飛行力學(xué)課件：第1章 飛機(jī)性能計(jì)算的原始數(shù)據(jù)

1、飛行力學(xué)第一章 飛機(jī)性能計(jì)算的原始數(shù)據(jù)和質(zhì)心運(yùn)動(dòng)方程飛行器設(shè)計(jì)教研室內(nèi)容1-1 飛機(jī)的升力和阻力特性1-2 發(fā)動(dòng)機(jī)推力和耗油率特性1-3 飛機(jī)質(zhì)心運(yùn)動(dòng)方程北航 509引言出發(fā)方程：質(zhì)心動(dòng)力學(xué)關(guān)系（牛頓第二定律）0為了研究飛行性能問題，首先必須確定作用于飛機(jī)上的力和導(dǎo)出飛機(jī)質(zhì)心的運(yùn)動(dòng)方程。北航 509引言從飛行性能問題時(shí)，假定駕駛員通過操縱舵面偏轉(zhuǎn)保持繞質(zhì)心的力矩平衡，并忽略由于舵面偏轉(zhuǎn)所引起的氣動(dòng)力變化。作用在飛機(jī)上的外力外力矩平衡及約束外力一般不通過質(zhì)心，它將引起繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩原始數(shù)據(jù)北航 5091-1 飛機(jī)的升力和阻力特性 氣動(dòng)力基本描述小迎角范圍的升力關(guān)系 升力特性最大允許升力系數(shù) 阻

2、力特性零升阻力系數(shù)誘導(dǎo)阻力因子A 極曲線和最大升阻比 Kmax北航 5091-1 飛機(jī)的升力和阻力特性在常規(guī)飛行性能問題中（如定常直線運(yùn)動(dòng)），通常假設(shè)飛行無側(cè)滑，視側(cè)力為零分量形式空氣動(dòng)力無量綱化后升力系數(shù)阻力系數(shù)側(cè)力系數(shù)000 氣動(dòng)力基本描述V機(jī)身參考線飛機(jī)對(duì)稱面OYQZ風(fēng)軸系與機(jī)體坐標(biāo)系（書P94）北航 5091-1 飛機(jī)的升力和阻力特性小迎角范圍的升力關(guān)系 升力特性升力線斜率,與翼型、機(jī)翼平面形狀、M數(shù)有關(guān),即M, , 零升迎角，取決于機(jī)翼有效彎度和M數(shù),即M, f升力部件有機(jī)翼、機(jī)身、平尾、舵面,主要的是翼身組合體。平面形狀參數(shù)： 平均幾何弦長(zhǎng) b平均=S/l 展弦比 =l/ b平均根

3、梢比 = b0/bt 后掠角0lb0Sbt在給定的飛行狀態(tài)下，全機(jī)的升力：0北航 5091-1 飛機(jī)的升力和阻力特性翼型彎度對(duì) 的影響厚機(jī)翼薄機(jī)翼1.0典型大小大展弦比直機(jī)翼北航 5091-1 飛機(jī)的升力和阻力特性 隨迎角增大，升力曲線非線性按，依次出現(xiàn)抖動(dòng)、失速，直至達(dá)最大升力系數(shù)狀態(tài)。最大允許升力系數(shù) 飛機(jī)在超音速飛行時(shí)，由于平尾（或升降舵）操縱效率降低，升力系數(shù)會(huì)受到為保持飛機(jī)俯仰平衡所需的極限偏轉(zhuǎn)角的限制 ，超音速時(shí)焦點(diǎn)(氣動(dòng)中心)后移，且平尾最大升力系數(shù)下降。飛機(jī)的俯仰平衡限制北航 509最大允許升力系數(shù)1-1 飛機(jī)的升力和阻力特性超音速時(shí)平尾平衡能力劇降形成飛行限制平尾極限偏轉(zhuǎn)角升

4、力系數(shù)北航 5091-1 飛機(jī)的升力和阻力特性零升阻力系數(shù) 阻力特性誘導(dǎo)阻力因子零升阻力系數(shù)無側(cè)滑時(shí)的阻力特性或極曲線表達(dá)式誘導(dǎo)阻力系數(shù)2) 長(zhǎng)細(xì)比增大，機(jī)翼，1) 與升力無關(guān)，取決于外形、M、Re1.0波阻出現(xiàn)隨M增加，激波強(qiáng)度減弱摩阻壓阻干擾外形、Re確定北航 5091-1 飛機(jī)的升力和阻力特性誘導(dǎo)阻力因子A1) 取決于外形、M、Re外形、Re確定3)超音速無前緣繞流時(shí)：，A2)亞音速時(shí)，A隨M基本不變: 1.0無前緣繞流1(yx)AM北航 5091-1 飛機(jī)的升力和阻力特性 極曲線和最大升阻比 Kmax外形、Re確定升阻比最大升阻比評(píng)定飛機(jī)升阻特性的重要?dú)鈩?dòng)參數(shù)Kmax=tan Kmax

