
铅垂面内 垂直于速矢
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4-1 机动飞行的过载(2/3)
当飞机在铅垂平面运动时的过载
切向 过载 法向 过载
nx P ky cos( P ) Q G P ky sin( P ) Y G
1. 给定V0、H0，若V1↓,则ΔH↑。
V1下限： V V V1 yx min . yx
2G C y yx S
Vyx本身与H有关，需迭代求解。
2. 给定H0，若V0↑, 则ΔH↑。
推荐给定Vyx而 非H初值的方法， 避免二重迭代。
V0上限： V0max
Hmax.d~Hmax.ll的动力 高度飞行范围，可 持续一段减速平飞
Y cos s n y G n Y sin s z G
正常盘旋 ：指标参数计算
nf
2
n y nz
2 2
Y G

1 cos
s
sin
s

nf 1
2
nf
∴
R
G
V
g Y sin
2 R V

s
1
V
2
g n f sin

s
V g
2 2
nf 1
•
操稳性
随控布局的出现
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第四章：小结(1/1) 机动性概念，过载概念
速度机动性：平飞加减速，取决于综合剩余推力
高度机动性：能量法思路，动升限与静升限概念区别 方向机动性：正常盘旋的有关参数推导与极限条件 （以后应联系操纵 ） 机动性综合衡量指标：SEP、nfmax (、nfss.max )
Pky Q G sin
SEP综合反映了特定(V,H,ny)条件下飞机改变机 械能的快慢，即速度、高度综合机动性，与ny 一起可全面反映飞机机动性。
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4-5 飞机机动性能的综合分析(2/3)
几种常用的机动性综合分析方法
•犬舍图（Dog-House Plot, ωmax~M）与空战周期 •能量机动性曲线（E-M曲线） •全局能量机动性曲线（全局E-M）
B
A
空战周期时间(Combat Cycle Time, CCT): CCT = tAB + tBCD + tDE + tEA 从给定速度进入，尽快速度反向并恢复原速 度大小所需的时间，其中高度变化尽量小。
能量机动性 (Energy Maneuverability,E-M)曲线
SEP
接敌 退出恢复 O 交战
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第四章： 引言(1/1)
空间机动飞行示例 运动特点
o非定常——飞行速度的大小或方向是变化的
o飞机的姿态发生变化
空间运动属性划分
o机动性 (Maneuverability) o操纵效能(Controllability)
飞机在一定时间内改变 飞行速度（大小）、飞 行高度和飞行方向的能 力。
座椅支反力 驾驶员质量

(飞机加速度 ) (驾驶员加速度 )
n 1 ,感觉同静止 n 1 ,超重 n 1 ,失重
驾驶员重量
∴
F nG1
机动飞行时驾驶员将感受到等于自身重量n倍的力
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4-2 飞机在铅垂平面内的机动飞行性能(1/6)
平飞加减速
衡量飞机改变速度大小的能力，即速度机动性。 指标
SEP
A机
加速余量
B机
定常转弯余量
ω max
O
ω max
减速余量 最大转弯余量
全局能量机动性 (全局E-M)曲线
H B机
-50
A机
50
100
50
0
200
(SEPB- SEP A)等值线 ny=1g 最大推力状态 M
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4-5 飞机机动性能的综合分析(3/3)
影响机动性能的一些设计参数
• Pky/G :大推重比有利于增大SEP, 目前先进战斗机>1.2