7、飞行力学第二章2.5

第二章

飞机飞行性能

之

起飞/着陆性能共50页1飞行器飞行力学内容引言2.5.1起飞性能2.5.2着陆性能2.5.3单发停车故障对策2.5.4改善起落性能的措施2.5.5风切变对起落性能的影响小结共50页2飞行器飞行力学2.5：引言

速度改变很快的非定常运动地面滑跑时承受地面对机轮的支反力和摩擦力地面运动及近地飞行时需要考虑气动力的地面效应影响构形变化：放下起落架、打开襟翼等增升装置、使用减速板等等起飞着陆的运动及受力特点地面效应：当飞机接近地面飞行时，由于地面的限制使机翼的下洗减小，使有效迎角增加，从而增加升力，减小诱导阻力，增加俯仰稳定性的现象。共50页3飞行器飞行力学地面效应(groundeffect)

地面效应产生的原因在物理学上还有争议，一般认为是因为气流在机翼和地面/水面之间形成了一个高压气垫而产生了更大的上扬力。但是风洞实验指出，高压气垫虽然存在，但是地面/水面主要作用为扰乱翼尖涡流，减小下洗。在没有翼尖涡流的情况下，机翼的迎角更接近理论值，从而增加升力、减小诱导阻力。产生原因对安全的影响地面效应的作用高度范围等同于飞机的展长。起飞时易拉起，但此时飞机处于低速大迎角范围，非常接近失速，当飞机爬升超过地面效应作用范围后，翼尖涡流的下洗开始增强，造成相对气流偏移，结果使迎角进一步增大，更接近于失速。此时飞机若未能加速到更安全的速度，将有可能进入失速，直接威胁飞行安全。着陆时也有类似情况。共50页4飞行器飞行力学地面效应综合分析近地面翼尖涡削弱近地面上下洗削弱

CL

MaTR导致1)升力系数增加2)诱导阻力减少3)产生附加低头力矩(T型尾除外)共50页5飞行器飞行力学主要性能指标起飞:离地速度，滑跑距离，起飞距离，起飞时间着陆:接地速度，滑跑距离，着陆距离，着陆时间

距离短,时间少,离地/接地速度低

性能好.地面效应的应用

速度快.航速是普通舰艇的10倍甚至更高,是气垫船的3倍以上.安全性高.低空飞行,可随时降落;不易被雷达发现.抗浪性好.小型机1米左右,中型机3米左右,大型机5米左右.设计与制造费用低,售价约为同级飞机的50%~60%.地效飞行器赛车设计优点共50页6飞行器飞行力学飞机从起飞线开始滑跑，离地并爬升到机场上空安全高度的这一加速过程称为起飞。本节主要讨论前三点式飞机起飞性能。

根据机场四周障碍物选取，常采用25m、15m或10.7m，与飞机类型有关。一、概念：起飞

2.5.1飞机的起飞性能

共50页7飞行器飞行力学稳定上升平飞加速初始稳定上升起飞线起飞滑跑上升加速收起落架收襟翼前三点式飞机的起飞过程VRVlo安全高度VHVH2V4三轮滑跑两轮滑跑VR(抬前轮)=0.7~0.9VloVlo

(离地)VH(安全高度)=1.3Vlo(或按规范)H>122m共50页8飞行器飞行力学应分别对抬前轮前后两段进行数值积分后相加。因为两段中飞机姿态不同，其迎角及升、阻系数也不同。

假设滑跑过程中的两主轮着地，推力与地面平行。二、地面滑跑距离d1和时间t1的计算精确计算

近似计算

共50页9飞行器飞行力学共50页10飞行器飞行力学缩短滑跑距离和时间的措施

起飞需尽快获取能量,并产生足够大的升力系数可用数值积分或图解积分求解。注意：气动特性中考虑相应的构形和地效。共50页11飞行器飞行力学其中，离地升阻比，由起飞极曲线确定假设为匀加速运动过程，工程估算

