性能课件：第1章.ppt

1、飞行性能与计划飞行性能与计划/sau预备知识预备知识第第1章章第第1章章 第第 页页2本章主要内容本章主要内容1.1 大气和国际标准大气（大气和国际标准大气（ISA）1.2 高速飞机的升阻力特性高速飞机的升阻力特性1.3 涡轮风扇发动机性能涡轮风扇发动机性能飞行性能与计划飞行性能与计划/CAFUC第第1章章 第第 页页31.1 大气和国际标准大气大气和国际标准大气第第1章章 第第 页页4所谓国际标准大气（所谓国际标准大气（ISA),ISA),就是人为的规定一个不变就是人为的规定一个不变的大气环境，包括温度、密度、气压等随高度的变化的大气环境，包括温度、密度、气压等随高度的变化关系，得出统一的数

2、据，作为计算和试验飞机的统一关系，得出统一的数据，作为计算和试验飞机的统一标准。标准。国际标准大气国际标准大气由国际民航组由国际民航组织织(ICAO)(ICAO)制定，制定，它是以北半球它是以北半球中纬度地区大中纬度地区大气物理特性的气物理特性的平均值为依据平均值为依据建立的。建立的。第第1章章 第第 页页5认为空气是理想气体，满足理想气体的状态方程：认为空气是理想气体，满足理想气体的状态方程： RTP同时假定大气是静止的，符合大气静力学方程同时假定大气是静止的，符合大气静力学方程： gdHdP大气中的音速对飞行动力学有重要影响：大气中的音速对飞行动力学有重要影响： gRTa2Pa 2第第1章

3、章 第第 页页6音速的定义及随高度的变化关系音速的定义及随高度的变化关系 扰动在空气中的传播速度就是音速。扰动在空气中的传播速度就是音速。ddpa 2731 .20ta公里公里/小时小时音速与传输介质的可压缩性有关，音速越大，空气越音速与传输介质的可压缩性有关，音速越大，空气越难压缩；难压缩；在空气中，音速大小只取决于空气的温度，温度越低，在空气中，音速大小只取决于空气的温度，温度越低，音速越小，空气越易压缩；音速越小，空气越易压缩；高度增加，音速减小。高度增加，音速减小。第第1章章 第第 页页71.1.1 标准大气物理性质标准大气物理性质国际标准大气假设重力加速度为恒定值，包括如下规定：国际

4、标准大气假设重力加速度为恒定值，包括如下规定：海平面高度为海平面高度为0，这一海平面，这一海平面称为称为ISA标准海平面；标准海平面；海平面气温为海平面气温为288.15 K、15 C或或59 F；海平面气压为海平面气压为1013.2mBar(毫毫巴巴)或或1013.2hPa(百帕百帕)或或29.92inHg(英寸汞柱英寸汞柱)；空气密度空气密度0=0.002377磅磅秒秒2/英尺英尺4（1.225kg/m3）；）；音速音速a0=661.5海里海里/小时小时第第1章章 第第 页页81、温度随高度的变化关系、温度随高度的变化关系1.1.2 温度、密度、压强随高度的变化温度、密度、压强随高度的变化

5、当当H11000m（36089ft）时，随着高度增加，温度线）时，随着高度增加，温度线性递减，标准递减率为：性递减，标准递减率为：-6.5/1000m或或-2/1000ft；当当11000mH20000m（36089ftH65547ft）时，随着）时，随着高度的增加，温度保持不变，为高度的增加，温度保持不变，为-56.5。第第1章章 第第 页页92、压力随高度的变化关系、压力随高度的变化关系随着高度增加，压力减小。随着高度增加，压力减小。注：在低空，气压每降低注：在低空，气压每降低1hpa，气压高度大约增加，气压高度大约增加28ft。通过测量气压得到的高度被称为气压高度（通过测量气压得到的高度

