飞机性能分析的原始数据飞机的平飞性能-课件

1、飞机性能分析的原始数据飞机的平飞性能-课件飞机性能分析的原始数据 飞机的平飞性能 介绍飞机性能分析的主要原始数据 飞机的平飞性能 飞机的平飞性能参数介绍飞机的平飞性能 2/60飞机性能分析的原始数据 介绍飞机性能分析的飞第三章 飞机的飞行性能 前面讨论了飞机在飞行中空气动力的产生和变化规律，即空气动力学问题，从这一章开始，我们要研究飞行重心的移动和绕重心的转动两类问题。飞机的移动，是把飞机的质量集中到重心，即把飞机当作质点，讨论在外力(空气动力、发动机推力或拉力和重力)作用下重心的运动特性，也就是研究力的平衡问题。通常用来解决飞机飞多快、多远、多高、多久以及飞机的机动性能、起落性能等问题。这就

2、是本章所要讨论的飞机的飞行性能。 飞机绕重心的转动将在下一章研究。第三章 飞机的飞行性能 前面讨论了飞机在飞行中空气第三章 飞机的飞行性能31 飞机性能分析的原始依据 32 飞机的平行性能 第三章 飞机的飞行性能31 飞机性能分析的原始依据31 飞机性能分析的原始依据 一、飞机重量G二、空气动力R 三、发动机推力P 31 飞机性能分析的原始依据 一、飞机重量G31 飞机性能分析的原始依据 讨论飞机的飞行性能，就是分析作用在飞机上的外力和飞机重心运动之间的关系，因此，分析飞机的飞行性能，就必须首先知道作用在飞机上的外力，以及这些外力与飞行速度、飞行高度之间的关系。 在正常飞行中，作用在飞机上的外

3、力有飞机的重力G，空气动力R，发动机的推力或拉力P。各种飞行情况下，G、R、P的大小及它们的变化规律，就是分析与计算飞行性能所需要的原始数据。31 飞机性能分析的原始依据 讨论飞机的飞 一、飞机重量G 通常对给定的飞机，在各种使用情况下的重量或重量的突然变化(如投弹、扔副油箱等)，都是事先可以确定的。因燃料消耗而引起的重量逐渐变化的规律，则可根据发动机的耗油特性来确定。 在飞行过程中，飞机重量在不断的变化。为了简化计算，在性能计算时，常常把飞机重量当作一个已知的常量。为了使计算较为合理，有时对不同的性能计算问题采用不同的重量。 一、飞机重量G 通常对给定的飞机，在各种使用 对一定的飞机来说，飞

4、行中作用在飞机上的空气动力R取决于飞机的飞行速度、高度和气流与飞机的相对位置。根据空气动力学的处理方法，将空气动力R分解为升力Y，阻力X和侧力Z并表示为式中 、 、 分别称为飞机升力系数、阻力系数和侧力系数。侧力Z是垂直于升力Y和阻力X的。通常飞机主要作无侧滑飞行，此时侧力系数 。二、空气动力R 对一定的飞机来说，飞行中作用三、发动机推力P 涡轮喷气发动机的推力，一般与发动机转速n、飞行速度C和飞行高度H有关。通常进行飞行性能计算时，需要的发动机推力P一般以曲线形式给出。这类曲线包括转速特性、速度特性和高度特性。 所谓发动机的转速特性是指在一定的飞行速度C及高度H下，发动机的推力P和燃料消耗率

5、 与转速的关系。当发动机转速(即油门的开度)不变时，推力及燃油 消耗率随飞行速度及高度的变化关系， 称为涡轮喷气发动机的速度和高度特性。见图331，332。关于发动机燃料消 耗率的变化在讨论续航性能时再作介绍。三、发动机推力P 涡轮喷气发动机的推力，一般 由图332可见：涡轮喷气发动机推力随飞行速度的加快而增大，而随飞行高度的增加而减小。在低空和小M数(H=02公里，M=00.5)推力随速度的加快而略有下降。随着飞行速度的增加，喷气发动机推力由于通过发动机的空气流量相应增大而增大。随着飞行高度的增加，由于空气密度减小而引起发动机流量减小， 发动机推力相应减小。 当涡轮喷气发动机安装在飞机上，因

6、安装部位不同，进气道形式及尾喷管不同，从而引起不同程度的推力损失。这样，真正作用于飞机发动机的推力就将低于发动机特性曲线给出的数值(用P来表示)。很明显， 与P的关系应是 ，称为效率系数。通常飞行性能分析与计算时，应根据具体情况确定出 随飞行状态的变化规律，然后加以引用。 ，最低可至0.7左右。 由图332可见：涡轮喷气发动机推力随飞行32 飞机的平飞性能 一、飞机等速水平直线运动方程式 二、平飞所需速度 三、平飞所需功率 四、简单推力法 五、简单推力法确定飞机平飞性能 32 飞机的平飞性能 一、飞机等速水平直线运动方程式 32 飞机的平行性能 飞机的平飞性能是根据飞机在垂直平面内的等速水平直

