第四章飞机性能工程起飞性能讲义.ppt

Page1,第四章飞机的起飞性能,Page2,起飞性能与飞行的安全性和经济性紧密相关。世界喷气运输机事故统计表明，起飞段虽然在整个航班的飞行时间中只占很小部分（约为2%），但事故率却高达16%左右。,Page3,原因：考虑的限制因素比较多场地长度限制爬升梯度限制、特别是第二段的爬升梯度限制超越障碍物对起飞重量的限制最大刹车能量限制最大轮胎速度限制最小操纵速度限制结构强度限制受到的影响因素也比较多机场：跑道长度、跑道坡度、机场标高、道面情况、有无停止道、净空道及其长度、道面强度是否适合。飞机：发动机引气类型，襟、缝翼位置，刹车系统，防冰系统，防滑系统，MEL和CDL对起飞性能的影响等。气象：风速、风向、气压高度及大气温度等。,Page4,起飞性能计算的主要工作：根据各种限制和影响因素，针对具体机型、气象和机场情况确定最大允许的起飞重量，以检查实际起飞重量，确定要求的起飞推力大小，求出主要的起飞速度（V1、VR、V2）以保证起飞安全，并达到预期的起飞性能。,计算起飞性能的目的保证飞机的起飞安全提高经济性。,Page5,1起飞简介场地长度限重爬升梯度限重障碍物限重污染跑道起飞减推力起飞,第四章飞机的起飞性能,Page6,1、起飞航迹,2、跑道距离,4、起飞速度,3、起飞情况,1起飞简介,Page7,从起飞静止点开始到高于地面1500ft，或完成从起飞构型到航路爬升构型的转变并达到规定速度。起飞航迹有两部分组成：起飞和起飞飞行航迹,1、起飞航迹,1起飞简介,Page8,起飞：从跑道头松刹车开始，加速滑跑到离地35ft并达到起飞安全飞行速度的全过程。,1、起飞航迹,1起飞简介,Page9,1、起飞航迹,1起飞简介,起飞飞行航迹：起飞终点到起飞航迹终点。,Page10,跑道（Runway）净空道（Clearway,CWY）对称地位于跑道中心线的延长线上，宽度不小于152米（500英尺）；在机场当局管辖之下；从跑道端头向上延伸的一个斜平面，其坡度不大于1.25%；没有任何物体或地形伸出在该斜平面上，除了在跑道两侧的高度不大于0.66米（26英寸）的跑道灯。,1起飞简介2、跑道距离,Page11,1起飞简介2、跑道距离,Page12,停止道（Stopway,SWY）对称地、位于跑道中心线的延长线上，宽度不小于跑道宽度；在终止飞机滑跑过程中能支撑飞机并不会对飞机结构造成损坏；被机场当局指定用于中断起飞中的地面减速过程。在着陆时可以使用，但在计算着陆性能时不考虑。,1起飞简介2、跑道距离,Page13,Page14,飞机对正跑道的损失LossofRunwaylengthduetoAlignment,1起飞简介,2、跑道距离,Page15,Page16,Page17,1起飞简介,TORA：可用起飞滑跑距离,2、跑道距离,可用于飞机滑跑的跑道长度跑道长度减去对正跑道距离损失量。,Page18,TODA：可用起飞距离,1起飞简介,2、跑道距离,可用起飞滑跑距离+净空道长度（TORA+CWY）,Page19,ASDA可用加速停止距离,1起飞简介,2、跑道距离,可用起飞滑跑距离+停止道长度（TORA+SWY）,Page20,1起飞简介2、跑道距离,LDA可用着陆距离,着陆航迹没有障碍物时，就是跑道长度。（TORA）,Page21,全发起飞一发失效继续起飞中断起飞一发失效中断起飞全发中断起飞,1起飞简介,3、起飞情况,Page22,1起飞简介,3、起飞情况,全发起飞,分为三个阶段：全发加速滑跑段：从跑道头，松刹车，全发加速滑跑，抬前轮速度VR。过度段：从VR开始拉杆抬前轮离地速度VLOF，离开地面。拉起爬升段：离地后，边加速边爬升，速度到达或超过V2并离地35ft位置。,全发起飞距离为：三段和的水平距离的1.15陪。,Page23,1起飞简介,3、起飞情况,一发失效继续起飞一发失效中断起飞全发中断起飞,距离为以上三段加上以V1速度滑跑2秒的距离。,Page24,干跑道起飞距离（TOD干）：MAX(全发起飞距离的115%倍，一发停车继续起飞距离)它应小于可用起飞距离（TODA）,3、起飞情况,1起飞简介,场地长度要求,Page25,Page26,3、起飞情况,1起飞简介,场地长度要求,湿跑道起飞距离（TOD湿）：,Page27,Page28,干跑道上的加速停止距离（ASD干）MAX(全发加速停止距离；一发停车加速停止距离)。