6、被称为气压高度（PA）。）。第第1章章 第第 页页103、密度随高度的变化关系、密度随高度的变化关系为了计算给定高度上的标准密度，通常将空气认为是为了计算给定高度上的标准密度，通常将空气认为是理想气体，因此，可以按照理想气体状态方程获得：理想气体，因此，可以按照理想气体状态方程获得：RTP其中，其中，R = 通用气体常数通用气体常数(287.053 J/kg/K)，P以百帕以百帕为单位，为单位，T为开氏温度。为开氏温度。第第1章章 第第 页页11在性能计算中，使用温度、压力和密度与标准大在性能计算中，使用温度、压力和密度与标准大气海平面的相应值的比值更为方便。气海平面的相应值的比值更为方便。温

7、度比温度比压强比压强比密度比密度比KTTT15.2880hpaPPP25.1013030/225. 1mkg根据理想气体状态方程：根据理想气体状态方程：RTP第第1章章 第第 页页12国际标准大气表国际标准大气表第第1章章 第第 页页131.1.3 非标准大气非标准大气通常利用国际标准大气表和关系式通常利用国际标准大气表和关系式 ，来进，来进行非标准大气修正。行非标准大气修正。例例1.1：实际温度为：实际温度为30 ，气压高度，气压高度3000ft,确定空气密度确定空气密度。解：首先可求出温度比，解：首先可求出温度比，（27330）/288=1.0521 再根据国际标准大气表，得到气压高度再根

8、据国际标准大气表，得到气压高度3000ft处的处的 0.8962 由由 = /即可求出即可求出0.8518 。 则实际的空气密度则实际的空气密度00.0020247kg/m3第第1章章 第第 页页14ISA偏差是指：某处实际温度与偏差是指：某处实际温度与ISA标准温度的差值。标准温度的差值。例例1.2：已知某机场场温：已知某机场场温20 C，机场压力高度，机场压力高度2000英尺。英尺。求：机场高度处求：机场高度处ISA偏差。偏差。解：在压力高度为解：在压力高度为2000英尺的机场处，英尺的机场处，ISA标准温度应为：标准温度应为：T标准标准=15 C （2 C/1000ft） 2000ft=

9、11 C，而实际温度为：而实际温度为：T实际实际=20 C，所以，所以，ISA偏差即温度差为：偏差即温度差为：ISA偏差偏差= T实际实际 T标准标准=20 C 11 C=9 C，表示为：表示为：ISA+9 C 实际大气与标准大气的相互换算即实际大气与标准大气的相互换算即ISA偏差偏差第第1章章 第第 页页151.1.4 高度的表示高度的表示几何高度几何高度真实高度（真实高度（Absolute Altitude）相对高度（相对高度（Relative Height）绝对高度（绝对高度（True Altitude）气压高度气压高度场面气压高（场压高场面气压高（场压高HQFE）修正海平面气压高度（修

10、正海压高修正海平面气压高度（修正海压高HQNH）标准气压高度层（标准气压高度层（HQNE）密度高度：根据非标准大气的温度偏差将气压高度密度高度：根据非标准大气的温度偏差将气压高度修正后的高度。能直接用来确定飞机的飞行性能。修正后的高度。能直接用来确定飞机的飞行性能。第第1章章 第第 页页16几何高度几何高度绝对高度绝对高度真实高度真实高度标高标高压力高度压力高度绝对高度绝对高度（True Altitude）真实高度真实高度（Absolute Altitude）相对高度相对高度（Relative Height）第第1章章 第第 页页17Altitude above MSLFlight Level

11、Height above Airport常用的几个压力高度常用的几个压力高度QNH：修正海压，指飞机距平均海平面修正海压，指飞机距平均海平面（MSL）的垂直距离。）的垂直距离。QNE：标准海压，指飞机距标准海压，指飞机距ISA海平面的海平面的垂直距离。垂直距离。QFE：场压高度，相对于机场标高或跑场压高度，相对于机场标高或跑道入口标高的高度。道入口标高的高度。第第1章章 第第 页页18QNH QNE QFE的关系的关系机场ELEVHHQFEQNHPQNHQNEHHH)30(4/33hpa)1013(m11gmm)(ftmQNHHHQNHQNEHPP或或第第1章章 第第 页页19例例1.3 机场

