介紹飛機(jī)性能分析的主要原始數(shù)據(jù)飛機(jī)的平飛性能飛機(jī)的平飛性能參數(shù)介紹飛機(jī)的平飛性能2/60前面討論了飛機(jī)在飛行中空氣動力的產(chǎn)生和變化規(guī)律即空氣動力學(xué)問題從這一章開始我們要研究飛行重心的移動和繞重心的轉(zhuǎn)動兩類問題。飛機(jī)的移動是把飛機(jī)的質(zhì)量集中到重心即把飛機(jī)當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)討論在外力空氣動力、發(fā)動機(jī)推力或拉力和重力作用下重心的運(yùn)動特性也就是研究力的平衡問題。通常用來解決飛機(jī)飛多快、多遠(yuǎn)、多高、多久以及飛機(jī)的機(jī)動性能、起落性能等問題。這就是本章所要討論的飛機(jī)的飛行性能。飛機(jī)繞重心的轉(zhuǎn)動將在下一章研究。31飛機(jī)性能分析的原始依據(jù)32飛機(jī)的平行性能31一、飛機(jī)重量G二、空氣動力R三、發(fā)動機(jī)推力P31討論飛機(jī)的飛行性能就是分析作用在飛機(jī)上的外力和飛機(jī)重心運(yùn)動之間的關(guān)系因此分析飛機(jī)的飛行性能就必須首先知道作用在飛機(jī)上的外力以及這些外力與飛行速度、飛行高度之間的關(guān)系。在正常飛行中作用在飛機(jī)上的外力有飛機(jī)的重力G空氣動力R發(fā)動機(jī)的推力或拉力P。各種飛行情況下G、R、P的大小及它們的變化規(guī)律就是分析與計(jì)算飛行性能所需要的原始數(shù)據(jù)。一、飛機(jī)重量G通常對給定的飛機(jī)在各種使用情況下的重量或重量的突然變化如投彈、扔副油箱等都是事先可以確定的。因燃料消耗而引起的重量逐漸變化的規(guī)律則可根據(jù)發(fā)動機(jī)的耗油特性來確定。在飛行過程中飛機(jī)重量在不斷的變化。為了簡化計(jì)算在性能計(jì)算時常常把飛機(jī)重量當(dāng)作一個已知的常量。為了使計(jì)算較為合理有時對不同的性能計(jì)算問題采用不同的重量。對一定的飛機(jī)來說飛行中作用在飛機(jī)上的空氣動力R取決于飛機(jī)的飛行速度、高度和氣流與飛機(jī)的相對位置。根據(jù)空氣動力學(xué)的處理方法將空氣動力R分解為升力Y阻力X和側(cè)力Z并表示為式中、分別稱為飛機(jī)升力系數(shù)、阻力系數(shù)和側(cè)力系數(shù)。側(cè)力Z是垂直于升力Y和阻力X的。通常飛機(jī)主要作無側(cè)滑飛行此時側(cè)力系數(shù)。ACCZACCXACCYZXY2222121210ZC二、空氣動力RYCXCZC三、發(fā)動機(jī)推力P渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的推力一般與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速N、飛行速度C和飛行高度H有關(guān)。通常進(jìn)行飛行性能計(jì)算時需要的發(fā)動機(jī)推力P一般以曲線形式給出。這類曲線包括轉(zhuǎn)速特性、速度特性和高度特性。所謂發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速特性是指在一定的飛行速度C及高度H下發(fā)動機(jī)的推力P和燃料消耗率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速即油門的開度不變時推力及燃油消耗率隨飛行速度及高度的變化關(guān)系稱為渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的速度和高度特性。