它应小于可用加速停止距离（ASDA）,3、起飞情况,1起飞简介,场地长度要求,湿跑道上的加速停止距离（ASD湿）,Page29,Page30,Page31,3、起飞情况,1起飞简介,场地长度要求,起飞滑跑距离（TOR）：没有净空道的跑道：无论干湿，都等于起飞距离带有净空道的跑道：,Page32,3、起飞情况,1起飞简介,场地长度要求,起飞滑跑距离（TOR）：没有净空道的跑道：无论干湿，都等于起飞距离带有净空道的跑道：,Page33,Page34,Page35,总结,1起飞简介3、起飞情况,Page36,VEFV1VR抬前轮速度VLOF离地速度VMU最小离地速度VMCG地面最小操纵速度VMCA空中最小操纵速度V2起飞安全速度VMBE刹车能量限制速度VTIRE轮胎速度,1起飞简介4、起飞速度,Page37,1起飞简介4、起飞速度,VEF关键发动机失效速度，以校正空速表示，不得小于地面最小操纵速度。,Page38,1起飞简介4、起飞速度V1,V1isthescheduled（预定）speedabovewhichthecrewwillelect（选择）tocontinuethetakeoffevenwithaneventsuchasenginefailure,andbelowwhichthecrewwillelecttorejectthetakeoffifthereisaneventearlyenoughthattheycanapplythebrakesbyV1.Itisassumedthatthereisaonesecondrecognitionandreaction（确认和反应）timebetweentheeventandtheapplicationofthebrakesatV1.Foranenginefailure,wecallthespeedVef.Therefore,ifthecrewrejectsthetakeoffatVefandappliesmaximummanualbrakingatV1alongwithspeedbrakeextensionandthrottlechop,theairplanewillcometoastopattheendoftherunway.,Page39,Oldname:Takeoff“decisionspeed”changedtoavoidimplicationof“decision”Now:Maxspeedtoinitiatethefirstactioninanabortandstopwithinaccel-stopdistanceAlso:Min.speed,followingcriticalenginefailure,fromwhichT.O.cancontinueandachieve35(15wet)withinT.O.distancelessthanVmbe,1起飞简介4、起飞速度V1,Page40,V1isthelatestpointinthetakeoffrollwhereastopcanbeinitiated.,V1isalsotheearliestpointfromwhichanengineouttakeoffcanbecontinuedandtheairplaneattainaheightof35feetattheendoftherunway.,1起飞简介4、起飞速度V1,Page41,Page42,Page43,1起飞简介4、起飞速度,Page44,1起飞简介4、起飞速度,Page45,1起飞简介4、起飞速度,Page46,1起飞简介4、起飞速度,Page47,VRRotationSpeed抬前轮速度，以校正空速表示，不能抬的过早或过晚。,1起飞简介4、起飞速度,VRissetrelativetoV2suchthat,givenanormalrotationrateoftwotothreedegreespersecond,theairplanewillachieveV2at35feetabovetherunway.VRisthemaximumallowablevalueforV1VRmustbeatleast5%greaterthanVmca,Page48,离地速度,大迎角时，受几何外形限制，机尾不得擦地。要求：一发失效，大迎角时受升降舵效率限制。要求：,1起飞简介4、起飞速度,Page49,VMU最小离地速度与飞机擦尾的避免,1起飞简介4、起飞速度,Theminimumunstickspeedisthespeeddemonstrated（论证）inflighttestasthelowestspeedatwhichtheairplanecanliftoffthegroundandsafelyflyaway.Thespeedisdeterminedatthemaximumangleofattackthatisphysicallyattainablebytheaircraftwhileontheground.