12、标高机场标高600ft， QNH 等于等于 997 hPa, 请找出机场相对于国请找出机场相对于国际标准大气海平面的高度际标准大气海平面的高度. 答案答案:机场相对于机场相对于ISA海平面的高度是海平面的高度是 1080 ft。QNH和和QNE之间关系的计算之间关系的计算注：高度升高注：高度升高30ft, 压强降低压强降低1hPa.第第1章章 第第 页页20例例1.4 机场标高机场标高600ft， QNH 等于等于 1027 hPa, 请找出机场相对于国请找出机场相对于国际标准大气海平面的高度际标准大气海平面的高度. QNH和和QNE之间关系的计算之间关系的计算答案答案:机场相对于机场相对于I

13、SA海平面的高度是海平面的高度是 180 ft。第第1章章 第第 页页21高度表的调定高度表的调定 Altitude Indicator 高度表高度表过渡高度（过渡高度（TA-Transition Altitude） 过渡高度层过渡高度层 (TL-Transition Level) 过渡层也叫过渡夹层（过渡层也叫过渡夹层（Transition Layer） 第第1章章 第第 页页22本章主要内容本章主要内容1.1 大气和国际标准大气（大气和国际标准大气（ISA）1.2 高速飞机的升阻力特性高速飞机的升阻力特性1.3 涡轮风扇发动机性能涡轮风扇发动机性能飞行性能与计划飞行性能与计划/SAU 第第

14、1章章 第第 页页231.2 高速飞机的升阻力特性高速飞机的升阻力特性第第1章章 第第 页页241、飞行、飞行M数对升力系数和升力系数曲线斜率的影响数对升力系数和升力系数曲线斜率的影响当飞行当飞行M数小于临界数小于临界M数（亚音速阶段）时，升力系数和升力系数数（亚音速阶段）时，升力系数和升力系数曲线的斜率增加；曲线的斜率增加；当飞行当飞行M数大于临界数大于临界M数（跨音速阶段）时，升力系数和升力系数数（跨音速阶段）时，升力系数和升力系数曲线的斜率进一步增加，待飞行曲线的斜率进一步增加，待飞行M数增加至一定值后（数增加至一定值后（M1），升力），升力系数和升力系数曲线的斜率随着系数和升力系数曲线

15、的斜率随着M数的增加而减小。数的增加而减小。1.2.1 飞行飞行M数对飞机气动性能的影响数对飞机气动性能的影响第第1章章 第第 页页252、飞行、飞行M数对最大升力系数和临界迎角的影响数对最大升力系数和临界迎角的影响在亚音速阶段，随着在亚音速阶段，随着M数的增加，最大升力系数和临界迎角均减小。数的增加，最大升力系数和临界迎角均减小。在跨音速阶段，最大升力系数和临界迎角随在跨音速阶段，最大升力系数和临界迎角随M数的增加而减小数的增加而减小 亚音速范围，亚音速范围，“吸吸出更吸，压出更压出更吸，压出更压”的变化导致逆压梯的变化导致逆压梯度增大，使得气流度增大，使得气流分离提前分离提前跨音速范围，跨

16、音速范围，飞机将在更小飞机将在更小迎角下出现激迎角下出现激波失速，导致波失速，导致最大升力系数最大升力系数和临界迎角减和临界迎角减小小第第1章章 第第 页页263、飞行、飞行M数对阻力系数的影响数对阻力系数的影响在亚音速阶段，随着在亚音速阶段，随着M数的增加，翼型的阻力系数基本不随飞行数的增加，翼型的阻力系数基本不随飞行数变化；在跨音速阶段，随着数变化；在跨音速阶段，随着M数的增加，阻力系数急剧增大数的增加，阻力系数急剧增大 。 第第1章章 第第 页页274、飞行、飞行M数对最大升阻比的影响数对最大升阻比的影响随着随着M数的增加，最大升阻比减小。数的增加，最大升阻比减小。 第第1章章 第第 页

