3 飞机的续航性能

1、北航北航509509教研室教研室 2002.22002.2制制 作作 群群 张曙光张曙光 谭文倩谭文倩姜再明姜再明 张田飞张田飞 刘刘 峰峰 策划、审定策划、审定 张曙光张曙光 2002.022002.02 引言引言3-1 3-1 基本定义和公式基本定义和公式 3-2 3-2 定高定速巡航的航程和航时定高定速巡航的航程和航时( (喷气飞机喷气飞机) ) 小结小结3-3 3-3 喷气飞机最佳巡航特点喷气飞机最佳巡航特点 3-3-4 喷气飞机最大活动半径喷气飞机最大活动半径 3-3-6 超音速飞机续航性能的特点超音速飞机续航性能的特点 3-3-7 增加航程和航时的途径增加航程和航时的途径 附录附录

2、 与推力特性有关的几个特征速度与推力特性有关的几个特征速度 北航509第三章：第三章： 引言引言 准定常直线飞行，燃油逐渐消耗。准定常直线飞行，燃油逐渐消耗。 典型巡航飞行剖面典型巡航飞行剖面 运动特点运动特点 术语：续航性能术语：续航性能 (Cruise Performance) 指飞机持续飞行的指飞机持续飞行的远度远度和和久度久度。 主要指标主要指标 航程航程L、航时、航时T、活动半径、活动半径RLssTssLxhTxhLxihTxih典型巡航飞行剖面典型巡航飞行剖面 xihxhssTTTTxihxhssLLLL总航程、航时中，总航程、航时中，巡航段约占巡航段约占90。北航509xihxh

3、ssTTTTxihxhssLLLL飞机携载荷在平静大气中沿预定航向飞机携载荷在平静大气中沿预定航向耗尽其可用燃油所经过的水平距离耗尽其可用燃油所经过的水平距离 航程和航时航程和航时 航程航程L 技术航程技术航程携载荷携载荷,无备份无备份油油 实用航程实用航程携载荷携载荷,有备份有备份油油转场航程转场航程无载荷无载荷,有备份有备份油油航时航时T 飞机携载荷在平静大气中耗尽飞机携载荷在平静大气中耗尽其可用燃油所能持续飞机的时其可用燃油所能持续飞机的时间间 技术航时技术航时携载荷携载荷,无备份油无备份油 实用航时实用航时携载荷携载荷,有备份油有备份油总航程、航时中，总航程、航时中，巡航段约占巡航段约

4、占90。本章以喷气飞机为本章以喷气飞机为例讲解该段例讲解该段 续航性能取决于可用燃续航性能取决于可用燃油量和燃油消耗速度油量和燃油消耗速度 3-1基本定义和公式基本定义和公式 北航509)(bybkyzldmzkyWWWWWW 可用燃油量和巡航段燃油量可用燃油量和巡航段燃油量 机载总油量机载总油量 地面试车、滑行地面试车、滑行 死油死油 （不可用）（不可用）降落前小航线降落前小航线及着陆及着陆 备用油备用油 20%)(xihsskyxhWWWW起飞起飞,上升上升 下滑下滑 20%3-1基本定义和公式基本定义和公式 北航509燃油消耗速度燃油消耗速度 发动机发动机台数台数 发动机发动机耗油率耗油

5、率 单台单台推力推力 小时耗油量小时耗油量 飞机飞行飞机飞行1小时发动机所消耗的燃油质量小时发动机所消耗的燃油质量(kg/h) fkhhiPqq 地速地速(即无风空速即无风空速) 公里耗油率公里耗油率 飞机相对于地面飞行飞机相对于地面飞行1公里所消耗的燃油质量公里所消耗的燃油质量(kg/km) ViPqVqqfkhhkm3-1基本定义和公式基本定义和公式 北航509TGTGGTTgq2112xhhdd 1221GGLLxhgqGLLkmdd巡航段航程和航时的基本公式巡航段航程和航时的基本公式 设无风，空速设无风，空速V亦即地速。并设飞机质量变化只源于耗油。亦即地速。并设飞机质量变化只源于耗油。

6、则则dT时间内时间内: TqWmdddhhhdddgqGqmT kmhdddgqGgqGVTVdL 若巡航段重量变化：若巡航段重量变化： )(2121GGGG则则 3-1基本定义和公式基本定义和公式 KGqiPqq khfkhh 构形）构形）特定特定飞机飞机;,(GnHVqKVGqVqqkmkhhkm 为了确定为了确定qh、qkm，采用准定常假设：，采用准定常假设： 每瞬时飞机作定直平飞每瞬时飞机作定直平飞 KGPiPPPPpxfkypxky GiPKf 构形）构形）特定特定飞机飞机;,(GnHVqh 由任务所明确，由任务所明确，否则用净形否则用净形 北航509v给定飞行状态，确定续航性能给定

