第六章_飞机性能工程_巡航性能_-_A

1、第六章第六章 巡航性能巡航性能 主要研究飞机主要研究飞机从爬升顶点到下降开始点从爬升顶点到下降开始点之间的平飞巡航性能。之间的平飞巡航性能。 研究的问题：研究的问题： 最大航程问题：最大航程问题：消耗一定的燃油，如何飞行最远？或飞行消耗一定的燃油，如何飞行最远？或飞行 一定距离如何最省油？一定距离如何最省油？ 最大航时问题最大航时问题：一定燃油，如何飞行时间最长？：一定燃油，如何飞行时间最长？ 最小巡航成本问题：最小巡航成本问题：飞行一定距离如何使成本最小？飞行一定距离如何使成本最小？ 一发故障后的巡航性能；一发故障后的巡航性能； 飘降问题；飘降问题； 第六章第六章 巡航性能巡航性能 巡航：巡

2、航：持续进行的，接近持续进行的，接近定常飞行定常飞行的一种飞行状态。的一种飞行状态。 推力：推力： 可用最大推力：可用最大推力： 重点：重点：油量、距离、时间油量、距离、时间。 目标：目标：选择好选择好巡航高度巡航高度和和巡航速度巡航速度以获得更好的以获得更好的经济性经济性。 还要考虑一发停车时的飘降和巡航高度、及航迹的越障问题。还要考虑一发停车时的飘降和巡航高度、及航迹的越障问题。 第六章第六章 巡航性能巡航性能 第六章第六章 巡航性能巡航性能 6.1 6.1 基本公式和主要参数计算基本公式和主要参数计算 6.2 6.2 巡航类型巡航类型 6.3 6.3 巡航高度巡航高度 6.4 6.4 巡

3、航性能计算巡航性能计算 6.5 6.5 一发停车巡航和飘降一发停车巡航和飘降 6.1 6.1 巡航参数的计算巡航参数的计算 6.1.1、基本概念、基本概念 航程：航程：飞机在飞机在大气大气中沿给定方向中沿给定方向耗尽可用燃油耗尽可用燃油所能飞过所能飞过 的的水平距离水平距离（空中距离，不计风的影响）。（空中距离，不计风的影响）。 航时：航时：飞机在飞机在大气大气中沿给定方向中沿给定方向耗尽可用燃油耗尽可用燃油所能飞的所能飞的 时间时间。 燃油流量燃油流量WF：飞机单位时间的耗油量。飞机单位时间的耗油量。 燃油里程燃油里程nam/lb（SR）：）：飞机消耗单位油量所能飞的距离。飞机消耗单位油量所

4、能飞的距离。 燃油消耗率燃油消耗率TSFC：飞机在单位时间内产生单位推力所消耗的飞机在单位时间内产生单位推力所消耗的 油量。油量。 ; ; ()()ln; W W namdR lbdW namnam dW dRdWW lblbW WnamdWnam RWW lbWlbW n巡 始巡 始巡 n巡 计算航程需要知道燃油里程和计算航程需要知道燃油里程和W始 始、 、W终 终，差为消耗的燃油 ，差为消耗的燃油 燃油消耗越多，航程越长，燃油消耗越多，航程越长， 在一定燃油消耗量时，在一定燃油消耗量时，航程因子航程因子越大航程越长。越大航程越长。 6.1 6.1 巡航参数的计算巡航参数的计算 6.1.2

5、航程的计算航程的计算(1) 要获得远的航程：要获得远的航程： 载油量要多载油量要多W始 始/W终终要大 要大 飞机的空气特性要好飞机的空气特性要好-M（CL/CD）要大）要大 发动机性能要求发动机性能要求-燃油消耗率要小燃油消耗率要小 因此，在气动效率最大时，航程最大；对应的速度为最大航程速度。因此，在气动效率最大时，航程最大；对应的速度为最大航程速度。 0 0 (); (); L D L D MaCnamVV WWW lbWFTSFCDCTSFC aCnam WM lbCTSFC 终 始 W W C C M TSFC a R D L ln 0 6.1 6.1 巡航参数的计算巡航参数的计算 6

6、.1.2 航程的计算航程的计算(2) 燃油里程的计算燃油里程的计算: 0 0 ; L D N C aM CManam lbTSTCF TSTC W 6.1 6.1 巡航参数的计算巡航参数的计算 6.1.2 航程的计算航程的计算 6.1 6.1 巡航参数的计算巡航参数的计算 6.1.2 航程的计算航程的计算(3) 1121 1 2 1 WSC C TSFClb nam WC C TSFC CS W W L DTSFC V lb nam wD L D L Lw 1112 L D W Cnam lbCWTSFCS 6.1 6.1 巡航参数的计算巡航参数的计算 6.1.3 影响因素影响因素 对于设计好