17、页285、衡量空气动力性能好坏的标准、衡量空气动力性能好坏的标准 在低速飞行时，通常用在低速飞行时，通常用最大升阻比最大升阻比Kmax的大小来衡量；的大小来衡量；而在高速飞行时，用而在高速飞行时，用气动效率气动效率MK来衡量气动性能的好来衡量气动性能的好坏。坏。 第第1章章 第第 页页29随着飞行随着飞行M数的增加数的增加,气动效率气动效率MK会先增大后减小。会先增大后减小。第第1章章 第第 页页30 重心靠前，会使同迎角下飞机的升力系数和最大升力系数减小，重心靠前，会使同迎角下飞机的升力系数和最大升力系数减小，阻力系数增加，飞机越容易失速（失速速度变大）。阻力系数增加，飞机越容易失速（失速速

18、度变大）。平尾负升力增加平尾负升力增加,飞机总升力减少飞机总升力减少,总升力系数减少。总升力系数减少。1.2.2 飞机重心对升、阻力系数的影响飞机重心对升、阻力系数的影响第第1章章 第第 页页31 飞机重量增大，会使同迎角下飞机的升力系数和最飞机重量增大，会使同迎角下飞机的升力系数和最大升力系数减小。大升力系数减小。1.2.3 飞机重量对最大系数的影响飞机重量对最大系数的影响第第1章章 第第 页页32 使用扰流板后，会使飞机的升力系数减小，阻力系数增大。使用扰流板后，会使飞机的升力系数减小，阻力系数增大。1.2.4 扰流板对升、阻力系数的影响扰流板对升、阻力系数的影响第第1章章 第第 页页33

19、 一台发动机失效后，会一台发动机失效后，会使飞机的阻力系数增大。使飞机的阻力系数增大。1.2.5 一台发动机失效对阻力系数的影响一台发动机失效对阻力系数的影响第第1章章 第第 页页341.2.6 FAR失速和失速和1g失速介绍失速介绍飞机的失速速度是飞机可能作稳定飞行的最小速度，飞机的失速速度是飞机可能作稳定飞行的最小速度，通常并不会以这个速度飞行，但这个速度却是其他一通常并不会以这个速度飞行，但这个速度却是其他一些速度的参考速度。些速度的参考速度。由于试飞确定失速速度的由于试飞确定失速速度的方法不同和判断时机不同，方法不同和判断时机不同，导致得到的失速速度大小导致得到的失速速度大小不同。分别

20、称为不同。分别称为FAR失速失速速度速度和和1g失速速度失速速度。SCnWVLySmax2第第1章章 第第 页页35VS1g，对应最大升力系数（即：在升力即将减小之前）。在对应最大升力系数（即：在升力即将减小之前）。在这个时刻，这个时刻，过载系数仍然等于过载系数仍然等于1。VSFAR，对应常规失速（即：当升力开始快速减小时）。在对应常规失速（即：当升力开始快速减小时）。在这个时刻，这个时刻，过载系数总是小于过载系数总是小于1。1g失速失速FAR失失速速因此，因此，1g失速失速速度比速度比FAR失失速速度大一些。速速度大一些。例如例如 B747-400的的1g失速速度失速速度比比FAR失速速失速