(Ta)av由Ta~V曲线取平均值，可取为0.9T0（T0

V=0，发动机起飞状态）00共50页12飞行器飞行力学对于Ta/W和W/S均较大的高速飞机，忽略气动力的影响。粗略估算

00共50页13飞行器飞行力学（对距离和时间分别按T取统计平均）共50页14飞行器飞行力学离地条件

发动机安装角离地升力系数，据飞机近地面、起飞襟翼构形的升力特性和

lo确定。限制条件三、离地速度的确定0.2~0.3m共50页15飞行器飞行力学运动特点

可近似用能量法进行估算。

四、空中段水平距离d2和时间t2的计算能量守恒共50页16飞行器飞行力学有地效,放起落架无地效,收起落架起飞距离/时间

共50页17飞行器飞行力学4标准操纵:通过机场上空，进行4转弯飞行。123一、着陆前准备放起落架放襟翼H≥200m，对准跑道着陆点，下滑至安全高度

2.5.2飞机的着陆性能

共50页18飞行器飞行力学飘落拉平平飞减速下滑地面滑跑地面减速段,按匀减速估算5~8m0.5~1m0.15~0.25m拉杆充分利用空气阻力减速;推杆前轮着地,由两点滑跑

三点滑跑;刹车空中减速段,用能量法估算飞机从安全高度(25米处)下滑过渡到地面滑跑，直至完全停止运动的整个减速过程。二、着陆过程H=25mVHVtd共50页19飞行器飞行力学经验指出，接地速度Vtd

进场速度VH

速度修正系数，取0.9～0.95

min{CL.sh,CL.pt,CL.δmax},计及地效、襟翼处于着陆位置三、接地速度和进场速度的确定飞机主轮开始接触地面瞬间的速度(升力开始不能平衡重量)。飞机下滑至安全高度(25m)处的瞬时速度。共50页20飞行器飞行力学能量法近似计算

四、空中段水平距离d3和时间t3的计算能量守恒Vtd

,d4

;但d4比d3重要，所以要求Vtd

分析共50页21飞行器飞行力学假设:按全部使用刹车的三点滑跑，匀减速运动。

着陆构形升阻比轮、地状况+刹车五、着陆滑跑距离d4和时间t4的计算近似计算

共50页22飞行器飞行力学分析

着陆距离/时间

即要求:

共50页23飞行器飞行力学

2.5.3单发停车故障的对策

多发动机飞机在起飞滑跑过程中,当有一台发动机因故障停车时，驾驶员须根据发动机出现故障时的飞行速度及所剩跑道长度决定是中断起飞还是继续起飞。中断起飞所需距离是指在起飞滑跑过程中，一台发动机停车，驾驶员决定中断起飞并采取中断起飞操作(即收油门，开启各种减速装置)，飞机从滑跑起点到完全停止所经过的距离。中断起飞所需距离由三段组成:1、中断起飞(AbortedTakeoff)所需距离(1)飞机从速度为零，加速滑跑至一台发动机停车瞬时速度Vef(EngineFailurespeed)所经过的距离。共50页24飞行器飞行力学(2)从一台发动机停车至驾驶员决定收油门，放减速机构中断起飞所经过的距离。该段所需时间按规范规定为3s，飞行速度近似不变，为Vef。(3)收油门，放减速机构至飞机完全停止运动所经过的距离中断起飞过程的第一段相当于起飞滑跑，第三段相当于着陆滑跑，故中断起飞所需距离可近似表示为共50页25飞行器飞行力学2、继续起飞(ContinuedTakeoff)所需距离指一台发动机停车后继续起飞时，从滑跑起点到上升至安全高度所经过的水平距离。继续起飞所需距离由两段组成:(1)地面滑跑。包括所有发动机工作时加速滑跑直到Vef；一台发动机停车，其余发动机工作时加速滑跑直到Vlo。其近似估算可表示为共50页26飞行器飞行力学(2)从离地速度Vlo开始至安全高度的加速上升段距离dct.2。其估算可表示为继续起飞距离共50页27飞行器飞行力学3、决策速度V1与平衡场长Lbf决策速度

V1是指多发动机飞机,在起飞滑跑过程中，使继续起飞与中断起飞所需距离相等时的临界发动机失效速度.平衡场长

Lbf为继续起飞所需距离dct等于中断起飞所需距离dat时的场地长度，即右图中交点对应的距离。即继续起飞所需距离dct曲线与中断起飞所需距离dat曲线交点所对应的速度.临界发动机多发动机飞机上，对方向操纵影响最大的发动机。DecisionSpeedCriticalEngineBalancedFieldLength共50页28飞行器飞行力学当实际场地长度Lrf等于平衡场地长度Lbf时，如果一台发动机在决策速度V1时停车，飞机可以继续起飞，也可中断起飞；讨论出实际场地长度Lrf时当发动机在大于V1时停车，中断起飞所需距离dat超当发动机在小于V1时停车，继续起飞所需距离dct超出实际场地长度Lrfdatdct飞机只能继续起飞；飞机只能中断起飞。共50页29飞行器飞行力学飞机起飞重量增加，平衡场地长度增长，此时实际场地长度Lrf小于平衡场地长度Lbf。飞机在Va～Vb区发动机停车，继续飞行和停止飞行所需距离均超出实际场地长度，出现飞机既不能中断起飞，也不能继续起飞的困难局面，而危及飞行安全。datdct共50页30飞行器飞行力学在给定飞机起飞重量后，决策速度是决定临界发动机停车后是否继续起飞的分界速度。安全起见，一般取实际场地长度为