7、投入使用的飞机，为获得更长的航程的使用条件：对于设计好投入使用的飞机，为获得更长的航程的使用条件： 飞机重量飞机重量: 飞机重量越大，燃油里程越小，消耗相同油量时航程越小飞机重量越大，燃油里程越小，消耗相同油量时航程越小； 机翼气动特性机翼气动特性： 气动特性越好气动特性越好（ 越大），越大），相同情况下航程越大相同情况下航程越大； 对应的迎角稍小于最大升阻比的迎角；对应的迎角稍小于最大升阻比的迎角； 对应速度是对应速度是1.316倍有利速度。倍有利速度。 发动机特性：发动机特性： 燃油消耗率越小，燃油里程越大，航程越大燃油消耗率越小，燃油里程越大，航程越大； 飞行高度：飞行高度： 飞行高度越

8、大，大气密度越低，燃油里程越大飞行高度越大，大气密度越低，燃油里程越大。 但高度太高时，发动机推力可能受到限制但高度太高时，发动机推力可能受到限制 。 最有利巡航高度是低于升限的较高高度。最有利巡航高度是低于升限的较高高度。 DL CC / max )/( DL CC 若假设阻力系数与升力系数之若假设阻力系数与升力系数之 间满足平方关系，则：间满足平方关系，则： 0 00 22 ; 0; 3 L LL DWLDDW L D D L L CCCWW M CKP S CCCKP S C d M CC C dCA 0 2 ; L DD CCAC 最大航程对应的升力系数比最大升阻比时对应的升力系数小。

9、最大航程对应的升力系数比最大升阻比时对应的升力系数小。 迎角要小于最大升阻比迎角。迎角要小于最大升阻比迎角。 最大航程速度是有利速度的最大航程速度是有利速度的1.316倍。倍。 6.1 6.1 巡航参数的计算巡航参数的计算 6.1.3 影响因素影响因素 6.2 6.2 巡航类型巡航类型 6.2.1 M和和W/固定不变的巡航方式固定不变的巡航方式 从理论上讲，最大航程对应着从理论上讲，最大航程对应着马赫数固定马赫数固定(有利速度的有利速度的 1.316倍）、倍）、换算重量恒定的飞行方式换算重量恒定的飞行方式。 但在飞行中由于燃油消耗，飞机重量减轻，为了保持但在飞行中由于燃油消耗，飞机重量减轻，为

10、了保持W/ 不变不变 ，要相应减小，即高度相应增加。要相应减小，即高度相应增加。 飞行过程中高度不断增加是不允许的。飞行过程中高度不断增加是不允许的。 1namVV V SR D lbWFTSFCDTSFC 当当V V/ /D D最大时，最大时， 燃油里程最大，给燃油里程最大，给 定燃油量情况下，定燃油量情况下， 可以平飞航程最长。可以平飞航程最长。 6.2 6.2 巡航类型巡航类型 6.2.2 高度不变的最大航程巡航方式高度不变的最大航程巡航方式MRC 1namVV V SR D lbWFTSFCDTSFC 6.2 6.2 巡航类型巡航类型 6.2.2 高度不变的最大航程巡航方式高度不变的最

11、大航程巡航方式MRC燃油里程曲线：燃油里程曲线： 重量越小，重量越小，MRC速度也越小。速度也越小。 6.2 6.2 巡航类型巡航类型 6.2.2 高度不变的最大航程巡航方式高度不变的最大航程巡航方式MRC 飞行高度增加，飞行高度增加，MRC速度也增大。速度也增大。 6.2 6.2 巡航类型巡航类型 6.2.2 高度不变的最大航程巡航方式高度不变的最大航程巡航方式MRC 风速影响到风速影响到MRC速度大小。速度大小。 6.2 6.2 巡航类型巡航类型 6.2.2 高度不变的最大航程巡航方式高度不变的最大航程巡航方式MRC 6.2 6.2 巡航类型巡航类型 6.2.2 高度不变的最大航程巡航方式

12、高度不变的最大航程巡航方式MRC 因为燃油里程最大，所以航程最长；但它的因为燃油里程最大，所以航程最长；但它的速度接近第速度接近第 二操纵区二操纵区，速度稳定性差，不便于操纵。，速度稳定性差，不便于操纵。 由于由于MRC速度接近反常操纵区，不便于操纵，故在使用中可速度接近反常操纵区，不便于操纵，故在使用中可 以采取比以采取比MRC速度稍大一些的速度进行巡航。速度稍大一些的速度进行巡航。规定损失规定损失1%最大燃最大燃 油里程油里程（即（即(nam/lb)max99%）对应的速度为远程巡航速度对应的速度为远程巡航速度 。 6.2 6.2 巡航类型巡航类型 6.2.3 远程巡航方式远程巡航方式LR

