固定翼无人机技术-飞机基本飞行性能

飞机基本飞行性能

飞机基本飞行性能7.1

用简单推力法确定飞机的基本性能

平飞所需推力

飞机在空中主要受三个外力的作用：空气动力R，发动机推力/拉力T，重力G（如图）。也可以将空气动力分解成升力L、阻力D和侧力C。外力一般不通过质心，将引起绕质心转动的力矩，从飞行性能的角度，由于操纵面偏转可使力矩平衡，实际还常忽略操纵面偏转对力平衡的影响。平飞所需推力

飞机作等速直线水平飞行叫平飞。平飞时，飞机运动方程可写为

平飞中为使飞行速度保持不变必须使发动机推力等于飞行阻力。平飞中为克服飞行阻力所需的发动机推力就叫平飞所需推力，记为TR，即平飞所需推力上面两式左右分别相除：得到：阻力系数平飞所需推力

CD0为零升阻力系数，一般是飞行Ma的函数（见图）；CDi为诱导阻力系数。一般在迎角较小时（CL≤0.3），CDi＝ACL2，诱导阻力系数因子A为Ma的函数；当迎角较大（CL＞0.3）时，CDi除随Ma而变外，还是迎角（即CL）的复杂函数，在某些飞机说明书中以诱导阻力曲线的形式给出（见图）。ΔCDh是考虑到不同高度的雷诺数影响系数平飞所需推力

典型的平飞所需推力曲线如图所示。从图中可以看出，在一定的高度上，TR开始时（小速度）随平飞Ma增大而减小，并在某Ma＝Maav时达到最小值；最后随着平飞Ma的增大而增大。原因是：在小Ma（速度）时，平飞迎角很大，诱导阻力系数很大，因而诱导阻力很大，是构成平飞所需推力的主要成分。平飞所需推力

如图某超声速飞机平飞所需推力曲线随高度变化的情况。由图中可以看出随着高度升高，Maav将逐渐增大，TR曲线将变得越来越平缓。原因是高度升高，大气压力下降，零升阻力明显下降的缘故。零升阻力减小，诱导阻力增大共同作用的结果，Maav将随高度升高而增大。可用推力

可用推力是指安装在飞机上的发动机实际提供给飞机用于飞行的推力，即考虑飞机进气道损失、尾喷管增益和功率提取、引气等修正后的发动机推力。

左下图（左）给出了涡轮喷气发动机的可用推力随Ma的变化规律，即所谓发动机的速度特性；左下图（右）给出了涡轮喷气式发动机的可用推力随高度的变化规律，即所谓发动机的高度特性；右下图为涡扇发动机可用推力随速度和高度的变化特性。平飞性能的确定

平飞性能主要是指平飞最大速度、最小速度和有利速度。为了确定飞机的平飞性能，首先应将不同高度上的平飞所需推力曲线和相应飞行高度的满油门状态下的可用推力曲线绘制在同一张曲线图上，称为推力曲线图。如图为某超声速飞机推力曲线图。平飞性能的确定

平飞最小速度是指，在一定高度上飞机能作等速直线水平飞行的最小速度。现代超声速战斗机中低空飞行时的平飞最小速度，一般由最大允许升力系数CLmax决定。

现代超声速战斗机的最大允许升力系数CLmax一般随Ma而变，不是一个常数。平飞性能的确定

因此为确定Mamin必须求解下述联列方程。

为此，应该在最小平飞速度附近适当选取一系列Mai（i＝1，2，3……），根据升力等于重力的条件算得一系列升力系数。最大上升率和升限的确定

上升率（rateofclimb）Vv是指飞机在等速直线飞行中每秒内上升的高度，即

其中：γ为航迹倾斜角，在上升的飞行中也叫上升角最大上升率通过图解求得给定一系列Mai（i＝1，2，3……），计算Vi=Mai由推力曲线上求得各Vi（即Mai）对应的剩余推力ΔTi，并算出ΔTi˙Vi以（ΔT˙V）为纵坐标，速度V为横坐标，作（ΔT˙V）~V曲线，从曲线的最高点（图7-13中）求得（ΔT˙V）max并计算123上升率随Ma、H变化曲线

超声速战斗机一般有两个快升速度；一个是亚声速快升速度；一个是超声速快升速度。原因是：超声速飞机的剩余推力有两个极值。其中一个极值点在亚声速区有利速度右侧附近，一个极值点在超声速区的最大可用推力Ma附近。这使超声速战斗机在高空具有两个上升率极值点。最大上升率曲线及静升限的确定

升限（ceiling）通常是指静升限（absoluteceiling），也叫理论升限，是飞机能保持等速直线水平飞行的最大高度，也就是最大上升率为零的高度。

实用升限（serviceceiling）应是：在给定飞行重量和发动机工作状态（最大加力、最大或额定状态）下，在垂直平面内作等速爬升时，对于亚声速飞行，最大上升率为0.5m/s时的飞行高度；对于超声速飞行，最大上升率为5m/s时的飞行高度。螺旋桨飞机的功率