7、飞行状态，确定续航性能 按任务的两类续航性能计算问题按任务的两类续航性能计算问题 v选择飞行状态得到最佳续航性能选择飞行状态得到最佳续航性能 精确求解应综合上升、巡航、下滑最优精确求解应综合上升、巡航、下滑最优 实践证明，可以寻求巡航段最优，并选择实践证明，可以寻求巡航段最优，并选择上升、下滑段的飞行状态和相应发动机工作状上升、下滑段的飞行状态和相应发动机工作状态使耗油最少，并兼顾航程和航时。态使耗油最少，并兼顾航程和航时。 本章仅讨论巡航段特点本章仅讨论巡航段特点 。3-1基本定义和公式基本定义和公式 北航509给定给定由任务决定由任务决定否则用净形否则用净形 随随G而变而变随耗油随耗油逐渐

8、减轻逐渐减轻qkm, qh V, H, n, G; 构形构形随燃油消耗随燃油消耗, G 飞行特点飞行特点 等速平飞等速平飞Cy() Cx(n) 飞行中需逐渐推杆收油门飞行中需逐渐推杆收油门 耗油特点耗油特点 可选最佳可选最佳V、H组合使一定构形、重量下的耗油最少组合使一定构形、重量下的耗油最少3-2 定高定速巡航的航程和航时定高定速巡航的航程和航时(喷气飞机喷气飞机) 北航509出发方程出发方程 图解积分法求解图解积分法求解 ,d12khxh GGGGgqKT xhxhVTL 计算步骤计算步骤 确定确定G1，G2： ,ssqf1gWGG xh12gWGG 起飞线重量起飞线重量 起飞爬升起飞爬升

9、需用燃油需用燃油 巡航可用巡航可用燃油燃油 给定一系列给定一系列G值值, GG1,G2 已知已知H查大气表查大气表 ,a 查极曲线查极曲线 M=V/a 计算计算)(221GfSVGCy );,(构构形形yxCMfC K=Cy/Cx 3-2 定高定速巡航的航程和航时定高定速巡航的航程和航时(喷气飞机喷气飞机) 估算估算=(H,M,n)=(H,M,Pf) 计算计算Pf = G/(iK)近似于近似于G/(iK) 计算计算qkh = qkh (H,M,n)= qkh (H,M,Pf) 计算、绘制计算、绘制 曲线曲线 GGgqKkh Lxh =VTxhGGgqKkh 2G1GTxh北航509数值方法数值

10、方法 如何确定按常值如何确定按常值H、V方式巡航的最佳状态？方式巡航的最佳状态？ 喷气飞机的基本规律喷气飞机的基本规律 给定一系列给定一系列(H,V)值组合，求出相应值组合，求出相应 Txh与与Lxh ，从中找出从中找出Txh.max与与Lxh.max及其对应的及其对应的(H,V)状态状态 maxd12khxh GGGGgqKT 1.给定给定H （不计（不计qkh 、随速度的变化）随速度的变化）G / K = Ppx min Vjh = Vylmaxxhxh VTLG / (KV) = Ppx /V min Vyh 3-2 定高定速巡航的航程和航时定高定速巡航的航程和航时(喷气飞机喷气飞机)

11、2. 有利巡航高度有利巡航高度 VjhVyhVPpx0主要考虑主要考虑qkh而选取而选取 v当当H,M给定，给定，qkhn巡航巡航 nmaxvH 11km, 随随H , qkh v随随H , 则则Vjh ,Vyh , 故故qkh ， 但亚、跨音速区增长不显著但亚、跨音速区增长不显著 有利巡航高度在有利巡航高度在跨音速升限附近跨音速升限附近,油门接近油门接近n巡航巡航G1G2巡航重量逐巡航重量逐渐下降，按渐下降，按什么重量选什么重量选取巡航速度？取巡航速度？北航509最佳巡航特点最佳巡航特点 巡航中速度、高度不变限制了续航性能的最优化。应考虑飞机重巡航中速度、高度不变限制了续航性能的最优化。应考

12、虑飞机重量的不断变化。这里结合涡喷发动机特点，讨论最佳续航规律。量的不断变化。这里结合涡喷发动机特点，讨论最佳续航规律。 通常对应于通常对应于11km以上的高度，即在同温层，此时以上的高度，即在同温层，此时(11km H 20km): ,11aaH ,11.kh.khqqH 1111.ky.ky HHPP ,11 H假设等速平飞假设等速平飞 GY SMaCGHyH222 SMaCGy22112 GnMg),( QPH .kySVPCHHx221.ky SMaPi22111111f.112 ),(nMf 3-3 喷气飞机最佳巡航特点喷气飞机最佳巡航特点结论结论 一旦初始定直平飞，且保持一旦初始定

