第三 飞机性能工程 飞机限制边界.pptx

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1、1 1 平飞速度边界平飞速度边界2 2 机动飞行与突风载荷机动飞行与突风载荷3 3 抖振边界抖振边界4 4 飞机的使用限制飞机的使用限制5 5 跑道强度对飞机的起降重量的限制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第1页/共77页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。第2页/共77页（2）三方面限制：Vmin=MAX（Vs，Vpower-limit，V stabilify）1、平飞最小速度Vmin

2、（1）定义：飞机能维持正常、稳定平飞的最小速度1 1 平飞速度边界第3页/共77页1、平飞最小速度Vmin1 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：第4页/共77页1、平飞最小速度Vmin1 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。第5页/共77页1、平飞最小速度Vmin1 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。第6页/共77页

3、（3）影响因素1、平飞最小速度Vmin1 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，减小，Vs越大；第7页/共77页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Vmin1 平飞速度边界重量增加第8页/共77页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V

4、ref。重量（千磅）160 170 180 190 200 210 220 230Vref119 123 126 130 133 136 140 143757-200 着陆参考速度（着陆构型）1 1 平飞速度边界第9页/共77页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 1 平飞速度边界（2）限制：推力限制：发动机最大推力限制。第10页/共77页2、平飞最大速度Vmax1 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,FAVh =第11页/共77页2、平飞最大速度Vm

5、ax（3）影响因素：a）高度影响 1 平飞速度边界随着高度的增加:低空：Vemax，但，所以VT,M高空：Vemax，但，所以VT,MVTh第12页/共77页2、平飞最大速度Vmax1 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。重量增加第13页/共77页3、理论速度包线与升限将Vmin-Hp、Vmax-Hp图会在一张图中。1 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。第14页/共77页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

6、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。第15页/共77页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。第16页/共77页（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。第17页/共77页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

7、作性（副翼反效），甚至撤坏蒙皮、断裂，甚至解体。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 MVMO=CONST第18页/共77页 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第19页/共77页4、使用飞行包线1 平飞速度边界（4）使用速度包线第20页/共77页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

8、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）第21页/共77页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）VmaxVEVmin问题：什么是稳定性？什么是操作性？第22页/共77页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,F0,飞机加速。Va,FRE,F0,飞

9、机减速。反常操纵区：不具稳定性Vb,FRE,F0,飞机加速。第23页/共77页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F0，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F0，使V 。但D，F，加速度增大，回不到平衡状态。只能再减小油门，使FW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。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：法向加速度，衡量飞机的高度机动性衡量飞机的方向机动性

10、第28页/共77页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第29页/共77页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，ny近似与Ve2成正比。负过载时，CLmax是正过载CLmax的0.7倍。Veny第30页/共77页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VCVD之间线性减小到0。第31页/共77页2 机动飞行和突风载荷1、机动飞行（3）机动飞

11、行包线第32页/共77页2 机动飞行和突风载荷1、机动飞行（4）特征点VA设计机动速度第33页/共77页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。第34页/共77页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%。第35页/共77页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第36页/共77页2 机动飞行和突风载荷1、机动飞行第37页/共77页2 机动飞行和突风载荷1、

12、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1530。第38页/共77页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（）使ny1(ny1)。(由阵风产生)平飞Veu 设计阵风速度第39页/共77页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。u guest VelocityEAS ft/s12.52538506620000ft50000ftGuest for VDGuest for VCGuest for VB第40页/共77页2 机动飞行

13、和突风载荷2、阵风包线第41页/共77页2 机动飞行和突风载荷2、阵风包线VenVD+66ft/s+50ft/s+25ft/s-66ft/s-50ft/s-25ft/s1VCVB阵风包线图：第42页/共77页2 机动飞行和突风载荷1、阵风包线第43页/共77页2 机动飞行和突风载荷2、阵风包线组合包线图：第44页/共77页2 机动飞行和突风载荷2、阵风包线 VBVC是穿越颠簸气流允许的速度范围。当风速小时，范围大些。实际中取比VB大一点的一个速度作为穿越颠簸气流的速度。第45页/共77页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

14、 飞行的极限边界与运行限制第46页/共77页3 抖振边界 飞机平飞的最小允许速度受到抖振迎角限制的抖振速度，小速度时有个抖振边界。大速度时，激波引起附面层分离，也有个抖振速度。第47页/共77页3 抖振边界1、平飞抖振边界平飞，在给定高度、重量时有：MCLWMCL抖动抖动升力系数随M数的变化关系：第48页/共77页3 抖振边界1、平飞抖振边界MCLWCL抖动同一重量对应两个交点：低速抖动M高速抖动MMWHP=CHP平飞抖振边界W-M高度不变时，W，无抖振的速度范围减小；重量一定时，HP，无抖振的速度范围减小。第49页/共77页3 抖振边界1、平飞抖振边界MWH=CH平飞抖振边界W-M利用这些图

15、可以确定：给定HP、W，确定平飞时抖振限制的最大、最小M；给定W，确定1g平飞的最大高度和对应的M数；给定W、M，确定平飞的最大高度；给定HP、M，确定平飞最大重量；给定HP上，确定平飞最大重量和M。第50页/共77页3 抖振边界2、机动飞行抖振边界 在HP、W一定时，飞机可以在低抖振和高抖振间无抖振平飞，但载荷变化时也可能引起新的抖振。一个重量有一个CL平飞，对应一个ny抖动，最后可确定ny与M的关系。图集1，P38第51页/共77页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第52页/共77页1、重量