（在地面上可达到的最大迎角）Theairplaneaccelerates（加速）atthisattitude（姿态）untilitisabletoliftoffandsafelyflyaway.,Page50,Vmu-MinimumUnstickspeed,1起飞简介4、起飞速度,VMU最小离地速度与飞机擦尾的避免,Page51,VMCGMinimumspeedforControlonGround地面最小操纵速度,1起飞简介4、起飞速度,NoDifferentialBraking（无差动刹车器）NoNosewheelSteering（无前轮转向）ControlLateralMotionwithin30feetoftheRunwayCenterline,Page52,1起飞简介4、起飞速度,VMCGMinimumspeedforControlonGround地面最小操纵速度,Page53,V1应等于或大于地面最小操纵速度(V1mcg),1起飞简介4、起飞速度,VMCGMinimumspeedforControlonGround地面最小操纵速度,Page54,VMBEMaximumBrakeenergyspeed刹车能量限制速度,1起飞简介4、起飞速度,Page55,VMCA（MinimumControlSpeedAirborne）空中最小操纵速度,在一台关键发动机突然失效时能够控制飞机保持航向不变且坡度角不超过5的最小速度。此时其余发动机处于最大起飞推力状态。,1起飞简介4、起飞速度,Page56,1起飞,5Max.,Page57,V2TakeoffSafetySpeed起飞安全速度,1起飞简介4、起飞速度,V2isthespeedat35ftabovegroundinanengine-outtakeoffV2mustbeatleast13%greaterthanVstall(1-g)V2mustbeatleast10%greaterthanVmca,当一发失效时，飞机达到离地35ft时应达到的最小爬升速度，以提供所要求的爬升梯度。,Page58,V1atleastVmcgandlessthanVRandVMBE,VRatleast1.05xVmcaVlofatleast1.10 xVmu(all-engine)and1.05xVmu(engine-out)V2atleast1.13xVstall(1-g)and1.10 xVmca,1起飞简介4、起飞速度(总结),Page59,1起飞,4、起飞速度,Page60,1起飞简介场地长度限重爬升梯度限重障碍物限重污染跑道起飞减推力起飞,第四章飞机的起飞性能,Page61,2场地长度限制的起飞重量,1、起飞过程受力分析,Page62,1、起飞过程受力分析,2场地长度限制的起飞重量,Page63,1、起飞过程受力分析,2场地长度限制的起飞重量,Page64,1、起飞过程受力分析,1.1地面加减速运动,2场地长度限制的起飞重量,Page65,1、起飞过程受力分析,1.1地面加减速运动,利用该公式可以计算出重量与加速距离之间的关系。其中：推力大小可从发动机数据中查得；摩擦系数与机场有关，可以查得；跑道坡度也可以查得。,地面效应影响：通过试飞获得。,2场地长度限制的起飞重量,Page66,1、起飞过程受力分析,1.2加速爬升段,飞机离开地面到爬升至35英尺高。,2场地长度限制的起飞重量,Page67,2、起飞过程的计算方法(积分法、工程估算法、工程积分法),2.1积分法应用范围：地面加减速段、空中加速爬升段；特点：上述公式准确、严格；计算精度取决于原始数据的可靠性（试飞、估算）；对于地面效应、过渡段很难用公式准确描述，不易计算。,2场地长度限制的起飞重量,Page68,2、起飞过程的计算方法,2.2工程估算法地面滑跑段：近似认为飞机在加速过程中加速度恒定。因此：,加速度理论上应按离地速度50%计算，根据经验，可取0.6VLOF对应的加速度。计算比较简单，可以快速估算出飞机的起飞性能，但误差较大。,2场地长度限制的起飞重量,Page69,2、起飞过程的计算方法,2.2工程估算法加速爬升段：根据能量守恒原理，剩余推力对飞机做的功等于飞机机械能（动能、势能）的变化大小。既：,推力和阻力可按平均值计算。计算比较简单，可以快速估算出飞机的起飞性能，但误差较大。,2场地长度限制的起飞重量,Page70,2、起飞过程的计算方法,2.3工程积分法,2场地长度限制的起飞重量,对于不易用积分法描述的阶段(拉起爬升段和中断起飞过渡段)，使用通过试飞数据，应用积分计算法和工程估算法来进行起飞性能计算；其余用积分法计算。这两种方法都要使用试飞数据。,Page71,2、起飞过程的计算方法,2.3工程积分法全发起飞,2场地长度限制的起飞重量,A段：积分法，从0积到VR，其中R，CD-CL用试飞结果。,B2段：采用等加速运动公式计算：,C段：采用等加速运动公式计算：,t用图1-4的试飞结果,Page72,2、起飞过程的计算方法,2.3工程积分法一发继续起飞,2场地长度限制的起飞重量,A段：积分法,B1段：同A段，只是FN为临界发动机的总推力，CD-CL用临界发动机停车的试飞结果。