第三章-飞机性能工程-飞机限制边界

飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制第三章飞行的极限边界与运行限制飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制思考：飞机是否可以在任何高度飞行？速度是否受到限制？为保证飞行安全，避免发生结构损坏、解体、失速等影响飞行安全的事故或事故征候。需要对飞机的飞行速度范围、高度范围、飞行载荷、飞行环境等提出一些限制。飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制§1平飞速度边界§2机动飞行与突风载荷§3抖振边界§4飞机的使用限制§5跑道强度对飞机的起降重量的限制第三章飞行的极限边界与运行限制飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制§1平飞速度边界飞机在某一高度平飞，速度由油门位置来控制；油门对速度的调整有限度，减小速度，至少要能够保持平飞；增大速度，受油门最大位置限制。平飞速度有最大和最小速度边界，此外还受到其他因素限制，构成平飞速度边界。飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制（2）三方面限制：Vmin=MAX（Vs，Vpower-limit，Vstabilify）1、平飞最小速度Vmin（1）定义：飞机能维持正常、稳定平飞的最小速度§1平飞速度边界飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制1、平飞最小速度Vmin§1平飞速度边界a）失速限制（低空）低空时，FAFRE,减小速度受到迎角的限制。最小速度受失速速度限制。（2）三方面限制：飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制1、平飞最小速度Vmin§1平飞速度边界（2）三方面限制：b）推力限制（高空)高空时，速度减小，所需推力增大，可用推力增大，其左侧交点限制了最小速度。飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制1、平飞最小速度Vmin§1平飞速度边界（2）三方面限制：c）稳定性限制有些飞机在达到临界迎角之前，会发生抖动，失去纵向稳定性。抖动升力系数决定的V就是抖动限制的最小速度。飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制（3）影响因素1、平飞最小速度Vmin§1平飞速度边界MhPW=CCLmax=cCLmax=f(M)Vmin,p高度越大，推力限制的最小速度也越大。a）高度影响高度越大，ρ减小，Vs越大；飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制b）重量影响重量增大，升力增大，CLmax不变，Vmin变大。（3）影响因素1、平飞最小速度Vmin§1平飞速度边界重量增加飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制1、平飞最小速度Vmin实用中的最小速度（波音规定）：为防止飞机意外进入失速，规定最小速度一般情况下不应当小于1.3Vs。除非在飞机刚起飞时，规定V2=1.2Vs。在一般情况下，1.3Vs要大于稳定性限制的最小速度，故波音规定1.3Vs为参考速度Vref。重量（千磅）160170180190200210220230Vref119123126130133136140143757-200着陆参考速度（着陆构型）§1平飞速度边界飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制2、平飞最大速度Vmax（1）定义：在飞行重量、高度一定时，发动机在最大极限工作状态上工作所能达到的稳定平直飞行速度。§1平飞速度边界（2）限制：推力限制：发动机最大推力限制。飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制2、平飞最大速度Vmax§1平飞速度边界（3）影响因素：a）高度影响Vemax随h增加而减小，平流层减小更快。FRE变化,FAV↓h↑=飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制2、平飞最大速度Vmax（3）影响因素：a）高度影响§1平飞速度边界0aVMVVeeT随着高度的增加:低空：Vemax↓，但σδ↓↓，所以VT↑,M↑高空：Vemax↓↓，但σδ↓，所以VT↓,M↓VTh飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制2、平飞最大速度Vmax§1平飞速度边界（3）影响因素：a）重量影响重量越大，推力限制的最大速度越小。重量增加飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制3、理论速度包线与升限将Vmin-Hp、Vmax-Hp图会在一张图中。§1平飞速度边界理论计算得到的飞机可以飞行的速度、高度范围。飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制3、理论速度包线与升限§1平飞速度边界（1）影响：重量越大，包线范围越小。（2）理论升限：在理论上飞机能飞的最大高度。a）R/C=0，爬升率为零，飞行时间无限长，不实用。b）不稳定，只能在一个速度下飞行。可用推力降至与所需推力相切的高度，剩余推力为0，爬升梯度为0，Vmax=Vmin=VE。飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制4、使用飞行包线§1平飞速度边界为了安全，实际飞行不能到达理论飞行包线的边界。在小速度，要有个速度余量；在大速度必须遵守强度和操稳性的限制。飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制（1）最小允许速度4、使用飞行包线§1平飞速度边界把最小速度定义在失速前的抖振速度上；如果抖振不明显则以1.07Vs作为最小允许速度。飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制4、使用飞行包线§1平飞速度边界（2）强度限制的最大允许速度限制动压：速度过大时，飞机表面受动压q影响过大，会发生永久变形，降低操作性（副翼反效），甚至撤坏蒙皮、断裂，甚至解体。2max02maxmax2121eVVq规定最大当量空速Vemax=const。为使飞行员便于操作转换成表速：VMO=const表速一定，HP↑=VT↑M↑VMO=CONST飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制在高空，相同Ve的M数很大，会出现局部激波，抖动，反操纵等现象。4、使用飞行包线§1平飞速度边界（3）最大允许M数为了避免上述现象，规定一个最大允许M数：MMO=constMMO不变，HP↑=VT↓，到36089ft后，VT不随高度变化。VMO/MMO飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制4、使用飞行包线§1平飞速度边界（4）使用速度包线飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制4、使用飞行包线§1平飞速度边界（5）实用升限舱压限制：在实际飞行中，还应考虑飞机内外的压力差限制。