飞机性能工程：第三章 飞机限制边界

1、第三章 飞行的极限边界与运行限制1思考：飞机是否可以在任何高度飞行？ 速度是否受到限制？ 为保证飞行安全，避免发生结构损坏、解体、失速等影响飞行安全的事故或事故征候。需要对飞机的飞行速度范围、高度范围、飞行载荷、飞行环境等提出一些限制。21 平飞速度边界2 机动飞行与突风载荷3 抖振边界4 飞机的使用限制5 跑道强度对飞机的起降重量的限制第3章 飞行的极限边界与运行限制31 平飞速度边界 飞机在某一高度平飞，速度由油门位置来控制；油门对速度的调整有限度，减小速度，至少要能够保持平飞；增大速度，受油门最大位置限制。平飞速度有最大和最小速度边界，此外还受到其他因素限制，构成平飞速度边界。4（2）两

2、方面限制： Vmin=MAX（Vs，Vpower-limit）1、平飞最小速度Vmin（1）定义：飞机能维持正常、稳定平飞的最小速度1 平飞速度边界51、平飞最小速度Vmin1 平飞速度边界a）失速限制（低空） 低空时，FAFRE, 减小速度受到迎角的限制。 最小速度受失速速度限制。（2）两方面限制：61、平飞最小速度Vmin1 平飞速度边界（2）两方面限制：b）推力限制（高空) 高空时，速度减小，所需推力增大，可用推力减小，其左侧交点限制了最小速度。7（3）影响因素1、平飞最小速度Vmin1 平飞速度边界MhPW=CCLmax=cCLmax=f(M)Vmin,p 高度越大，推力限制 的最小速

3、度也越大。a）高度影响 高度越大，减小，Vs越大；8b）重量影响重量增大，升力增大，CLmax不变， Vs变大重量越大，所需推力越大， 推力限制的最小速度也越大。 （3）影响因素1、平飞最小速度Vmin1 平飞速度边界重量增加92、平飞最大速度Vmax（1）定义：在飞行重量、高度一定时，发动机在最大极限工作状态上工作所能达到的稳定平直飞行速度。1 平飞速度边界（2）限制： 发动机最大推力限制。 102、平飞最大速度Vmax1 平飞速度边界（3）影响因素：a）高度影响 Vemax随h增加而减小， 高空减小更快。FRE基本不变FAVh =112、平飞最大速度Vmax（3）影响因素：高度影响 1 平

4、飞速度边界随着高度的增加:低空：Vemax，但，所以VT,M高空：Vemax，但， 所以VT,MVTh122、平飞最大速度Vmax1 平飞速度边界（3）影响因素： 重量越大，推力限制的最大速度越小。重量增加133、理论速度包线与升限将Vmin-Hp、Vmax-Hp图绘在一张图中。1 平飞速度边界理论计算得到的飞机可以飞行的速度、高度范围。143、理论速度包线与升限1 平飞速度边界（1）影响：重量越大，包线范围越小。（2）理论升限：在理论上飞机能飞的最大高度。 a）R/C=0，爬升率为零，飞行时间无限长，不实用。 b）不稳定，只能在一个速度下飞行。可用推力降至与所需推力相切的高度，剩余推力为0，

5、爬升梯度为0，Vmax=Vmin=VE。154、使用(实用）飞行包线1 平飞速度边界为了安全，实际飞行不能到达理论飞行包线的边界。在小速度，要有个速度余量；在大速度必须遵守强度和操稳性的限制。16（1）最小允许速度4、使用飞行包线1 平飞速度边界把最小速度定义在失速前的抖振速度上；如果抖振不明显则以1.07Vs作为最小允许速度。174、使用飞行包线1 平飞速度边界（2）强度限制的最大允许速度限制动压： 速度过大时，飞机表面受动压 q 影响过大，会发生永久变形，降低操作性（副翼反效），甚至撤坏蒙皮、断裂，甚至解体。 规定最大当量空速Vemax=const。为使飞行员便于操作转换成表速：VMO=c

6、onst表速一定，HP=VT MVMO=CONST18 在高空，相同Ve的M数很大，会出现局部激波，抖动，反操纵等现象。 4、使用飞行包线1 平飞速度边界（3）最大允许M数为了避免上述现象，规定一个最大允许M数：MMO=constMMO不变，HP=VT，到36089ft后，VT不随高度变化。VMO/MMO194、使用飞行包线1 平飞速度边界（4）使用速度包线204、使用飞行包线1 平飞速度边界（5）实用升限 舱压限制：在实际飞行中，还应考虑飞机内外的压力差限制。 757-200要求不大于8.6磅/平方英寸，既飞行高度不高于42000ft。在实际飞行中，规定飞机保留了一定爬升能力的升限。（100