見圖331332。關(guān)于發(fā)動機(jī)燃料消耗率的變化在討論續(xù)航性能時再作介紹。EC由圖332可見渦輪噴氣發(fā)動機(jī)推力隨飛行速度的加快而增大而隨飛行高度的增加而減小。在低空和小M數(shù)H02公里M005推力隨速度的加快而略有下降。隨著飛行速度的增加噴氣發(fā)動機(jī)推力由于通過發(fā)動機(jī)的空氣流量相應(yīng)增大而增大。隨著飛行高度的增加由于空氣密度減小而引起發(fā)動機(jī)流量減小發(fā)動機(jī)推力相應(yīng)減小。當(dāng)渦輪噴氣發(fā)動機(jī)安裝在飛機(jī)上因安裝部位不同進(jìn)氣道形式及尾噴管不同從而引起不同程度的推力損失。這樣真正作用于飛機(jī)發(fā)動機(jī)的推力就將低于發(fā)動機(jī)特性曲線給出的數(shù)值用P來表示。很明顯與P的關(guān)系應(yīng)是稱為效率系數(shù)。通常飛行性能分析與計(jì)算時應(yīng)根據(jù)具體情況確定出隨飛行狀態(tài)的變化規(guī)律然后加以引用。最低可至07左右?？捎肞PP可用132一、飛機(jī)等速水平直線運(yùn)動方程式二、平飛所需速度三、平飛所需功率四、簡單推力法五、簡單推力法確定飛機(jī)平飛性能32飛機(jī)的平飛性能是根據(jù)飛機(jī)在垂直平面內(nèi)的等速水平直線飛行來確定的。所謂垂直面的等速水平直線飛行是指飛行航跡所在垂直平面與飛機(jī)的對稱平面重合飛行航跡為一水平直線沿航跡各點(diǎn)的速度始終不變的飛行情況。等速水平直線飛行是飛機(jī)整個飛行過程中最簡單也是最常見的運(yùn)動形式是認(rèn)識更復(fù)雜的運(yùn)動形式的基礎(chǔ)。本節(jié)首先建立平行運(yùn)動方程式以及滿足等速平飛所需的飛行速度和推力。然后著重分析平飛性能。一、飛機(jī)等速水平直線運(yùn)動方程式飛機(jī)在垂直平面內(nèi)等速直線飛行的情況如圖333所示。飛機(jī)在等速直線水平飛行時作用在飛機(jī)上的外力有飛機(jī)飛行重量G發(fā)動機(jī)的可用推力升力Y和阻力X。此時這四個力均在飛機(jī)的對稱平面內(nèi)。為了簡便起見假定這四個力都通過飛機(jī)的重心而且推力與阻力方向相反略去P的腳注“可用”。為了建立運(yùn)動方程式在飛機(jī)運(yùn)動的垂直平面內(nèi)取通過飛機(jī)重心的動坐標(biāo)OXY。其中OX軸沿飛行速度方向OY軸與OX軸相垂直并指向座艙方向。可用P根據(jù)牛頓第二定律FMA飛機(jī)重心在垂直平面內(nèi)運(yùn)動的方程式為式中、分別為外力在X軸和Y軸方向投影的代數(shù)和M為飛機(jī)的質(zhì)量為飛機(jī)重心在X軸方向航跡的切線方向的加速度為飛機(jī)重心在Y軸方向航跡法線方向的加速度。由于是等速運(yùn)動切向加速度由于是直線運(yùn)動法向加速度。飛機(jī)等速直線運(yùn)動的方程式為YFXF22DTYD22DTXD22DTXD2222DTYDMFDTXDMFYX022DTYD上式實(shí)際上是一組靜力平衡方程式飛機(jī)的等速直線飛行可以認(rèn)為飛機(jī)的重心是處于受力平衡狀態(tài)。上式是研究飛機(jī)在垂直平面內(nèi)等速直線平飛、上升和下滑的基本方程式。飛機(jī)等速直線平飛是一種等速直線運(yùn)動。