飞行原理-05-V3.0

飞行原理/CAFUC平飞上升下降第五章第五章第页2飞机的平飞、上升和下降是飞机既不带倾斜也不带侧滑的等速直线飞行，是飞机最基本的飞行状态。第五章第页3DragThrustWeightCGCG=CentreofgravityLiftCPCP=Centreofpressure●平飞时飞机所受外力飞机在平飞中所受外力的作用点各不相同。第五章第页4DragThrustWeightCGLift●力矩和力在第四章中已经讨论了飞机所受的力矩的平衡问题。在本章中，假定飞机已经取得了力矩平衡，因此可以把飞机当成一个质点来进行研究，亦即外力都作用在飞机的重心上。第五章第页5本章主要内容5.1平飞5.2巡航性能5.3上升5.4下降飞行原理/CAFUC飞行原理/CAFUC5.1平飞第五章第页7平飞是指飞机作等高、等速不带倾斜和侧滑的直线飞行。平飞是运输机的一种主要飞行状态。第五章第页85.1.1平飞的作用力及所需速度飞机在空中稳定直线飞行时,受到四个力的作用：升力（L）升力拉力（P）拉力重力（W）重力阻力（D）阻力第五章第页9DPWL升力等于重力，高度不变拉力等于阻力，速度不变●平飞运动方程升力拉力重力阻力第五章第页10SCWVSVCLWLL2212平飞5.1.2平飞所需速度能够产生足够的升力来平衡重力的飞行速度叫平飞所需速度，以v平飞表示。①v平飞计算公式和影响因素第五章第页11●v平飞的主要影响因素SCWVL2平飞飞机重量越大，v平飞越大升力系数越大，v平飞越小第五章第页12真空速(TAS)：飞机相对于空气的真实速度。指示空速(IAS)：飞机空速表的指示读数，又称表速。H≥0，TAS≥IAS，高度越高，两者差距越大。在任何高度上有：②真空速、指示空速、校正空速、当量空速IASHTASIASTASHVVVV02022121第五章第页13真空速表能够使飞行员在非标准温度和气压下修正指示空速的大小。●真空速表第五章第页14升力公式用真速和表速可表示为：为变数HTASHLSVCL221为常数02021SVCLIASL直线飞行中，迎角与TAS一一对应，但对应关系随高度而变；直线飞行中，迎角与IAS一一对应，且对应关系不随高度而变。②真空速、指示空速、校正空速、当量空速结论：第五章第页15EASHTASEASTASHVVVV02022121领航中所需计算用的是真空速。在采用精确的表速后，上页中公式可表示为：校正空速(CAS)：是在IAS基础上修正了仪表误差、位置误差的速度。当量空速(EAS)：是在IAS基础上修正了所有误差（包括仪表误差、位置误差、压缩性误差）的速度。②真空速、指示空速、校正空速、当量空速第五章第页165.1.3平飞拉力曲线和平飞功率曲线①平飞所需拉力KWWLDPLWDP平飞平飞PVI8012016020024026020016012080404°2°0°16°8°随着平飞速度的增大，平飞所需拉力先减小后增大。第五章第页17●平飞所需拉力曲线变化的原因分析Kα024681012141618201612840根据升阻比随迎角变化的规律，可以知道平飞所需拉力是随迎角增加先减小后增大。KWP平飞第五章第页18由于平飞时拉力和阻力相等，平飞所需拉力曲线即阻力曲线。DVID诱导D废D平飞VMD●平飞所需拉力曲线变化的原因分析第五章第页19②平飞所需功率NVI601001401802201201008060402004°2°0°16°8°VMD6°平飞所需功率平飞平飞平飞vPN随着平飞速度的增大，平飞所需功率先减小后增大。第五章第页20PVI8012016020024026020016012080406°2°0°16°8°P可用PVI8012016020024026020016012080406°2°0°16°8°P可用速度增加，可用拉力减小PVI8012016020024026020016012080406°2°0°16°8°AP可用B△PMAXDCVminVmaxVMPVMD③平飞拉力曲线和剩余拉力剩余拉力是指同一速度下，飞机的可用拉力和平飞所需拉力之差。随飞行速度增大，剩余拉力先增大后减小。油门增加，可用拉力曲线上移同一油门下，以最小功率速度飞行时，对应的剩余拉力最大。第五章第页21NVI601001401802201201008060402004°2°0°16°8°6°N可用NVI601001401802201201008060402004°2°0°16°8°6°N可用NVI601001401802201201008060402004°2°0°16°8°VMD6°ABCDN可用△NMAXVMPVminVmax④平飞功率曲线和剩余功率剩余功率是指同一速度下，飞机的可用功率和平飞所需功率之差。随飞行速度增大，剩余功率先增大后减小。速度增加，可用功率先增大后减小油门增加，可用功率曲线上移同一油门下，以最小阻力速度飞行时，对应的剩余功率最大。第五章第页225.1.4飞机的平飞性能平飞是飞机的主要飞行状态。平飞性能的好坏直接影响飞机的总体性能。平飞最大速度平飞最小速度最小阻力速度最小功率速度平飞速度范围第五章第页23I.平飞最大速度①平飞性能参数满油门时，可用拉力曲线与需用拉力曲线的右交点对应的速度，为平飞最大速度vmax。通常也将发动机在额定功率状态下工作所能达到的稳定平飞速度称为vmax。PVI8012016020024026020016012080406°2°0°16°8°AP可用B△PMAXDCVminVmaxVMPVMD第五章第页24平飞最小速度是飞机平飞所能保持的最小稳定速度，以vmin表示。II.平飞最小速度PVIAP可用BVminVmaxVminVmaxvmin同时受到临界迎角和发动机功率的限制。第五章第页25III.最小阻力速度平飞最小阻力速度在平飞所需拉力曲线的最低点。以前称有利速度。对应的迎角称最小阻力迎角，以前称有利迎角。