16、限制4 飞机的使用限制2、重心限制 飞机的重心不能超过规定的重心范围。在飞行过程中，飞机的中心位置是在不断变化的，因此，起飞配平时允许的重心范围应当再缩小一些。如757-200：第53页/共77页第54页/共77页3、环境包线4 飞机的使用限制机场高度限制飞行高度限制温度限制第55页/共77页4、过载限制 襟翼收上时：襟翼放出时：4 飞机的使用限制第56页/共77页5、发动机使用限制4 飞机的使用限制第57页/共77页6、襟翼使用限制4 飞机的使用限制第58页/共77页7、起落架使用限制4 飞机的使用限制第59页/共77页7、起落架使用限制4 飞机的使用限制第60页/共77页第61页/共77页

17、8、顺风限制 10、防冰9、跑道坡度限制、强度限制4 飞机的使用限制第62页/共77页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第63页/共77页4 跑道强度对飞机的起降重量的限制ACN(Aircraft Classification Number)飞机等级号（飞机分类号）PCN(Pavement Classification Number)道面等级号（道面分类号）1990年6月，ICAO附件14“Aerodromes”第一版引入了ACNPCN 系统，它提供了一个标准的、国际性的飞机道面等级系统，用于取

18、代世界上使用的 S、T、TT、LCN、AUW、WL 等各种等级系统。ICAO 推荐采用 ACN 与 PCN 评价道面等级，确定由道面强度限制的飞机起降重量。第64页/共77页4 跑道强度对飞机的起降重量的限制1、PCN PCN反映了道面的承载能力，PCN越大，道面承载能力越强、允许起落越重的飞机。PCN 90/R/B/X/T 、PCN 38/F/A/X/U、.跑道的PCN由修建部门提供,可以在机场细则中查到,表示方法如下：第65页/共77页PCN后面的数字代表了该跑道的等级号,它与道面厚度、道面材料(水泥铺筑面还是沥青道面)有关。第一个字母可以是R或F,R(RIGID)代表刚性道面（硬道面）即

19、水泥铺筑面；F（FLEXIBLE）代表柔性道面（又称软道面）即沥青铺筑面。4 跑道强度对飞机的起降重量的限制1、PCNPCN 35/R/B/X/T第66页/共77页4 跑道强度对飞机的起降重量的限制1、PCNPCN 35/R/B/X/T第二个字母可以是A、B、C、D之一，反映了道基的强度的大小。A 地下土质高强度 B 地下土质中等强度 C 地下土质低强度 D 地下土质特低强度 第67页/共77页4 跑道强度对飞机的起降重量的限制1、PCNPCN 35/R/B/X/T第三个字母可以是X、Y、Z、W之一 代表允许的轮胎压力。WXYZ轮胎压力轮胎压力高压高压中等压力中等压力低压低压超低压超低压轮胎压

20、力范围轮胎压力范围（兆帕）（兆帕）1.51.01.5(145218PSI)0.51.0(72.545PSI)0.5 现在飞机的轮胎压力绝大多数218PSI,属中压轮胎。个别机型(如MD82)使用高压轮胎。如要求飞机在砂石道面上起降则应用低压轮胎(如B737200、Be146100可选装低压轮胎)。第68页/共77页4 跑道强度对飞机的起降重量的限制1、PCNPCN 35/R/B/X/T第四个字母是T、U之一，表示评价手段 T技术监定；U试飞或经验评定。第69页/共77页4 跑道强度对飞机的起降重量的限制1、PCN第70页/共77页飞机等级号 ACN 的定义:(标准轮胎压力指1.2兆帕,所需厚度

21、指为能长期起降而又不损坏跑道所需道面厚度。)ACN与飞机重量、重心(它影响主起落架上的载荷)、轮胎压力、道面的软硬、道基强度有关,见附表二。4 跑道强度对飞机的起降重量的限制2、ACN 重心越靠后，百分比越大，ACN值越大，一般按后重心给出CAN值。第71页/共77页4 跑道强度对飞机的起降重量的限制2、ACN第72页/共77页4 跑道强度对飞机的起降重量的限制3、应用某跑道PCN 35/R/B/X/T，机型：跑道限制的起飞重量是多少？从PCN值可知，该机场允许胎压为X，即中等压力1.01.5MPa，而飞机的轮胎压力是1.48MPa，满足要求。检查胎压是否满足要求：第73页/共77页4 跑道强

22、度对飞机的起降重量的限制3、应用由PCN，R-硬道面，将对应CAN值与飞机重量摘出：PCN 35/R/B/X/T按线性插值，求出与PCN35相应的重量。WW1(PCNACN1)(W2W1)(ACN2ACN1)=158757+(35-28)*(272476-158757)/(52.6-28)=184529KG如果Pcn 64/R/A/X/T对应的飞机重量是多少？第74页/共77页4 跑道强度对飞机的起降重量的限制4、超载起降问题 为了能长期、反复在跑道上起降而不损坏该跑道,要求飞机对该跑道的ACNPCN。如果偶尔使用，该跑道允许CAN稍大于PCN：刚性道面，允许CAN超过PCN5%柔性道面，允许CAN超过PCN10%第75页/共77页复习题：1、重量对平飞速度包线的影响（速度范围、升限）？2、平飞最小速度的限制因素有？平飞最大速度的限制因素有？3、理论升限的爬升率？4、VMO/MMO？5、过载限制、突风过载？6、机动能力图的使用。7、PCN/ACN。第76页/共77页感谢您的观看！第77页/共77页