13、C 虽然损失了虽然损失了1%的燃油里程，但由于的燃油里程，但由于燃油里程曲线在该曲线段随速燃油里程曲线在该曲线段随速 度变化比较平缓度变化比较平缓，使，使速度增大较多速度增大较多，稳定性较好稳定性较好，所以，所以远程巡航速度远程巡航速度 是又省油，飞行品质又好的巡航速度是又省油，飞行品质又好的巡航速度。 LRC巡航航是民航常用的巡航方式。巡航航是民航常用的巡航方式。 6.2 6.2 巡航类型巡航类型 6.2.3 远程巡航方式远程巡航方式LRC 6.2 6.2 巡航类型巡航类型 6.2.3 远程巡航方式远程巡航方式LRC 随着飞行高度增加，随着飞行高度增加，MRC、LRC速度增加；速度增加； 随

14、着飞机重量减轻，随着飞机重量减轻，MRC、LRC速度也减小；速度也减小； 为便于操纵，早期飞行时多采用为便于操纵，早期飞行时多采用固定高度、固定马赫数的巡航方式固定高度、固定马赫数的巡航方式。 6.2 6.2 巡航类型巡航类型 6.2.4 等马赫数巡航等马赫数巡航 这种巡航方式虽这种巡航方式虽 然然降低了燃油里程降低了燃油里程， 但增大了巡航但增大了巡航M M数数， 使飞行时间缩短使飞行时间缩短； 最低成本巡航是最低成本巡航是 接近于固定接近于固定M M的巡航。的巡航。 高温受到温度限制时可以采用额定推力的方式进行巡航。高温受到温度限制时可以采用额定推力的方式进行巡航。 保持飞行高度不变，保持

15、飞行高度不变，W，L L ，F FN N不变，不变，MM； 燃油消耗多。燃油消耗多。 6.2 6.2 巡航类型巡航类型 6.2.5 发动机推力额定的巡航的方式发动机推力额定的巡航的方式 6.2 6.2 巡航类型巡航类型 6.2.5 经济巡航（最低成本巡航）经济巡航（最低成本巡航） 为使直接运营成本最低：为使直接运营成本最低： 总成本总成本= =燃油成本燃油成本油量油量+ +小时成本小时成本时间时间+ +固定成本固定成本 与飞行有关的与飞行有关的航班总成本航班总成本有有燃油成本燃油成本和和时间成本时间成本组成：组成： C=CC=CT T+C+CF F 与时间相关的成本包括:飞行机组；客舱机组；机

16、体材 料/工时；发动机材料/工时；租赁费用 6.2 6.2 巡航类型巡航类型 6.2.5 经济巡航（最低成本巡航）经济巡航（最低成本巡航） 成本指数：成本指数：小时成本小时成本与与燃油成本燃油成本的比值。的比值。 CI=CCI=Ct t/C/Cf f 0 ; 100 100; (100); (100)(100) ; f f TFff f W CtCt CI Cf C CtCIC CCCCtTC FCCI TWF T RCIWFRCIWF CC VVMa 时间价格：时间价格：$/HR； 燃油价格：燃油价格：C/LB； 单位不统一时单位不统一时; 统一单位统一单位; 6.2 6.2 巡航类型巡航类

17、型 6.2.5 经济巡航（最低成本巡航）经济巡航（最低成本巡航） 对应成本最低的速度即为对应成本最低的速度即为经济巡航经济巡航M M数数，或，或成本最低成本最低M M数数。 使成本最低，使使成本最低，使C C对对M M求导；可求出求导；可求出经济巡航经济巡航M M数和最低成数和最低成 本巡航时的成本指数的关系本巡航时的成本指数的关系。 CI=0：即即Ct=0，不计时间成本，最省油时成本最小，即，不计时间成本，最省油时成本最小，即MRC速度；速度； CI=999：即即 Cf影响小，时间影响大，应飞行时间最短，影响小，时间影响大，应飞行时间最短，MMO； CI越大：越大：飞行时间更重要，相同条件下

18、速度越大；飞行时间更重要，相同条件下速度越大； CI越小越小：燃油成本更重要，相同条件下速度越小；：燃油成本更重要，相同条件下速度越小； CI应当由商务部门确定。应当由商务部门确定。当输入的当输入的CI有偏差时会使飞行成本增加，有偏差时会使飞行成本增加， 但不太明显但不太明显。如果。如果无法确定无法确定CI，最好输入偏小的，最好输入偏小的CI，而不要输入过大，而不要输入过大 的的CI。 6.2 6.2 巡航类型巡航类型 6.2.5 经济巡航（最低成本巡航）经济巡航（最低成本巡航） 经济巡航经济巡航M M取决于成本指数取决于成本指数CICI： 问题：问题： MRCMRC对应的对应的M M数与经济巡航数与经济巡航M M哪个大？哪个大？ 成本指数对旅程燃油的典型影响 737 50 0 3.6% 747 200 0 1.2% 757 100 0 3.6% 767 100 0 5.7% “输入”成本指数 “