Lrf=max{dat,dct,1.15dto}起飞重量减轻，平衡场地长度缩短，此时实际场地长度Lrf超过平衡场地长度Lbf.飞机如在Vc～Vd停车，由于飞机继续飞行和停止飞行所需距离小于实际场地长度，则飞机无论继续起飞或中断起飞，都是安全的。通常情况下，都作中断起飞处理。共50页31飞行器飞行力学现代飞机的飞行速度和翼载荷不断增加，使起飞和着陆滑跑距离大大加长。

2.5.4改善高速飞机起飞着陆性能的措施

通过设计简单、有效的增升装置，可以提供更加优良的气动性能并达到更好的经济性能。例：波音777飞机起降时升力系数增加0.1，其俯仰姿态角可降低1°，从而降低起落架高度使飞机减重636kg;最大升力系数增加1.5%，可使有效负载增加2996kg;起飞时升阻比增加0.1%可使有效负载增加1272kg。共50页32飞行器飞行力学一般由空中性能确定，起飞时用满油门，必要时带起飞加速器。参数要求为了尽快加速达到离地要求和安全高度，需要增升、减阻、使用大推力，即措施一般由空中性能和飞行品质确定。起飞共50页33飞行器飞行力学可采用各种增升装置，包括常规翼面增升、变后掠增升、动力增升，或更先进的兼顾亚、跨、超的气动布局。注意增升同时控制阻力，以免对加速不利。所以应适当选用增升装置的位置，使飞机具有较大升阻比。改善跑道表面状况。

外界条件影响发动机效率及推力

下坡有利于起飞加速；逆风有利于减小地速(机场跑道与常年风向相一致)。而机场高度增加、温度增加，都对起飞不利。共50页34飞行器飞行力学外界条件同起飞类似。因K

有利，故可全部打开。减速板，刹车，减速伞，反推力装置，机械装置（舰载机多用）。参数要求为了使飞机从安全高度回到机场、减速停止，需要增升、增阻、多方制动，减速力尽量大以吸收能量，即着陆措施不取决于着陆性能。增升装置其它减速装置

上坡、逆风着陆有利;机场高度增加对着陆不利;温度变化影响不大(发动机慢车)。共50页35飞行器飞行力学气动增升原理与装置用改变气动外形(增加机翼弯度、面积)和延迟气流分离的方法增加升力.1）变后掠机翼(F-14)共50页36飞行器飞行力学2）增加弯度增升例如:简单前襟、后襟、开裂式襟翼共50页37飞行器飞行力学3）增加附面层能量延迟分离涡发生器、前缘缝翼、附面层吸除、吹气等例如：共50页38飞行器飞行力学4）综合增升同时改变机翼有效弯度、有效面积、增加附面层能量等共50页39飞行器飞行力学共50页40飞行器飞行力学共50页41飞行器飞行力学共50页42飞行器飞行力学动力增升利用发动机燃气向下偏转产生向上的推力，如推力矢量飞机F-35；螺旋桨发动机利用经螺旋桨加速后的滑流流过机翼，同时偏转后缘襟翼加速气流向下偏折，增加升力；共50页43飞行器飞行力学

2.5.5风切变下的起落过程

风切变是指风速在水平和垂直方向上突然变化的一种大气现象。水平风速变化将影响空速，垂直风速的变化将影响航迹。风切变可能在任何高度上发生。国际航空界公认低空风切变是飞机起飞和着陆阶段的一个重要危险因素，被人们称为“无形杀手”。

风切变指接近地面高度上出现的风切变。低空风切变风切变产生的原因产生风切变的原因主要有三种：共50页44飞行器飞行力学以垂直风切变为主要特征的综合风切变，具有很强的危害性。大气本身的运动变化(如雷暴、积雨云等强对流天气)；地理、环境因素(如高山、高楼等)所造成的；前两者的综合。微下冲暴流由于垂直风的风速出现突然加剧，从而产生了特别强的下降气流。该强下降气流