西工大课件飞行器性能计算2基本性能优秀PPT.ppt

基本飞行性能基本飞行性能基本飞行性能的计算状态定常假设：假设飞机在铅垂平面内做定常直线飞行定直平飞定直上升定直下滑等速直线飞行的受力分析航迹轴坐标系：x：速度方向y：铅垂平面内垂直于速度向上z：垂直于铅垂平面对右惯性坐标轴系等速直线飞行的动力学方程当迎角a较小：动力学方程a a较小较小切向力方程法向力方程定直平飞的动力学方程：定直平飞的条件发动机的推力等与阻力升力等于重力平飞需用推力Ppx：因此：平飞需用推力的计算原始数据：飞机质量极曲线，给定飞行状态（H,M）过程：由法向力方程 mg=CyqS 求解Cy由极曲线求解Cx通过K求解Ppx过程简化：通常是要求解某一高度下不同速度的Ppx某飞机需用推力曲线最小阻力状态对应于因此可以得到：留意：以上推导是在低速状况下得到的阻力的分解零升阻力与升致阻力曲线平飞需用推力曲线分解平飞需用推力与速度的关系低速飞行时，以升致阻力为主高速飞行时，以零升阻力为主低速时，阻力随着M数增加而降低跨音速区，阻力随着M数增加而急剧增加高速（超音速）时，阻力随着M数增加而增加平飞需用推力曲线随高度的变更阻力的分解H（km）r（kg/m3）a01.225340.350.736320.5100.413299.5150.194295.1200.088295.1高度对平飞需用推力曲线的影响低速区，阻力以升致阻力为主，这时，由于升致阻力随高度增加而增大，因此，平飞需用推力随高度增加而增大高速区则相反低空区，由于空气密度大，则速度的影响更大基本飞行性能的确定推力曲线图推力曲线的左交点，对应于由切向力方程限制的最小飞行速度推力曲线的右交点，对应于由切向力方程限制的最大飞行速度推力曲线图可能会出现多个交点（最大推力状态）（全加力状态）简洁推力法利用推力曲线图，接受图解分析法可以得到一些基本的飞行性能可以得到由切向力方程（推力）限制的最大和最小飞行速度M数最大飞行M数对应于推力曲线右侧的交点最小飞行M数对应于推力曲线左侧的交点最大飞行M数全加力状态最大推力状态Mig-150.86Mig-21/J-72.1Mig-252.8Mig-292.3F-860.86F-42.0F-161.95F-152.5常见飞机的最大M数最小飞行M数由推力曲线左交点可以确定最小平飞M数，这是由切向力方程所确定的。定直平飞还须要满足法向力方程：Y=G由法向力方程可以得到：由于Cy存在一个最大值Cyyx，所以V存在最小值Vyx：最小飞行M数由两个方程所确定的最小飞行速度中，较大者是飞机所能达到的最小飞行速度。实际计算中，Cyyx是V的函数，因此须要接受图解法或数值解法对其进行求解。飞行包线飞行包线的其它边界表速Vbs动压通过空速管测量Mig-151080Mig-21/J-71200Mig-251200Mig-291400F-861130F-41390F-161380F-151480表速Vbs通常以km/h做单位常见飞机的最大允许表速飞行包线的其它边界M=constVbs=const飞行包线正常飞行范围飞机的定直上升性能上升率Vy最大上升率Vymax快升速度Vks上升航迹倾角q最大上升航迹倾角qmax最陡上升速度Vq最短上升时间tmin静升限Hmax定常上升的动力学方程DP：剩余推力剩余推力定常上升的倾斜角q最大航迹倾角：qmax最陡上升速度：Vq（Mq）定常上升率Vy最大上升率：Vymax快升速度：Vks(Mks)通常：Vks Vq?上升性能某飞机在8km的上升性能：Mks=0.88 Vymax=100m/sMq=0.75 Vq=23J-7在8km的上升性能：Mks=0.875 Vymax=38m/sMq=0.75 Vq=8.5Mig-1542Mig-21/J-7140Mig-25200Mig-29310F-8647F-4152F-16305F-15300常见飞机的Vymax上升率曲线静升限Hmax全加力最大推力理论静升限Hmax.l：飞机作定直平飞所能达到的最大高度。好用静升限Hmax.s：对于高机动飞机取Vymax=5m/s的高度。对于其它飞机取Vymax=0.5m/s的高度。