与螺旋桨飞机配套的发动机包括活塞式发动机和涡轮螺桨发动机和电动机，其特性都是用功率（单位W）表示。计算此类飞机性能时，平飞所需动力用平飞所需功率表示，即发动机能够提供给飞机的动力，用可用功率Pa表示。可用功率是发动机折算功率Pc乘以螺旋桨效率η和发动机台数n，即Pa＝nηPc

发动机折算功率Pc是将涡轮螺桨发动机产生的喷气推力T折合进去后的总功率。Pc＝P＋TV/η基本飞行性能的影响因素

可知，升致阻力与重力的平方成正比。重力增加，升致阻力大增，而零升阻力不变。可见，重力增加主要影响所需推力的低速部分，对影响Vmax不大，但使ΔT减少，从而飞机上升率减小，静升限降低，爬升到预定高度的时间增加。机翼面积变化对平飞所需推力的影响

机翼面积S增加时，零升阻力增加，升致阻力减小，对平飞所需推力的影响如图所示。曲线向左移动，S增加使飞机Vmax降低。可用推力增加对飞行性能的影响

发动机推力增加，可用推力曲线在推力曲线图上向上移动（如图），剩余推力ΔT增加，Vmax和上升率都会增加，对改善飞行性能有利。特别是超声速飞机，由于高空时平飞所需推力曲线比较平坦，故推力增大对Vmax的增加效果明显。7.2

平飞包线与飞行限制动压限制温度限制稳定性和操纵性限制平飞包线与飞行限制

飞机基本性能计算结果，常常在高度—速度平面上用最大平飞速度和最小平飞速度随高度的变化曲线给出飞机作等速直线水平飞行高度—速度范围（图中的虚线）。飞机的平飞高度—速度范围叫做平飞包线（flightenvelope）。动压限制

动压限制（qmax）属于飞机结构强度和刚度限制。过大的动压，可能会使机体受到过大的空气动力作用，从而引起蒙皮铆钉松动，过大的变形甚至引起结构破坏。

由于中、低空飞行时，空气密度较大，表速较大，动压比较容易超出规定的数值。因此，动压限制对飞行员来说就是最大允许表速限制。温度限制

在环境温度一定的情况下，机体表面的气流滞止温度仅由Ma决定。因此温度限制在飞机包线上往往以Malim给出。=2.1=稳定性和操纵性限制

当飞机作超声速飞行时，其舵面效率将降低，方向静稳定性变差，严重的还可能出现副翼操纵失效或失去方向静稳定性。为了防止出现这种现象，保证飞机具有足够的方向静稳定性和操纵性，有必要限制最大飞行Ma。应当指出，除上述几种限制外，其他许多因素也可能造成飞机实际使用的最大速度提出限制，例如幻影Ⅲ飞机就曾因为助力器功率不足，而不得不限制它的最大速度。7.3

飞机性能的影响因素维护质量对飞机性能的影响飞行重量对飞机性能的影响气温的影响维护质量对飞机性能的影响

维护质量的好坏对飞机的基本性能具有明显的影响。不良的维护可以引起发动机推力降低，导致蒙皮漆层脱落，飞机表面积垢、划伤、压坑或变形、舱口盖不严或密封装置损坏等。这将使飞机零升阻力增加，平飞所需推力增大。

结果将会使飞机的最大平飞速度减小，平飞速度范围缩小；使平飞剩余推力减小，飞机最大上升率减小，升限降低。飞行重量对飞机性能的影响

平飞中飞机升力必须等于重力，否则飞机将不能做水平直线飞行。飞机重量增加，飞机升力必须随之增大。这要求飞机必须以较大迎角，即较大升力系数飞行，结果必然导致诱导阻力系数CDi的增大，使平飞所需推力增大，使飞行性能降低。气温的影响

气温对航空运营的影响是多方面的。飞机发动机推力的设定、机场跑道的设计与建设、飞机载量与油量的配置等都受气温的影响。最大平飞Ma和最大上升率以及静升限都将随气温的降低而增大；反之，气温升高，则发动机可用推力将减小，平飞最大Ma、最大上升率及升限将随之下降。本章思考题

1.简述用“简单推力法”确定飞机基本飞行性能的原理和步骤。2.上升角和上升率有什么区别和联系?快升速度与陡升速度有什么区别？3.如何用简单推力法计算螺旋桨飞机的基本性能？4.什么是平飞包线，其边界是如何确定的？5.简述使用维护和气温对飞行性能的影响。本章计算题1.某飞机质量5100kg，在某一飞行状态下的可用推力为2500kg，升阻比为6。