757-200要求不大于8.6磅/平方英寸，既飞行高度不高于42000ft。在实际飞行中，规定飞机保留了一定爬升能力的升限。（100ft/min或300ft/min）飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制5、平飞性能范围的划分§1平飞速度边界（1）划分原则：在飞机飞行包线的范围内，根据飞机的稳定性和操纵性，把飞行的区域划分为两个范围。第一性能范围（正常操纵区）第二性能范围（反常操纵区）ⅠⅡVmaxVEVmin问题：什么是稳定性？什么是操作性？飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制5、平飞性能范围的划分§1平飞速度边界（2）平衡特性正常操纵区：具有稳定性Va↓,FRE↓,ΔF0,飞机加速。Va↑,FRE↑,ΔF0,飞机减速。反常操纵区：不具稳定性Vb↓,FRE↑,ΔF0,飞机减速。Vb↑,FRE↓,ΔF0,飞机加速。飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制5、平飞性能范围的划分§1平飞速度边界（3）操纵特性：平飞加速VaFA1FA2正常操纵区:在Va上处于平衡，欲加速，增大油门，FA↑，出现ΔF0，使V↑。同时D↑，最后达到新的平衡。FA3FA4FA5反常操纵区:Vb在Vb上处于平衡，欲加速，增大油门，FA↑，出现ΔF0，使V↑。但D↓，ΔF↑，加速度增大，回不到平衡状态。只能再减小油门，使ΔF0,减小加速度，最后平衡。飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制5、平飞性能范围的划分§1平飞速度边界（3）操纵特性：上升正常操纵区:拉杆，迎角增大，飞机减速，阻力减小，剩余推力增大，sinθ=ΔF/W增大。反常操纵区:推杆，迎角减小，飞机加速，阻力减小，剩余推力增大，sinθ=ΔF/W增大。逆向思维，不习惯飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制§1平飞速度边界§2机动飞行与突风载荷§3抖振边界§4飞机的使用限制§5跑道强度对飞机的起降重量的限制第三章飞行的极限边界与运行限制飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制§2机动飞行和突风载荷1、机动飞行定义：含有加速度的飞行，即改变速度大小和方向的运动飞机在某一高度定常平飞，加速度为0，如果加大油门，发动机推力大于阻力，出现剩余推力。可用于：gWFmDFax①加速平飞：轨迹的切向加速度，衡量飞机速度机动性机动飞行的三种情况：飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制§2机动飞行和突风载荷1、机动飞行③LW时，同时增大飞机的坡度，使升力的垂直分量等于飞机的重量，飞机水平转弯。②向后拉杆，增大迎角，使LW,剩余推力做向心力，使飞机轨迹向上弯曲：gngWWLmWLayy)1(法向加速度，衡量飞机的高度机动性sinsin2gngWLRVayz衡量飞机的方向机动性飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制§2机动飞行和突风载荷1、机动飞行过载ny的大小体现了曲线运动的机动性。过载的限制因素：•空气动力限制•飞机结构强度限制飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制§2机动飞行和突风载荷1、机动飞行（1）空气动力极限载荷HP,W一定时，WLeySCVWWLnmax20211ny近似与Ve2成正比。负过载时，CLmax是正过载CLmax的0.7倍。Veny飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制§2机动飞行和突风载荷1、机动飞行（2）结构限制载荷为了防止结构破坏，残余变形，FAR25.337规定：设计飞机时正的过载不得小于2.5，不必大于3.8负过载在VC之前不能小于-1.0在VC~VD之间线性减小到0。飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制§2机动飞行和突风载荷1、机动飞行（3）机动飞行包线飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制§2机动飞行和突风载荷1、机动飞行（4）特征点VA设计机动速度飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制§2机动飞行和突风载荷1、机动飞行（4）特征点VB穿越颠簸气流的失速速度限制穿越颠簸气流的速度不得小于VB。飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制1、机动飞行（4）特征点§2机动飞行和突风载荷设计巡航速度飞机在巡航时可用的最大速度。应比设计俯冲速度小20%。0.8CDVVCV飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制DV设计俯冲速度飞机的最大限制速度，在使用中不允许超过这个速度，否则可能会引起飞机的永久变形或损坏。1、机动飞行（4）特征点§2机动飞行和突风载荷飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制§2机动飞行和突风载荷1、机动飞行飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制§2机动飞行和突风载荷1、机动飞行（5）机动飞行限制机动飞行时，过载不得超过机动包线上的过载限制。如：最大过载对飞机转弯时，对最大坡度的限制为66.4°。实际飞行中的坡度在15°~30°。飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制§2机动飞行和突风载荷2、阵风包线平飞时，对称向上（向下）的垂直阵风，使α↑（α↓）使ny1(ny1)。Δα(由阵风产生)平飞Veu设计阵风速度WSVcWLnWeLy02111飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制§2机动飞行和突风载荷2、阵风包线FAR对所要考虑阵风u大小的有关规定。uguestVelocity—EASft/s12.52538506620000ft50000ftGuestforVDGuestforVCGuestforVB飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制§2机动飞行和突风载荷2、阵风包线飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制§2机动飞行和突风载荷2、阵风包线eWLgyVSWckn210VenVD+66ft/s+50ft/s+25ft/s-66ft/s-50ft/s-25ft/s1VCVB阵风包线图：飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制§2机动飞行和突风载荷1、阵风包线飞机性能工程第三章飞行的极限边界与运行限制§2机动飞行和突风载荷2、阵风包线组合包线图：飞机性能工程第三章