其受力情況如圖333所示。將外力分別投影到X軸和Y軸根據(jù)332式可得或00YXFFGYXPGYFXPFYX00上式就是飛機(jī)等速直線水平飛行的近似方程式。該式表明為保持飛行速度不變推力同阻力應(yīng)相等。為保持飛行高度不變升力同重力應(yīng)相等。上述保持平飛的兩個條件也并不是各自孤立的而是互相依存互相聯(lián)系的。其中任何一個條件不能保持都會引起飛行高度和飛行速度發(fā)生變化。比如升力與重力不平衡飛機(jī)的運(yùn)動軌跡必將向上或向下彎曲而引起飛行高度發(fā)生變化。并且當(dāng)運(yùn)動軌跡變化以后在重力的作用下飛行速度亦將發(fā)生變化。又比如推力和阻力不平衡飛行速度發(fā)生變化勢將導(dǎo)致升力也發(fā)生變化使飛機(jī)由直線運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榍€運(yùn)動。這樣飛行高度也必然發(fā)生變化。為了保持上述各力的平衡關(guān)系不被破壞各力繞重心的力矩還必須取得平衡。例如俯仰力矩不平衡引起機(jī)翼迎角改變升力和阻力隨之改變。各力的平衡關(guān)系將無法保持。二、平飛所需速度保持平飛需要有足夠的升力以平衡飛機(jī)重量。為了產(chǎn)生這一升力所需的飛行速度叫平飛所需速度。用符號表示。在平飛中升力應(yīng)與重力相等即據(jù)此可推出平飛所需速度的計(jì)算公式為以上式可知影響平飛所需速度的因素育四個即G、和S。其影響情況是飛機(jī)重量GACCYGY221平飛CACGCY2平飛YC平飛C重為保持平飛所需的升力最大在其它因素不改變的條件下平飛所需速度勢必增大飛機(jī)重量輕平飛所需速度就小同理機(jī)翼面積A小就大反之A大則就小空氣密度小就大。反之大就小飛機(jī)升力系數(shù)大小。反之小就大。對同一架飛機(jī)來說機(jī)翼面積是不變的。在一定高度上平飛空氣密度也是不變的。飛機(jī)重量除了因載重改變會有所改變外在一般情況下變化不大。由此可見在同一高度上飛行平飛所需速度主要是隨升力系數(shù)的變化而變化。迎角不同升力系數(shù)也不同可見平飛所需速度與迎角有密切的關(guān)系。在小于臨界迎角的范圍內(nèi)以YCYC平飛C平飛C平飛C平飛C平飛C平飛C大迎角平飛升力系數(shù)大平飛所需速度小以小迎角平飛升力系數(shù)小平飛所需速度大。所以平飛中每一個迎角均有一個相對應(yīng)的平飛所需速度。一平飛所需推力飛機(jī)在一定高度上以不同的飛行速度進(jìn)行等速直線平飛時所需要的發(fā)動機(jī)推力稱為平飛所需推力用表示。平飛需用推力與阻力相等即將334式代入上式即得平需PACCXPX221平需ASCGCPYX221平需代簡后便得從以上推導(dǎo)可知式中與平飛所需推力之間關(guān)系表明了當(dāng)迎角改變時平飛所需速度和阻力系數(shù)兩者對平飛所需推力的影響。因?yàn)樯璞菿故上式可寫為由此可見平飛所需推力與飛機(jī)重量成正比而與飛機(jī)的升阻比成反比。即是說飛機(jī)重量越重平飛所需推力越大升阻比越大平飛需用推力越小。XYCCGP平需KGP平需XYCCXYCC二平飛所需推力曲線當(dāng)高度一定時平飛所需推力隨飛行速度C變化的曲線叫做平飛所需推力曲線或平飛需用推力曲線。平飛需用推力曲線是分析飛機(jī)性能的主要依據(jù)。當(dāng)給出了一架具體飛機(jī)的極曲線以后就可以用前式按下述步驟來計(jì)算每一給定高度上的平飛需用推力曲線。1、當(dāng)高度一定時空氣密度可由標(biāo)準(zhǔn)大氣表查得。