7、线飞行来确定的。所谓垂直面的等速水平直线飞行，是指飞行航迹所在垂直平面与飞机的对称平面重合，飞行航迹为一水平直线，沿航迹各点的速度始终不变的飞行情况。等速水平直线飞行，是飞机整个飞行过程中最简单也是最常见的运动形式，是认识更复杂的运动形式的基础。本节首先建立平行运动方程式以及满足等速平飞所需的飞行速度和推力。然后着重分析平飞性能。 32 飞机的平行性能 飞机的平飞性能是 一、飞机等速水平直线运动方程式 飞机在垂直平面内等速直线飞行的情况如图333所示。 飞机在等速直线水平飞行时，作用在飞机上的外力有：飞机飞行重量G，发动机的可用推力 ，升力Y和阻力X。此时这四个力均在飞机的对称平面内。为了简便

8、起见，假定这四个力都通过飞机的重心，而且推力与阻力方向相反，略去P的脚注“可用”。 为了建立运动方程式，在飞机运动的垂直平面内取通过飞机重心的动坐标oxy。其中ox轴沿飞行速度方向：oy轴与ox轴相垂直并指向座舱方向。 一、飞机等速水平直线运动方程式 飞机在垂直 根据牛顿第二定律F=ma，飞机重心在垂直平面内运动的方程式为 式中 、 分别为外力在x轴和y轴方向投影的代数和，m为飞机的 质量为飞机重心在x轴方向航迹的切线方向的加速度， 为飞机重心在y轴方向航迹法线方向的加速度。由于是等速运动切向加速度 ；由于是直线运动，法向加速度 。飞机等速直线运动的方程式为 根据牛顿第二定律F=ma，飞机重心

9、在垂直平面内运动的 上式，实际上是一组静力平衡方程式，飞机的等速直线飞行，可以认为飞机的重心是处于受力平衡状态。上式是研究飞机在垂直平面内等速直线平飞、上升和下滑的基本方程式。 飞机等速直线平飞，是一种等速直线运动。其受力情况如图(333)所示。将外力分别投影到x轴和y轴，根据332式可得 或 上式就是飞机等速直线水平飞行的近似方程式。 该式表明为保持飞行速度不变，推力同阻力应相等。为保持飞行高度不变，升力同重力应相等。 上述保持平飞的两个条件也并不是各自孤立的，而是互相依存，互相联系的。其中任何一个条件不能保持，都会引起飞行高度和飞行速度发生变化。比如升力与重力不平衡，飞机的运动轨迹必将向上

10、或向下弯曲，而引起飞行高度发生变化。并且当运动轨迹变化以后，在重力的作用下，飞行速度亦将发生变化。又比如推力和阻力不平衡，飞行速度发生变化，势将导致升力也发 上式就是飞机等速直线水平飞行的近似方程式。 该式表明为生变化，使飞机由直线运动转变为曲线运动。这样，飞行高度也必然发生变化。 为了保持上述各力的平衡关系不被破坏，各力绕重心的力矩还必须取得平衡。例如俯仰力矩不平衡，引起机翼迎角改变，升力和阻力随之改变。各力的平衡关系将无法保持。 飞机性能分析的原始数据飞机的平飞性能-课件二、平飞所需速度 保持平飞，需要有足够的升力以平衡飞机重量。为了产生这一升力所需的飞行速度，叫平飞所需速度。用符号 表示

11、。 在平飞中，升力应与重力相等，即据此，可推出平飞所需速度 的计算公式为 以上式可知，影响平飞所需速度的因素育四个，即G、 、 和S。其影响情况是：飞机重量G二、平飞所需速度 重，为保持平飞所需的升力最大，在其它因素不改变的条件下，平飞所需速度势必增大，飞机重量轻，平飞所需速度就小，同理机翼面积A小， 就大；反之A大，则 就小，空气密度 小， 就大。反之， 大，就小，飞机升力系数大 ， 小。反之， 小， 就大。 对同一架飞机来说，机翼面积是不变的。在一定高度上平飞，空气密度也是不变的。飞机重量除了因载重改变会有所改变外，在一般情况下变化不大。由此可见，在同一高度上飞行，平飞所需速度主要是随升力