21、速度大度大6%。第第1章章 第第 页页361、飞行中很多速度均以失速速度、飞行中很多速度均以失速速度Vs为基准确定，使用为基准确定，使用不同的不同的Vs为基准（采用为基准（采用FAR失速还是失速还是1g失速），则确定失速），则确定这些速度采用的因子也不同。在早期飞行中，通常以这些速度采用的因子也不同。在早期飞行中，通常以VSFAR为基准确定。为基准确定。 如：起飞安全速度如：起飞安全速度V2应不小于应不小于1.2VSFAR或或1.13VS1g。2、随着喷气式飞机的出现，在新型飞机审定中，越来、随着喷气式飞机的出现，在新型飞机审定中，越来越多的倾向于使用越多的倾向于使用Vs1g。关于关于FAR失

22、速和失速和1g失速的几点补充说明：失速的几点补充说明：第第1章章 第第 页页37关于关于FAR失速和失速和1g失速的几点补充说明：失速的几点补充说明：3、在、在JAR中，给出了中，给出了VS和和VS1g的关系，的关系，即即 VSFAR=0.94VS1g4、FAR根本没有参考根本没有参考1g的失速速度要求。尽管如的失速速度要求。尽管如此，空客的电传操纵飞机得到了此，空客的电传操纵飞机得到了FAA批准，在一些批准，在一些特殊条件小，可以与特殊条件小，可以与FAA批准的一样，用批准的一样，用VS1g作作为参考失速速度。为参考失速速度。第第1章章 第第 页页38本章主要内容本章主要内容1.1 大气和国

23、际标准大气（大气和国际标准大气（ISA）1.2 高速飞机的升阻力特性高速飞机的升阻力特性1.3 涡轮风扇发动机性能涡轮风扇发动机性能飞行性能与计划飞行性能与计划/CAFUC第第1章章 第第 页页391.3 涡轮风扇发动机性能涡轮风扇发动机性能第第1章章 第第 页页40动力装置的分类动力装置的分类活塞式活塞式燃气涡轮式燃气涡轮式涡轮喷气发动机（涡喷）涡轮喷气发动机（涡喷）涡轮风扇发动机（涡扇）涡轮风扇发动机（涡扇）涡轮螺旋桨发动机（涡桨）涡轮螺旋桨发动机（涡桨）涡轮轴发动机（涡轴）涡轮轴发动机（涡轴）第第1章章 第第 页页411.3.1 涡扇发动机性能简介涡扇发动机性能简介涡扇发动机功率（推力）

24、的主要指示参数为低压转子涡扇发动机功率（推力）的主要指示参数为低压转子转速转速N1或发动机的压力比或发动机的压力比EPR。燃油流量。燃油流量FF和排气和排气温度温度EGT为辅助指示参数。为辅助指示参数。发动机的推力、燃油流量发动机的推力、燃油流量（小时耗油量）、耗油率（小时耗油量）、耗油率等参数是发动机的重要性等参数是发动机的重要性能参数，他们直接影响到能参数，他们直接影响到飞机的飞行性能。飞机的飞行性能。第第1章章 第第 页页421.3.2 飞行速度对发动机性能的影响飞行速度对发动机性能的影响随着飞行速度的增加，发动机的推力先减小，后增大；随着飞行速度的增加，发动机的推力先减小，后增大； 燃

25、油流量一直增加；燃油流量一直增加； 耗油率增加。耗油率增加。发动机推力特性发动机推力特性第第1章章 第第 页页431.3.3 飞行高度对发动飞行高度对发动机性能的影响机性能的影响随着飞行高度的增加，随着飞行高度的增加， 推力减小；推力减小； 燃油流量减小；燃油流量减小； 耗油率基本不变。耗油率基本不变。第第1章章 第第 页页441.3.4 气温对发动机性能的影响气温对发动机性能的影响在气温较低时，发动机的推力随温度增加可保持基本在气温较低时，发动机的推力随温度增加可保持基本不变，当气温增加到一定值时，发动机推力随温度的不变，当气温增加到一定值时，发动机推力随温度的增加而减小。增加而减小。第第1