7、ft/min或300ft/min）215、平飞性能范围的划分1 平飞速度边界（1）划分原则： 在飞机飞行包线的范围内，根据飞机的稳定性和操纵性，把飞行的区域划分为两个范围。第一性能范围（正常操纵区）第二性能范围（反常操纵区）VmaxVEVmin225、平飞性能范围的划分1 平飞速度边界（2）平衡特性正常操纵区：具有稳定性Va,FRE,F0,飞机加速。Va,FRE,F0,飞机减速。反常操纵区：不具稳定性Vb,FRE ,F0,飞机加速。235、平飞性能范围的划分1 平飞速度边界（3）操纵特性：平飞加速正常操纵区: 在Va上处于平衡，欲加速，增大油门，FA，出现F0，使V 。同时D ，最后达到新的平

8、衡。反常操纵区: 在Vb上处于平衡，欲加速，增大油门，FA，出现F0，使V 。但D，F ，加速度增大，回不到平衡状态。只能再减小油门，使FW时，同时增大飞机的坡度，使升力的垂直分量等于飞机的重量，飞机水平转弯。向后拉杆，增大迎角，使LW,剩余推力做向心力，使飞机轨迹向上弯曲：法向加速度，衡量飞机的高度机动性衡量飞机的方向机动性272 机动飞行和突风载荷1、机动飞行过载ny的大小体现了曲线运动的机动性。过载的限制因素：空气动力限制飞机结构强度限制282 机动飞行和突风载荷1、机动飞行（1）空气动力极限载荷HP,W一定时，ny近似与Ve2成正比。负过载时，CLmax是正过载CLmax的0.7倍。V

9、eny292 机动飞行和突风载荷1、机动飞行（2）结构限制载荷为了防止结构破坏，残余变形，FAR25.337规定：正的过载不得小于2.5，不必大于3.8负过载在VC之前不能小于-1.0在VCVD之间线性减小到0。302 机动飞行和突风载荷1、机动飞行（3）机动飞行包线312 机动飞行和突风载荷1、机动飞行（4）特征点VA设计机动速度设计巡航速度 飞机在巡航时可用的最大速度。应比设计俯冲速度小20%。设计俯冲速度飞机的最大限制速度，在使用中不允许超过这个速度，否则可能会引起飞机的永久变形或损坏。322 机动飞行和突风载荷1、机动飞行（5）机动飞行限制机动飞行时，过载不得超过机动包线上的过载限制。

10、如：最大过载对飞机转弯时，对最大坡度的限制为66.4。 实际飞行中的坡度在1530。332 机动飞行和突风载荷2、阵风包线 平飞时，对称向上（向下）的垂直阵风，使（ ）使ny1(ny1)。(由阵风产生)平飞Veu 设计阵风速度342 机动飞行和突风载荷2、阵风包线FAR对所要考虑阵风u大小的有关规定。u guest VelocityEAS ft/s12.52538506620000ft50000ftGuest for VDGuest for VCGuest for VB352 机动飞行和突风载荷2、阵风包线VenVD+66ft/s+50ft/s+25ft/s-66ft/s-50ft/s-25f

11、t/s1VCVB阵风包线图：362 机动飞行和突风载荷2、阵风包线组合包线图：372 机动飞行和突风载荷2、阵风包线 VBVBM是穿越颠簸气流允许的速度范围。 实际中取比VB大一点的一个速度作为穿越颠簸气流的速度。381 平飞速度边界2 机动飞行与突风载荷3 抖振边界4 飞机的使用限制5 跑道强度对飞机的起降重量的限制第3章 飞行的极限边界与运行限制393 抖振边界飞机平飞的最小允许速度受到抖振迎角限制的抖振速度，小速度时有个抖振边界。大速度时，激波引起附面层分离，也有个抖振速度。403 抖振边界1、平飞抖振边界平飞，在给定高度、重量时有：MCLWMCL抖动抖动升力系数随M数的变化关系：413

12、 抖振边界1、平飞抖振边界MCLWCL抖动同一重量对应两个交点：低速抖动M高速抖动MMWHP=CHP平飞抖振边界W-M高度不变时，W，无抖振的速度范围减小；重量一定时，HP，无抖振的速度范围减小。423 抖振边界1、平飞抖振边界MWH=CH平飞抖振边界W-M利用这些图可以确定：给定HP、W，确定平飞时抖振限制的最大、最小M；给定W，确定1g平飞的最大高度和对应的M数；给定W、M，确定平飞的最大高度；给定HP、M，确定平飞最大重量；给定HP上，确定平飞最大重量和M。433 抖振边界2、机动飞行抖振边界在HP、W一定时，飞机可以在低抖振和高抖振间无抖振平飞，但载荷变化时也可能引起新的抖振。441