13、直平飞，且保持M,n不变，巡航中无论不变，巡航中无论G,H如如何变化，勿需调整何变化，勿需调整Cx(通过通过)均能自动保持切向力平衡，均能自动保持切向力平衡，这时这时Cy也不变。随燃油消耗，飞机缓慢上升也不变。随燃油消耗，飞机缓慢上升(H )。 某一某一G下下 GMnqGMnKMnMnqKGqq),(),(),(),(h11kh.11khh GMnqGMaMnqMaqq),(),(km11h11hkm 故最佳巡航问题演变为寻求适当的故最佳巡航问题演变为寻求适当的(M,n) 组合，使组合，使min),(hMnqmin),(kmMnq久航问题久航问题远航问题远航问题按等速定油门稳杆方式巡航按等速定

14、油门稳杆方式巡航 21kh.1111xhlnGGgqKT 21kh.111111xhlnGGgqKMaL 北航509计算最佳巡航状态参数计算最佳巡航状态参数 给出一组给出一组n，对于每一，对于每一n，给出一组，给出一组M 由由n,M查发动机曲线查发动机曲线 Pf.11, qkh.11, 11 查极曲线查极曲线 Cy 计算计算SMaPiCx221111f11112 xyCCK/ 每一每一n下，计算、绘制下，计算、绘制或或曲线。曲线。kh.1111gqKfT MgqKMafLkh.111111 找出该找出该n的最大值的最大值max( fT ) 或或max( fL )及相应的及相应的M 。 作作ma

15、x( fT ) 或或max( fL )n曲线。曲线的最高点对应于曲线。曲线的最高点对应于max.max( fT ) 或或max.max( fL ) ，相应的，相应的n,M为久航、为久航、远航状态参数远航状态参数为什么这里为什么这里n,M(均为切均为切向参数向参数)能够能够任意组合？任意组合？ 3-3 喷气飞机最佳巡航特点喷气飞机最佳巡航特点北航509着陆前必备着陆前必备 起飞重量起飞重量 参数参数G1、G2的确定的确定根据上升方式根据上升方式, 作出上升时作出上升时HG曲线曲线迄今迄今G1、G2及及H1、H2尚未知尚未知HG选定选定n、M后，计算后，计算 , 作出相应的作出相应的HG曲线曲线

16、SMaCGyH22112 下滑终了的重量已定，为下滑终了的重量已定，为 gWWWWGG)(bybkyzlzqf Gks根据下滑方式根据下滑方式, 作出下滑时作出下滑时HG=G +Wxihg曲线曲线 G由由与与交点定出交点定出G1, H1 ; 、交点定出交点定出 G2, H2 G1H1H2G23-3 喷气飞机最佳巡航特点喷气飞机最佳巡航特点北航509GxGGx - -G定义：最大活动半径定义：最大活动半径 飞机由机场出发，飞到目标上空完成一定飞机由机场出发，飞到目标上空完成一定任务后再返回原机场所能达到的最远距离任务后再返回原机场所能达到的最远距离 最大活动半径计算最大活动半径计算 问题描述问题

17、描述 巡航开始、终了重量分别为巡航开始、终了重量分别为G1、 G2 ，执行任务消耗的重，执行任务消耗的重量量 G=(Wkz+Wtz)g，且，且L1=L2，确定确定Gx使使L=L1+L2max 。GLG1G2L1 = = L23-4 喷气飞机最大活动半径喷气飞机最大活动半径北航509求解求解 设巡航于设巡航于H 11km高度，按照定高度，按照定n,M最优巡航原理可得最优巡航原理可得 21max.maxkh.111111maxln)(GGqKMgaR 2max.maxkh.111111ln)(GGGqKMgax 21GGGGGxx 212)2(2GGGGGx xGGqKMgaR1max.maxkh

18、.111111maxln)( 3-4 喷气飞机最大活动半径喷气飞机最大活动半径北航509HMH1H2H3跨音速支跨音速支超音速支超音速支v 由定由定H、V方式巡航确定的久航和远航参数可方式巡航确定的久航和远航参数可指征飞机的最佳巡航，且指征飞机的最佳巡航，且 q km.min(P px / V)minqh.minP px.minv 一般一般Mjh在亚音速，在亚音速， Myh在跨音速附近。某些超音速在跨音速附近。某些超音速飞机随飞行高度增加到一定值时，在超音速区出现飞机随飞行高度增加到一定值时，在超音速区出现另一个另一个Myh；高度继续增加，跨音速区；高度继续增加，跨音速区Myh趋于消失。趋于消失。H 1H2 M 1 ， Mks2M 2)1) Vy.max 2) (V P)max Myh