26、章章 第第 页页451.3.5 燃气涡轮发动机常用的工作状态燃气涡轮发动机常用的工作状态最大起飞最大起飞/复飞工作状态复飞工作状态最大连续工作状态最大连续工作状态最大上升工作状态最大上升工作状态最大巡航工作状态最大巡航工作状态减推力减推力/功率工作状态功率工作状态慢车工作状态慢车工作状态反推工作状态反推工作状态第第1章章 第第 页页461、最大起飞、最大起飞/复飞工作状态（复飞工作状态（TO/GA） 是最大推力状态，也是工作条件最恶劣的状态，这种状是最大推力状态，也是工作条件最恶劣的状态，这种状态一般只允许使用态一般只允许使用5min，有的允许到，有的允许到10min，同时还有，同时还有高度的

27、使用限制（如高度的使用限制（如B757飞机限制起降机场气压高度应飞机限制起降机场气压高度应不高于不高于8700ft） 2、最大连续推力状态（、最大连续推力状态（MCT） 比起飞推力小，它是发动机可以连续工作的最大推力状比起飞推力小，它是发动机可以连续工作的最大推力状态，没有使用时间限制，通常，该状态也是飞行中一发态，没有使用时间限制，通常，该状态也是飞行中一发失效后的工作状态，产生的推力比上升工作状态稍大，失效后的工作状态，产生的推力比上升工作状态稍大，可以保证飞机在一发失效后尽快爬高或在尽可能高的高可以保证飞机在一发失效后尽快爬高或在尽可能高的高度上飞行度上飞行审定级别审定级别审定级别审定级

28、别第第1章章 第第 页页473、最大上升（爬上）工作状态（、最大上升（爬上）工作状态（MCL） 小于小于MCT，相当于额定油门，没有使用时间限制，当，相当于额定油门，没有使用时间限制，当TO/GA结束后，使用结束后，使用MCL进行航路爬升至巡航高度。进行航路爬升至巡航高度。4、最大巡航工作状态（、最大巡航工作状态（MCR） 小于小于MCL，巡航时可以使用的最大推力，没有使用，巡航时可以使用的最大推力，没有使用时间限制，用于长时间和远距离飞行。时间限制，用于长时间和远距离飞行。5、减推力和减功率起飞状态（、减推力和减功率起飞状态（FLEX） 在跑道长度较长而起飞重量较小时，为了减轻发动机在跑道长

29、度较长而起飞重量较小时，为了减轻发动机负荷，降低发动机的维护费用，提高发动机使用可靠负荷，降低发动机的维护费用，提高发动机使用可靠性和延长发动机的使用寿命，可以使用比最大起飞推性和延长发动机的使用寿命，可以使用比最大起飞推力小的油门起飞。减推力和减功率起飞油门要根据实力小的油门起飞。减推力和减功率起飞油门要根据实际起飞重量和机场情况来确定际起飞重量和机场情况来确定第第1章章 第第 页页486、慢车工作状态（、慢车工作状态（IDLE） 用于航线下降或地面滑行时使用，是发动机能够保持用于航线下降或地面滑行时使用，是发动机能够保持稳定连续工作状态的最小转速的工作状态稳定连续工作状态的最小转速的工作状

30、态 7、反推工作状态、反推工作状态 反推是着陆和中断起飞中使用的一种工作状态，用反推是着陆和中断起飞中使用的一种工作状态，用于减轻刹车和轮胎负荷。于减轻刹车和轮胎负荷。 第第1章章 第第 页页49飞行性能与计划飞行性能与计划/CAFUC本章小结本章小结1. 标准海平面的大气参数及变化规律标准海平面的大气参数及变化规律2. ISA偏差偏差 3. 飞行飞行M数对升阻力系数及最大升力系数的影响数对升阻力系数及最大升力系数的影响4. 飞机重心位置对升力、阻力的影响飞机重心位置对升力、阻力的影响5. 飞机重量对最大升力系数的影响飞机重量对最大升力系数的影响6. 衡量空气动力性能好坏的标准衡量空气动力性能好坏的标准 7. FAR失速与失速与1g失速的关系失速的关系