最短上升时间假如飞机上升过程中，在不同高度下均以Vyks飞行，则达到预定高度的时间最短数值积分图解积分最短上升时间的图解积分法最短上升时间的图解积分法1/Vymax最短上升时间的图解积分法上升到确定高度所经过的水平距离Lx定直下滑性能下滑时通常减小油门，若推力为零则称为滑翔。滑翔机通常接受大K的布局：小后掠角大展弦比。滑翔机考虑动能变更的上升性能 若假设飞机做非定常直线运动，则切向力方程可以写为：由于不同高度下Vks不同，对于Vks差别不大的低速飞机来说忽视Vks影响，而对于战斗机，须要考虑上升过程的速度变更。考虑动能变更的上升率SEP：单位重量剩余功率 （比剩余功率）Specific Excess Power若减速上升（dV/dt0），则可以获得更大的上升率能量高度飞机的总机械能：单位重量的总机械能：能量高度：考虑在动能变更的最短上升时间等V*y曲线等Hnl曲线最短上升时间的图解法切点b的V*y是在某一个Hnl下的V*ymax正常状况下：V*y1V*y2切点连线就对应于最短上升时间常接受的一种上升方式亚音速等表速上升平飞加速超音速等M数上升飞机参数对基本飞行性能的影响气动参数：Cx0、A构造参数：S、m运用条件：r可用推力取决于大气条件，主要是T和r气动参数的影响Cx0对高速特性影响较大Cxi（A）对低速特性影响较大气动参数的影响Cx0对高速特性影响较大，对Mmax影响更多；Cxi（A）对低速特性影响较大，对最大上升率有影响；飞机假如要提高最大平飞速度，实行的方法就是减小Cx0，通常接受大后掠、薄机翼、对称翼型、尽可能光滑气动外形；AkS/pl2，通过增大翼展l，可以减小A，进而提高Vymax，Hmax，所以高空低速飞机多接受大展弦比（l=l2/S）机翼；展弦比对Cy的影响TR-1SR-71F-14构造参数的影响飞机质量m机翼面积SF-15J-7E大气温度的影响温度主要影响可用推力Pky，通常温度下降1%使涡喷发动机推力提高22.5%。结论为提高最大飞行速度Vmax（Mmax）：加大发动机推力P减小零升阻力Cx0减小机翼面积S为提高上升性能Vymax：加大发动机推力P减小飞机质量m加大翼展l以减小升致阻力因子A低速性能，为降低最小飞行速度Vmin（Mmin）减小质量m增加机翼面积S超音速飞机基本飞行性能的特点超音速飞机基本飞行性能的特点DP峰值与飞行包线的关系H-Vymax曲线特点小结模型：纵向动力学方程方法：简洁推力法由推力曲线确定基本飞行性能简洁推力法推力曲线的左交点，对应于由切向力方程限制的最小飞行速度推力曲线的右交点，对应于由切向力方程限制的最大飞行速度小结模型：纵向动力学方程方法：简洁推力法由推力曲线确定基本飞行性能图解积分法（数值积分法）图解积分法1/Vymax小结模型：纵向动力学方程方法：简洁推力法由推力曲线确定基本飞行性能图解积分法（数值积分法）指标定直平飞飞行性能，最大最小速度飞行包线（四个边界）飞行包线的边界小结模型：纵向动力学方程方法：简洁推力法由推力曲线确定基本飞行性能图解积分法（数值积分法）指标定直平飞飞行性能，最大最小速度飞行包线（四个边界）定直上升性能，上升率、航迹倾角、静升限上升率曲线静升限Hmax全加力最大推力小结模型：纵向动力学方程方法：简洁推力法由推力曲线确定基本飞行性能图解积分法（数值积分法）指标定直平飞飞行性能，最大最小速度飞行包线（四个边界）定直上升性能，上升率、航迹倾角、静升限考虑动能变更的上升性能考虑在动能变更的最短上升时间基本飞行性能指标最大平飞速度Vmax（Mmax）由推力曲线右交点确定，还受限于气动加热结构强度最小平飞速度Vmin（Mmin）由推力曲线左交点及Cyyx确定最大上升率VymaxVymax(DPV)max/G快升速度Vks（Mks）对应于最大上升率Vymax最大航迹倾角qmaxqmaxarcsin(DPmax/G)最陡上升速度Vq（Mq）对应于最大航迹倾角qmax理论静升限Hmax.l由H-Vymax曲线确定，Vymax=0对应的高度实用静升限Hmax.s由H-Vymax曲线确定，Vymax=5对应的高度最短上升时间tmin通过H-1/Vymax曲线图解积分或数值积分上升水平距离Lx