5、M先進(jìn)布局亞音速飛機(jī)經(jīng)典超音速飛機(jī)北航 5091-1 飛機(jī)的升力和阻力特性證明北航 5091-2 發(fā)動(dòng)機(jī)推力和耗油率特性 推力式發(fā)動(dòng)機(jī)（如渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)）基本概念轉(zhuǎn)速特性（油門特性）發(fā)動(dòng)機(jī)典型油門狀態(tài)速度特性高度特性 功率式發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介(如:渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī))北航 509渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) 北航 509渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 北航 509渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)北航 509活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī) 北航 5091-2 發(fā)動(dòng)機(jī)推力和耗油率特性基本概念臺(tái)架推力Pf ：發(fā)動(dòng)機(jī)在試車臺(tái)上測(cè)得的推力可用推力Pky ：發(fā)動(dòng)機(jī)安裝到飛機(jī)上后，真正的作用推力推重比fd：耗油率qkh：?jiǎn)挝粫r(shí)間產(chǎn)正單位推力所消耗的油量 推力式發(fā)動(dòng)機(jī)（如渦輪

6、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)）臺(tái)數(shù)推力損失系數(shù)北航 509H, V一定，P f(Pky)、qkhn關(guān)系1-2 發(fā)動(dòng)機(jī)推力和耗油率特性轉(zhuǎn)速特性（油門特性）（試驗(yàn)證明）1)加力狀態(tài)：帶加力燃燒室，開動(dòng)其工作的狀態(tài)。對(duì)應(yīng)于最大轉(zhuǎn)速，推力較最大狀態(tài)增加30-50%，耗油率增加近一倍以上，連續(xù)工作時(shí)間限5-10min。2)最大狀態(tài)：對(duì)應(yīng)于最大許用轉(zhuǎn)速(nmax)的發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài) 。推力為非加力時(shí)的最大值。只能連續(xù)工作5-10min，通常用于起飛、短時(shí)加速、爬升、空中機(jī)動(dòng)等。3)額定狀態(tài)：對(duì)應(yīng)于最大轉(zhuǎn)速97% ，推力為最大狀態(tài)的85-90%，可較長(zhǎng)時(shí)間工作(半小時(shí)1小時(shí))，用于平飛、爬升、遠(yuǎn)航飛行等。4)巡航狀態(tài)：n巡90%

7、 n額，Pf巡 80%Pf額，耗油率最小，不限時(shí)，用于巡航。5)慢車狀態(tài)：n慢 30% n額，推力很小，Pf慢 35%Pfmax，連續(xù)工作時(shí)間不允許超過10-15min，用于下滑、著陸。(不允許空中停車)1-2 發(fā)動(dòng)機(jī)推力和耗油率特性發(fā)動(dòng)機(jī)典型油門狀態(tài)北航 509H, n一定，P f（Pky）及qkhV （M ）關(guān)系1-2 發(fā)動(dòng)機(jī)推力和耗油率特性速度特性高限受渦輪前燃?xì)鉁囟仍试S值限制北航 5091-2 發(fā)動(dòng)機(jī)推力和耗油率特性V, n一定，P f（Pky）及qkhH關(guān)系高度特性如何提高噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力？北航 509如何提高噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力？1-2 發(fā)動(dòng)機(jī)推力和耗油率特性V 取決于飛行條件。提高P

8、 f可以通過提高Vp和mk 。提高Vp和提高燃?xì)鉁囟扔嘘P(guān)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的耐高溫限制，所以限制了Vp 。高溫高速氣體直接排放于空氣中，推進(jìn)效率低，油耗大，經(jīng)濟(jì)性差。Vp大，則噪音大。增加mk而提高可以避免上述缺點(diǎn)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)思想。提高Vp的限制：北航 509工作原理：首先產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)功率，帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)，依靠空氣動(dòng)力獲得前行的拉力。缺點(diǎn)：失速限制，只適用于亞音速。優(yōu)點(diǎn)：低M數(shù)時(shí)耗油小，馬力大，經(jīng)濟(jì)性好。1-2 發(fā)動(dòng)機(jī)推力和耗油率特性 功率式發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介(如:渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī))北航 5091-3 飛機(jī)質(zhì)心運(yùn)動(dòng)方程 坐標(biāo)系飛機(jī)在鉛垂面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方程動(dòng)力學(xué)方程幾種特殊形式質(zhì)心的空間位置鉛垂面zhxdzdyd水平面xh(V)sOyhsO:飛機(jī)質(zhì)心 Oxh :沿速度矢Oyh:鉛垂面(指向上為正) Ozh:水平面內(nèi)航跡軸系與地面軸系北航 5091-3 飛機(jī)質(zhì)心運(yùn)動(dòng)方程飛機(jī)在鉛垂面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方程動(dòng)力學(xué)方程運(yùn)動(dòng)特征：飛機(jī)對(duì)稱面與質(zhì)心運(yùn)動(dòng)軌跡處于同一鉛垂面，即飛機(jī)無傾斜、不側(cè)滑。不計(jì)質(zhì)量變化，二自由度。切向運(yùn)動(dòng)法向運(yùn)動(dòng)10北航 5091-3 飛機(jī)質(zhì)心運(yùn)動(dòng)方程幾種特殊形式直線飛行(直線上升、下降等)水平直線飛行(平飛加減速等)等速水平直線飛行