12、系数的变化而变化。 迎角不同，升力系数也不同，可见，平飞所需速度与迎角有密切的关系。在小于临界迎角的范围内，以 重，为保持平飞所需的升力最大，在其它因素不改变的条件下，平飞大迎角平飞，升力系数大，平飞所需速度小；以小迎角平飞，升力系数小，平飞所需速度大。所以，平飞中每一个迎角均有一个相对应的平飞所需速度。 (一)平飞所需推力 飞机在一定高度上以不同的飞行速度进行等速直线平飞时所需要的发动机推力，称为平飞所需推力，用 表示。平飞需用推力与阻力相等，即 将(334)式代入上式，即得 大迎角平飞，升力系数大，平飞所需速度小；以小迎角平飞，升力系 代简后便得 从以上推导可知，式中 与平飞所需推力之间关

13、系，表明了当迎角改变时，平飞所需速度和阻力系数两者对平飞所需推力的影响。因 为升阻比K，故上式可写为 由此可见，平飞所需推力与飞机重量成正比，而与飞机的升阻比成反比。即是说，飞机重量越重，平飞所需推力越大，升阻比越大，平飞需用推力越小。 代简后便得 （二）平飞所需推力曲线 当高度一定时，平飞所需推力随飞行速度C变化的曲线，叫做平飞所需推力曲线或平飞需用推力曲线。平飞需用推力曲线是分析飞机性能的主要依据。 当给出了一架具体飞机的极曲线以后，就可以用前式按下述步骤来计算每一给定高度上的平飞需用推力曲线。 1、当高度一定时，空气密度可由标准大气表查得。 2、对于给定的速度C或M数,可以由前相关工式算

14、出对应的C值。 3、根据或M数由极曲线查出，并算出升阻比K。 4、根据飞机的飞行重量，按前式算出。 5、以纵坐标表示平飞所受推力，以横坐标表示平飞 （二）平飞所需推力曲线速度，根据算出的 和给定的平飞速度，就可画出平飞所需推力曲线如图334所示。 在图334中，还给出了迎角a的变化趋势。可以看出，在一定高度下，随着平飞速度增加，平飞迎角是逐渐降低的。反之，迎角则逐渐增加。迎角的这一变化趋势，在平飞所需速度与迎角的关系中已作了说明。 从图334中可以看出涡轮喷气飞机平飞所需推力随飞行速度变化的般趋势： 1、亚音速阶段 在亚音速范围内飞行时，因为飞机升阻比的大小基本上只取决于飞机迎角的变化。即是说

15、，以有利迎角平飞，升阻比最大，平飞所需推力最小。而以大于或小于有利迎角平飞，所需推力随着升阻比的减小而增加。平飞所需推力最小时所对应的速度为有利速度。速度，根据算出的 和给定的平飞速度，就可画出平飞所需推力2、跨音速阶段 在跨音速范围内飞行时，随着飞行速度的增加，波阻迅速增大，这使升阻比急剧降低，平飞所需推力约与速度的五次方成正比地急剧增长，这就是为什么在跨音速范围内飞行时，飞机加油门使发动机的推力增加很多，而飞行速度却增加不多的道理。 3、超音速阶段 在超音速范围内平飞时，因阻力系数随飞行速度的增加而减小，其所需推力随飞行速度加大而增长的程度，就要比跨音速范围内的缓和。 通常，要对不同给定高

16、度重复上述计算，从而得出不同高度的需用推力曲线。图335为某飞机在不同高度上的平飞需用推力曲线。 飞机高度升高时，空气密度下降，对应于同 值要保持乎飞，则平飞速度要增大，所以平飞所需推力曲线随高度的升高而向右移，见图335。2、跨音速阶段 三、平飞所需功率 平飞中，需要一定的推力来克服阻力而对飞机作功，每秒钟所需作的功就是平飞所需功率。 平飞所需功率可用下式求得，即 从上式看出：平飞所需功率的大小，决定于平飞所需推力和平飞速度的大小。其中任何一个因素变化，均引起平飞所需功率增大。同平飞所需推力一样，也可作出平飞所需功率曲线。平飞所需功率曲线其形状与平飞所需推力曲线相似，故此不予给出。平飞所需功

17、率曲线也是分析飞机基本飞行性能的依据。三、平飞所需功率 平飞中，需要一定的推力来克服阻 四、简单推力法 从飞机在垂直平面内等速直线运动方程式出发，利用飞机的极曲线和发动机特性曲线，确定飞机的基本飞行性能的方法，就称为简单推力法。 四、简单推力法 从飞机在垂直平面内等速直线运 五、简单推力法确定飞机平飞性能 确定飞机平飞性能时，把不同高度上平飞需用推力曲线和相应高度上的满油门状态可用推力曲线按同一坐标绘制在一张图上，该图称为推力曲线图，如图336所示。通常飞机重量可用一个平均重量 ， 为起飞重量， 为降落重量。飞机的平飞性能主要包括最大平飞速度、最小平飞速度、平飞速度范围、有利速度和经济速度等。