,B2和C段：与全发起飞相同，只是查t时要用一发失效的图。,Page73,2、起飞过程的计算方法,2.3工程积分法中断起飞,2场地长度限制的起飞重量,A段：与全发起飞A段相同。,D段：从V1开始到完成有关减速措施VB为止。等加速段：,E段：减速停止段，计算方法与A段相同。,Page74,2、起飞过程的计算方法,2.3工程积分法基于积分法，但对于不易用积分法描述的阶段(拉起爬升段和中断起飞过渡段)，使用通过试飞，用工程估算法来估算。其余用积分法计算。,试飞出推重比与速度平方之间的关系、加速度与速度平方之间的关系，代入即可求出。,地面效应影响：通过试飞获得。,2场地长度限制的起飞重量,Page75,2、起飞过程的计算方法,2场地长度限制的起飞重量,Page76,3、平衡场地长度与非平衡场地长度,3.1一发停车特性曲线,2场地长度限制的起飞重量,Page77,3、平衡场地长度与非平衡场地长度,当继续起飞和中断起飞所需跑道长度相同时对应的跑道长度为平衡场地长度。此时的决断速度为平衡场地长度下的V1.,2场地长度限制的起飞重量,Page78,3.2平衡场地长度,在继续起飞时，占用的跑道长度=A+B+C在中断起飞时，占用的跑道长度=A+D+EA+D+E=A+B+CD+E=B+C,3、平衡场地长度与非平衡场地长度,2场地长度限制的起飞重量,Page79,3.3非平衡场地长度,原因一：由于使用了净空道，导致可用起飞距离增大；由于使用了停止道，导致可用加速停止距离增大；当净空道长不等于停止道长时，导致出现非平衡场地长度。影响：增大了安全余度或起飞重量，对起飞有利。,3、平衡场地长度与非平衡场地长度,2场地长度限制的起飞重量,Page80,原因二：为满足有关的速度限制，不得不改变V1，导致出现非平衡场地长度。,3、平衡场地长度与非平衡场地长度,2场地长度限制的起飞重量,3.3非平衡场地长度,影响：导致起飞重量受限制而减小，对起飞不利。,VMCGV1VR105%VMCAVRVLOFVLOF110%-108%VMUV2110%VMCAV2120%VSFAR或者V2113%VS1g,Page81,如果按平衡长度计算的V1VMCG，需要将V1增大到VMCG，这使继续起飞距离缩短，中断起飞距离加长。,3、平衡场地长度与非平衡场地长度,2场地长度限制的起飞重量,3.4几种情况,Page82,3、平衡场地长度与非平衡场地长度,2场地长度限制的起飞重量,3.4几种情况,如果按平衡场地长度计算出的V1VR:减小V1，V1=VR，导致继续起飞距离增大，起飞重量可能减小；,Page83,如果按平衡场地长度计算出的V1VMBE:减小V1，V1=VMBE，导致继续起飞距离增大，起飞重量可能减小。,3、平衡场地长度与非平衡场地长度,2场地长度限制的起飞重量,3.4几种情况,Page84,4、V1的确定,当最大起飞重量受一发停车中断起飞或继续起飞限制时，V1大小是一个固定值；但当最大起飞重量不受一发停车中断起飞和继续限制时，V1大小是一个范围；V1的最大值受中断起飞限制,V1最小值受继续起飞限制。此时应选择一个合适的V1。选择较大的V1：有助于继续起飞；选择较小的V1：有助于中断起飞（污染跑道、顺风）；,2场地长度限制的起飞重量,Page85,4、V1的确定（P97）,2场地长度限制的起飞重量,Page86,5、襟翼的选择,5.1影响相同迎角下，flap偏度越大，翼型弯度越大，CL增大，要求离地速度减小，对规定的跑道长度，增大了起飞重量，但同时CD增大，对起飞不利，因此要求偏度在一定范围内。,2场地长度限制的起飞重量,Page87,5.2应用当受到轮胎速度限制时，可选择大襟翼起飞；当受到刹车能量限制时，可选择大襟翼起飞；当受到爬升或障碍物限制时，可选择小襟翼起飞；当受到VMCG、VMCA限制时，可选择小襟翼起飞；,5.3其他当用STAS来计算起飞性能时，可以选择固定襟翼、最佳襟翼、首次最佳等计算方式来计算。,5、襟翼的选择,2场地长度限制的起飞重量,Page88,6、场长限重的影响因素,可用距离：越长，重量越大；机场标高：HP，一方面使发动机推力减小，加速大相同速度的距离增长；另一方面要使L=W,需要更大的速度，也需要增长滑跑距离。对于固定长度跑道，将导致起飞重量减小；温度：在低于平台温度时，重量基本不变；高于平台温度时，起飞重量随温度升高而减小。风速：顺风使起飞重量减小，顶风使起飞重量增大；,2场地长度限制的起飞重量,Page89,6、场长限重的影响因素,2场地长度限制的起飞重量,跑道坡度下坡对继续起飞有利，对中断起飞不利；上坡对中断起飞有利，对继续起飞不利。引气：使用空调、防冰会导致起飞重量减小一个刹车不工作，或防滑系统不工作，对中断起飞重要，不工作时增长中断起飞距离；襟翼,