13、平飞速度边界2 机动飞行与突风载荷3 抖振边界4 飞机的使用限制5 跑道强度对飞机的起降重量的限制第3章 飞行的极限边界与运行限制451、重量限制4 飞机的使用限制2、重心限制飞机的重心不能超过规定的重心范围。在飞行过程中，飞机的重心位置是在不断变化的，重心范围是重量的函数。4647483、环境包线4 飞机的使用限制飞行高度限制温度限制起降机场限制4950B738与A320使用限制对比 飞机性能参数B737-800A320-200最大滑行重量(MTXW)168000LB(76T)167300磅（75.9T）最大起飞重量(MTOW)167500LB166400磅最大着陆重量(MLDW)14400

14、0LB145500磅最大无油重量(MZFW)136000LB137700磅最大起飞/着陆气压高度8400英尺（约2560米）9200英尺（约2804米）最大使用巡航高度41000英尺（12500米）39800FT最大使用速度VMO=340KIAS(指示空速) MMO=0.82MVMO=350 KIAS（指示空速） MMO=0.82M经济巡航高度33000-37500英尺（ 10000-11400米）33000-36000英尺（ 10060-10976米）平均巡航速度0.80M0.78M51B738使用包线A320使用包线524、过载限制 襟翼收上时： 襟翼放出时：4 飞机的使用限制535、发动

15、机使用限制4 飞机的使用限制546、襟翼起落架使用速度限制55564 飞机的使用限制7.其它571 平飞速度边界2 机动飞行与突风载荷3 抖振边界4 飞机的使用限制5 跑道强度对飞机的起降重量的限制第3章 飞行的极限边界与运行限制584 跑道强度对飞机的起降重量的限制ACN( Aircraft Classification Number) 飞机等级号（飞机分类号）PCN(Pavement Classification Number)道面等级号（道面分类号）1990年6月，ICAO附件14“Aerodromes”第一版引入了ACNPCN 系统，它提供了一个标准的、国际性的飞机道面等级系统，用于取

16、代世界上使用的 S、T、TT、LCN、AUW、WL 等各种等级系统。 ICAO 推荐采用 ACN 与 PCN 评价道面等级，确定由道面强度限制的飞机起降重量。 594 跑道强度对飞机的起降重量的限制1 PCNPCN反映了道面的承载能力， PCN越大，道面承载能力越强、允许起落越重的飞机。 PCN 90/R/B/X/T 、 PCN 38/F/A/X/U、.跑道的PCN由修建部门提供, 可以在机场细则中查到, 表示方法如下：60PCN后面的数字代表了该跑道的等级号,它与道面厚度、道面材料(水泥铺筑面还是沥青道面)有关。第一个字母可以是R或F, R(RIGID)代表刚性道面（硬道面） 即水泥铺筑面；

17、 F（FLEXIBLE）代表柔性道面（又称软道面） 即沥青铺筑面。 4 跑道强度对飞机的起降重量的限制1 PCNPCN 35/R/B/X/T614 跑道强度对飞机的起降重量的限制1 PCNPCN 35/R/B/X/T第二个字母可以是A、B、C、D之一， 反映了道基的强度的大小。 A 地下土质高强度 B 地下土质中等强度 C 地下土质低强度 D 地下土质特低强度 624 跑道强度对飞机的起降重量的限制1 PCNPCN 35/R/B/X/T第三个字母可以是X、Y、Z、W之一 代表允许的轮胎压力。 WXYZ轮胎压力高压中等压力低压超低压轮胎压力范围（兆帕）1.51.01.5(145218PSI)0.

18、51.0(72.545PSI)0.5 现在飞机的轮胎压力绝大多数218PSI, 属中压轮胎。个别机型(如MD82)使用高压轮胎。如要求飞机在砂石道面上起降则应用低压轮胎(如B737200、Be146100可选装低压轮胎)。634 跑道强度对飞机的起降重量的限制1 PCNPCN 35/R/B/X/T第四个字母是T、U之一，表示评价手段 T技术监定； U试飞或经验评定。644 跑道强度对飞机的起降重量的限制1、PCN65飞机等级号 ACN 的定义: ( 标准轮胎压力指1.2兆帕, 所需厚度指为能长期起降而又不损坏跑道所需道面厚度。) ACN与飞机重量、重心(它影响主起落架上的载荷)、轮胎压力、道面的软硬、道基强度有关, 见附表二。4