2、對于給定的速度C或M數(shù)可以由前相關(guān)工式算出對應(yīng)的C值。3、根據(jù)或M數(shù)由極曲線查出并算出升阻比K。4、根據(jù)飛機(jī)的飛行重量按前式算出。5、以縱坐標(biāo)表示平飛所受推力以橫坐標(biāo)表示平飛平需P速度根據(jù)算出的和給定的平飛速度就可畫出平飛所需推力曲線如圖334所示。在圖334中還給出了迎角A的變化趨勢。可以看出在一定高度下隨著平飛速度增加平飛迎角是逐漸降低的。反之迎角則逐漸增加。迎角的這一變化趨勢在平飛所需速度與迎角的關(guān)系中已作了說明。從圖334中可以看出渦輪噴氣飛機(jī)平飛所需推力隨飛行速度變化的般趨勢1、亞音速階段在亞音速范圍內(nèi)飛行時因?yàn)轱w機(jī)升阻比的大小基本上只取決于飛機(jī)迎角的變化。即是說以有利迎角平飛升阻比最大平飛所需推力最小。而以大于或小于有利迎角平飛所需推力隨著升阻比的減小而增加。平飛所需推力最小時所對應(yīng)的速度為有利速度。平需P2、跨音速階段在跨音速范圍內(nèi)飛行時隨著飛行速度的增加波阻迅速增大這使升阻比急劇降低平飛所需推力約與速度的五次方成正比地急劇增長這就是為什么在跨音速范圍內(nèi)飛行時飛機(jī)加油門使發(fā)動機(jī)的推力增加很多而飛行速度卻增加不多的道理。3、超音速階段在超音速范圍內(nèi)平飛時因阻力系數(shù)隨飛行速度的增加而減小其所需推力隨飛行速度加大而增長的程度就要比跨音速范圍內(nèi)的緩和。通常要對不同給定高度重復(fù)上述計(jì)算從而得出不同高度的需用推力曲線。圖335為某飛機(jī)在不同高度上的平飛需用推力曲線。飛機(jī)高度升高時空氣密度下降對應(yīng)于同值要保持乎飛則平飛速度要增大所以平飛所需推力曲線隨高度的升高而向右移見圖335。YC三、平飛所需功率平飛中需要一定的推力來克服阻力而對飛機(jī)作功每秒鐘所需作的功就是平飛所需功率。平飛所需功率可用下式求得即從上式看出平飛所需功率的大小決定于平飛所需推力和平飛速度的大小。其中任何一個因素變化均引起平飛所需功率增大。同平飛所需推力一樣也可作出平飛所需功率曲線。平飛所需功率曲線其形狀與平飛所需推力曲線相似故此不予給出。平飛所需功率曲線也是分析飛機(jī)基本飛行性能的依據(jù)。馬力平飛平需平需75CPN四、簡單推力法從飛機(jī)在垂直平面內(nèi)等速直線運(yùn)動方程式出發(fā)利用飛機(jī)的極曲線和發(fā)動機(jī)特性曲線確定飛機(jī)的基本飛行性能的方法就稱為簡單推力法。五、簡單推力法確定飛機(jī)平飛性能確定飛機(jī)平飛性能時把不同高度上平飛需用推力曲線和相應(yīng)高度上的滿油門狀態(tài)可用推力曲線按同一坐標(biāo)繪制在一張圖上該圖稱為推力曲線圖如圖336所示。通常飛機(jī)重量可用一個平均重量為起飛重量為降落重量。飛機(jī)的平飛性能主要包括最大平飛速度、最小平飛速度、平飛速度范圍、有利速度和經(jīng)濟(jì)速度等。平均1021GGG0G1G一最大平飛速度二最小平飛速度三飛行范圍四有利速度五經(jīng)濟(jì)速度六巡航速度一最大平面飛速度飛多快是指量大平飛速度這是一架飛機(jī)速度快慢的指標(biāo)。飛機(jī)經(jīng)常作水平飛行。在水平飛行情況下的最大速度在作戰(zhàn)或運(yùn)輸中最有代表意義。所謂最大平飛速度是指一架飛機(jī)在水平飛行條件下在一定距離內(nèi)一般應(yīng)不小于3公里發(fā)動機(jī)在加滿油門時所能達(dá)到最大的速度。通常以符號來表示。