PVI8012016020024026020016012080404°2°0°16°8°VMD最小阻力速度是飞机平飞所需拉力最小的速度，以vMD表示。第五章第页26从平飞功率曲线原点向曲线所引切线的切点对应的速度为最小阻力速度VMD。NVI601001401802201201008060402004°2°0°16°8°VMD6°III.最小阻力速度第五章第页27平飞最小功率速度在平飞所需功率曲线的最低点。以前称经济速度。对应的迎角称最小功率迎角，以前称经济迎角。IV.最小功率速度NVI601001401802201201008060402004°2°0°16°8°VMD6°VMP最小功率速度是飞机平飞所需功率最小的速度，以vMP表示。第五章第页28平飞最小速度到平飞最大速度的区间称为平飞速度范围。V.平飞速度范围PVI8012016020024026020016012080406°2°0°16°8°AP可用B△PMAXDCVminVmaxVMPVMD平飞速度范围第五章第页29②平飞性能变化I.平飞最大速度的变化PVI801201602002402602001601208040P可用Vmax120000英尺10000英尺海平面(H=0)30000英尺Vmax3Vmax4Vmax2●vmax随飞行高度的变化高度增加:保持表速飞行，动压不变，阻力不变，需用拉力曲线不动。密度减小，发动机功率降低，可用拉力曲线下移。第五章第页30平飞最大表速IAS减小平飞最大真速TAS减小HVIA理论升限VMPVmax0●vmax随飞行高度的变化高度增加：第五章第页31●vmax随重量的变化重量增加，同一迎角下只能增速，才能产生更大的升力，速度大，阻力大。因此，所需拉力曲线上的每一点（对应一迎角）均向上（阻力大）向右（速度大）移动。因此，重量增加，平飞最大速度减小。PVI801201602002402602001601208040P可用满Vmax1P平需W1W2Vmax2W2W1W2W1第五章第页32气温增加，密度降低，发动机功率降低，可用拉力曲线下移。●vmax随气温的变化密度变化，按表速飞行时，不影响阻力大小，需用拉力曲线不移动。PVI801201602002402602001601208040P可用满Vmax1P平需T1T2Vmax2T2T1T2T1因此，温度增加，平飞最大速度减小。第五章第页33PVI8012016020024026020016012080406°2°0°16°8°P可用PVI8012016020024026020016012080406°2°0°16°8°P可用P可用低空飞行时，最小平飞速度不随高度而变，为失速速度。高度上升到某一值时，满油门可用拉力曲线降低到与需用拉力曲线左端相交，超过这一高度后，平飞最小速度随高度增加而增大。II.平飞最小速度随高度的变化临界迎角限制的Vmin可用功率限制的Vmin第五章第页34某一高度以下，以IAS表示的vmin不变，等于失速速度，某一高度以上，vmin(IAS)增大。以TAS表示的vmin则一直增大。HVI表速理论升限0真速VMINII.平飞最小速度随高度的变化高度增加：第五章第页35将平飞最小速度与平飞最大速度随高度的变化绘在同一坐标系下，得到的曲线称飞行包线。飞行包线面积越大，飞机的飞行范围就越广。HVI理论升限0失速边界拉力边界可用速度范围可用速度范围VMPIII.飞行包线第五章第页36●典型飞机的飞行包线AH-64ApacheLockheedC-130JAirbusA-300LockheedF-16C结构限制第五章第页37PVI8012016020024026020016012080406°2°0°16°8°AP可用B△PMAXDCVminVmaxVMPVMD第二速度范围平飞第二速度范围是反操纵区平飞第一速度范围是正操纵区第一速度范围5.1.5飞机平飞改变速度的原理螺旋桨飞机以最小功率速度为界，将平飞速度划为两个范围。第五章第页38●平飞速度范围划分第五章第页39PVI8012016020024026020016012080406°2°0°16°8°P可用vmpv1v2ΔP加速：v1到v2，加油门，随速度的增加，顶杆保持高度。①在第一速度范围内油门大迎角小速度大油门小迎角大速度小第五章第页40PVI8012016020024026020016012080406°2°0°16°8°P可用vmpv1v2-ΔP减速：v2到v1，收油门，随速度的降低，带杆保持高度。①在第一速度范围内油门大迎角小速度大油门小迎角大速度小第五章第页41PVI8012016020024026020016012080406°2°0°16°8°P可用vmpv1v2加速：v1到v2，最初需加油门使飞机加速，顶杆保持高度，然后逐步收油门。油门小迎角小速度大油门大迎角大速度小②在第二速度范围内ΔPΔP随v增加而增加第五章第页42PVI8012016020024026020016012080406°2°0°16°8°P可用v2减速：v2到v1，最初需收油门使飞机减速，带杆保持高度，然后逐步加油门。②在第二速度范围内v1油门大迎角大速度小-ΔP负的剩余拉力越来越大油门小迎角小速度大第五章第页43第二范围相对于第一范围来讲，只是油门反效而杆不反效。即在所有的平飞速度范围都是顶杆低头加速，带杆抬头减速。第二范围内的反操纵只是在第二范围内保持稳定飞行才体会明显。起飞着陆时的速度一般均在第二速度范围，但反操纵并不会危及飞行安全，因为油门不动。在第二范围内飞机飞行是速度不稳定的，即一旦受扰速度增加，飞机有加速的趋势，受扰速度减小，飞机有减速的趋势。●平飞两速度范围的进一步理解：第五章第页44●从第二范围改出回到第一范围加油门，随速度的增加顶杆保持高度。最初的加速度是越来越大，过Vmp后加速度开始逐渐减小，直至加速至可用拉