18、 五、简单推力法确定飞机平飞性能 确定飞机平飞性五、简单推力法确定飞机平飞性能(一)最大平飞速度(二)最小平飞速度(三)飞行范围(四)有利速度 (五)经济速度(六)巡航速度 五、简单推力法确定飞机平飞性能(一)最大平飞速度 (一)最大平面飞速度 飞多快是指量大平飞速度，这是一架飞机速度快慢的指标。飞机经常作水平飞行。在水平飞行情况下的最大速度在作战或运输中，最有代表意义。所谓最大平飞速度是指一架飞机在水平飞行条件下，在一定距离内（一般应不小于3公里），发动机在加满油门时，所能达到最大的速度。通常以符号 来表示。 飞机以最大平速度飞行不能维持很久因为这时发动机的推力达到最大，若是时间太长，就会使

19、发动机遭到损坏。同时消耗的燃油也太多，这和人跑百米一样，以跑百米的速度跑长跑，人是受不了的。同样的，飞机在作长途飞行时，也不能以最大平飞速度，而是以巡航速度飞行。以巡航速度飞行时最经济，航程也最远。 (一)最大平面飞速度 飞多快是指量大平 无论歼击机，轰炸机都需大的 。连运输机也需要高一些。但是其中也有主次。对歼击机来说， 更重要一些，歼击机靠它来追上敌机，予以歼灭。同时也靠它退出战斗争取主动。现代优良的歼击机的最大平飞速度约为每小时2000到2500公里(M数大于2)，有的也有M数达到或超3的。 创造世界纪录的飞机，都是以最大平飞速度的大小作为评判标准的。 要提高飞机的最大平飞速度，一方面要

20、尽可能增大发动机推力(不增加发动机重量和尺寸)，另一方面要尽可能降低它的阻力。详细分析如下： 从推力曲线图可以看出，某高度的最大平飞速度 就是该高度的满油门的可用推力曲线和需用推力曲线的最右边的交点所对应的速度。此时， 。所以 无论歼击机，轰炸机都需大的 。 据此，可得出最大平飞速度的计算公式为 上式表明，影响最大平飞的因素为：满油门时的可用推力( )，飞机的阻力系数 ，空气密度 ，和机翼面积A。可见满油门的可用推力越大，最大平飞速度越大；如阻力系数、机翼面积、空气密度中的任何一个因素增大，都会引起最大平飞速度降低。因此，航空维修人员，不仅要维修好动力装置，以便发出尽可能大的可用推力，而且要维

21、修好飞机的流线外形和表面质量，使飞机阻力系数不致增大，否则，飞行中飞机就达不到应有的最大平飞速度。 找出不同高度的 ,就可以绘制 随高度H的变化曲线，如图337所示 。 （二）最小平飞速度 最小平飞速度是飞机作等速平飞能保持的最小速度，根据Y=G，可得到 由此可见，对一定飞行高度H(P一定)，当升力系数 等于最大升力系数 (相当于迎角 等于临界迎角 )时，平飞速度最小。 以临界迎角飞行时，机翼呈现显著的气流分离，用与此相对应的平飞最小速度飞行，容易形成失速。即使用稍小于临界迎用的某一迎角 飞行，飞机就开始呈现抖动现象，一般不宜用这些迎角平飞。所以上面对应 的最小平飞速度只具有理论意义，并无实用

22、意义。实际上最小平飞速度应由飞行安全条件允许的升力系数 安全来确定，称为允许最小平飞速度。 飞机性能分析的原始数据飞机的平飞性能-课件 （338） 按飞行条件确定 约为（0.7-0.9） 具体数据根据飞行试验结果确定。显然 。 在推力曲线上，两曲线最左边的交点所对应的速度就是平飞最小速度。如两曲线不相交，平飞需用推力曲线最左边的一点所对应的速度也就是最小平飞速度，见图336。 找出不同高度 的后，就可绘制平飞最小速度 随高度H变化的曲线(图338)。 飞机的起降性能与飞机最小平飞速度有关。因为平飞最小速度愈小，飞机起飞着陆时所需跑道也愈短。对于空投运输机， 愈小就能愈使空投物资和伞兵的散布面积愈小。 (三)飞行范围 由飞机可以进行定常直线平飞的速度和高度所勾划出来的范围，就是飞机作等速运动的范围。飞行范围可由 和 曲线定出(图339)飞行范围的边界称为速度包线。根据飞机结构强度的规定，飞行中的动压 不得大于容许的最大动压 ；根据飞机操纵性、稳定