飛機(jī)以最大平速度飛行不能維持很久因?yàn)檫@時發(fā)動機(jī)的推力達(dá)到最大若是時間太長就會使發(fā)動機(jī)遭到損壞。同時消耗的燃油也太多這和人跑百米一樣以跑百米的速度跑長跑人是受不了的。同樣的飛機(jī)在作長途飛行時也不能以最大平飛速度而是以巡航速度飛行。以巡航速度飛行時最經(jīng)濟(jì)航程也最遠(yuǎn)。MAXCMAXC無論殲擊機(jī)轟炸機(jī)都需大的。連運(yùn)輸機(jī)也需要高一些。但是其中也有主次。對殲擊機(jī)來說更重要一些殲擊機(jī)靠它來追上敵機(jī)予以殲滅。同時也靠它退出戰(zhàn)斗爭取主動?，F(xiàn)代優(yōu)良的殲擊機(jī)的最大平飛速度約為每小時2000到2500公里M數(shù)大于2有的也有M數(shù)達(dá)到或超3的。創(chuàng)造世界紀(jì)錄的飛機(jī)都是以最大平飛速度的大小作為評判標(biāo)準(zhǔn)的。要提高飛機(jī)的最大平飛速度一方面要盡可能增大發(fā)動機(jī)推力不增加發(fā)動機(jī)重量和尺寸另一方面要盡可能降低它的阻力。詳細(xì)分析如下從推力曲線圖可以看出某高度的最大平飛速度就是該高度的滿油門的可用推力曲線和需用推力曲線的最右邊的交點(diǎn)所對應(yīng)的速度。此時。所以MAXCMAXCMAXC滿可用平需PP據(jù)此可得出最大平飛速度的計(jì)算公式為上式表明影響最大平飛的因素為滿油門時的可用推力飛機(jī)的阻力系數(shù)空氣密度和機(jī)翼面積A?？梢姖M油門的可用推力越大最大平飛速度越大如阻力系數(shù)、機(jī)翼面積、空氣密度中的任何一個因素增大都會引起最大平飛速度降低。因此航空維修人員不僅要維修好動力裝置以便發(fā)出盡可能大的可用推力而且要維修好飛機(jī)的流線外形和表面質(zhì)量使飛機(jī)阻力系數(shù)不致增大否則飛行中飛機(jī)就達(dá)不到應(yīng)有的最大平飛速度。找出不同高度的就可以繪制隨高度H的變化曲線如圖337所示。ACCXPPX2MAX21平需滿可用APCPCY滿可用MAX2滿可用PYCMAXCMAXC二最小平飛速度最小平飛速度是飛機(jī)作等速平飛能保持的最小速度根據(jù)YG可得到由此可見對一定飛行高度HP一定當(dāng)升力系數(shù)等于最大升力系數(shù)相當(dāng)于迎角等于臨界迎角時平飛速度最小。以臨界迎角飛行時機(jī)翼呈現(xiàn)顯著的氣流分離用與此相對應(yīng)的平飛最小速度飛行容易形成失速。即使用稍小于臨界迎用的某一迎角飛行飛機(jī)就開始呈現(xiàn)抖動現(xiàn)象一般不宜用這些迎角平飛。所以上面對應(yīng)的最小平飛速度只具有理論意義并無實(shí)用意義。實(shí)際上最小平飛速度應(yīng)由飛行安全條件允許的升力系數(shù)安全來確定稱為允許最小平飛速度。MINCAPCGCY2YCMAXYC臨AAAMAXYCYC338按飛行條件確定約為0709具體數(shù)據(jù)根據(jù)飛行試驗(yàn)結(jié)果確定。顯然。在推力曲線上兩曲線最左邊的交點(diǎn)所對應(yīng)的速度就是平飛最小速度。如兩曲線不相交平飛需用推力曲線最左邊的一點(diǎn)所對應(yīng)的速度也就是最小平飛速度見圖336。找出不同高度的后就可繪制平飛最小速度隨高度H變化的曲線圖338。飛機(jī)的起降性能與飛機(jī)最小平飛速度有關(guān)。因?yàn)槠斤w最小速度愈小飛機(jī)起飛著陸時所需跑道也愈短。對于空投運(yùn)輸機(jī)愈小就能愈使空投物資和傘兵的散布面積愈小。安全允許YAC