1、第二章飞机飞行性能之起飞 /着陆性能共 50页 飞行器飞行力学 2内容引言2.5.1 起飞性能2.5.2 着陆性能2.5.3 单发停车故障对策2.5.4 改善起落性能的措施2.5.5 风切变对起落性能的影响小结共 50页 飞行器飞行力学 32.5：引言引言o 速度改变很快的非定常运动o 地面滑跑时承受地面对机轮的支反力和摩擦力o 地面运动及近地飞行时需要考虑 气动力的地面效应 影响o 构形变化：放下起落架、打开襟翼等增升装置、使用减速板等等起飞着陆的运动及受力特点地面效应： 当飞机接近地面飞行时，由于地面的限制使机翼的下洗减小，使有效迎角增加，从而增加升力，减小诱导阻力，增加俯仰稳定性的现象。
2、共 50页 飞行器飞行力学 4地面效应 (ground effect)地面效应产生的原因在物理学上还有争议，一般认为是因为气流在机翼和地面/水面之间形成了一个高压气垫而产生了更大的上扬力。但是风洞实验指出 ，高压气垫虽然存在，但是地面/水面主要作用为扰乱翼尖涡流，减小下洗。在没有翼尖涡流的情况下，机翼的迎角更接 近理论水平，从而增加升力、减小诱导阻力。产生原因对安全的影响地面效应的作用高度范围等同于飞机的展长。起飞时易拉起，但此时飞机处于低速大迎角范 围，非常接近失速，当飞机爬升超过地面效应作用范围后， 翼尖涡流的下洗开始增强，造成相对气流偏移，结果使迎角 进一步增大，更接近于失速。此时飞机若
3、未能加速到更安全 的速度，将有可能进入失速，直接威胁飞行安全。着陆时也有类似情况。共 50页 飞行器飞行力学 5地面效应综合分析近地面翼尖涡削弱 近地面上下洗削弱CLMaTR导致1)升力系数增加2)诱导阻力减少3)产生附加低头力矩(T型尾除外)共 50页 飞行器飞行力学 6主要性能指标起飞 :离地速度，滑跑距离，起飞距离，起飞时间着陆 :接地速度，滑跑距离，着陆距离，着陆时间距离 短 , 时间 少 ,离地 /接地速度 低 性能好 .地面效应的应用速度快 .航速是普通舰艇的 10倍甚至更高 ,是气垫船的 3倍以上 .安全性高. 低空飞行, 可随时降落 ;不易被雷达发现 .抗浪性好 .小型机 1米
4、左右 ,中型机 3米左右 ,大型机 5米左右 .设计与制造费用低 ,售价约为同级飞机的 50%60%.地效飞行器赛车设计优点共 50页 飞行器飞行力学 7飞机从 起飞线 开始 滑跑 ， 离地 并 爬升到机场上空 安全高度 的这一 加速过程 称为起飞。本节主要讨论前三点式飞机起飞性能。根据机场四周障碍物选取，常采用 25m、15m或 10.7m，与飞机类型有关。一、概念： 起飞2.5.1飞机的起飞性能飞机的起飞性能共 50页 飞行器飞行力学 8稳定上升平飞加速初始稳定上升起飞线起飞滑跑11td 、上升加速22td 、收起落架收襟翼2121tttdddtoto+=+=前三点式飞机的起飞过程VRVl
5、o安全高度VHVH2V4三轮滑跑 两轮滑跑VR (抬前轮 ) = 0.70.9Vlo Vlo(离地 ) VH(安全高度 ) = 1.3Vlo(或按规范 )H122m共 50页 飞行器飞行力学 9应分别对抬前轮前后两段进行数值积分后相加。因为两段中飞机姿态不同，其迎角及升、阻系数也不同。假设滑跑过程中的两主轮着地，推力与地面平行。二、地面滑跑距离 d1和时间 t1的计算精确计算近似计算ddaWVTDFgt= fNF =LWN =干硬土草地湿水泥跑道干水泥跑道摩阻系数,10.007.0,05.003.0,04.002.0fNFLWDTV共 50页 飞行器飞行力学 10()ddaaWVTDfNTDf
6、WLgt= = 21()2ddaaDLTTVDfL VSf fCfCgt W W W W= = 2()2ddddaDLVtT VSgf CfCWWdVt= =共 50页 飞行器飞行力学 1111dt ，缩短滑跑距离和时间的措施loaDLTfV CfCW ， ，（ ）12021201()212()2loloddVaDLVaDLVtT VSgfCfCWWVdT VSgfCfCWW= = 起飞需尽快获取能量 , 并产生足够大的升力系数可用数值积分或图解积分求解 。注意：气动特性中考虑相应的构形和地效。共 50页 飞行器飞行力学 12() ( )av avaavWaT DFg=+其中，)()() lo
7、av V =0 V =V1D+F = D+F | + D+F |2（离地升阻比，由起飞极曲线确定constatV=avdd假设为 匀加速运动过程 ，工程估算(Ta)av由 TaV曲线取平均值，可取为 0.9T0（ T0V=0，发动机起飞状态）()avaavTafgW =0 0()()2lo lo1W 1=fW+ =Wf+ /=Wf2K K共 50页 飞行器飞行力学 13=fWTVgaVtfWTVgaVdavaloavloava2loav2lo)/)(1)/)(21211对于Ta/W和 W/S均较大的高速飞机，忽略气动力的影响。粗略估算lolo12021201d()21d2()2VaDLVaD
8、LVtT VSgfCfCWWVdT VSgf CfCWW= = 00共 50页 飞行器飞行力学 14loloVavaloavaVava2loavafWTVgfWTVdgtfWTVgfWTVdgd0210121)(1)(1)(21)(21loavaloavaVVTVVT 56.0)(72.0)(21= ，其中，（对距离和时间分别按 T取统计平均）共 50页 飞行器飞行力学 15离地条件sin( )loaWLT = +.lolo2LSCWV=发动机安装角不大不太 大 +loa/WT离地升力系数，据飞机近地面、起飞襟翼构形的升力特性和 lo确定。=m3.02.0 )25.1()2limptlo护尾包
9、离地itptLLCCmax)3LloLCC )()9.08.0()1max.sh.lo起飞构形LLLCCC =限制条件0.20.3m三、离地速度的确定aTptitlim共 50页 飞行器飞行力学 161cos0)1: , 如果2) ( )avaTT D T = =。升阻特性复杂起落架逐渐收起,无地效,地效有可近似用能量法进行估算。四、空中段水平距离 d2和时间 t2的计算能量守恒运动特点2av2lo2)(22dTVgWHWVgWH+=+av222lo2av2),2()( VdtHgVVTWdH=+=共 50页 飞行器飞行力学 17发动机起飞状态按 , VVVloHav)(21)1 +=)()(
10、21)()2av HHaloloaDTDTT +=有地效 ,放起落架 无地效 ,收起落架)(av的确定方法T+=+=2121tttdddtoto起飞距离 /时间共 50页 飞行器飞行力学 184标准操纵 : 通过机场上空，进行 4转弯飞行。123一、着陆前准备放起落架放襟翼H 200m，对准跑道着陆点，下滑至安全高度2.5.2 飞机的着陆性能飞机的着陆性能共 50页 飞行器飞行力学 19飘落拉平平飞减速下滑地面滑跑地面减速段 ,按匀减速估算44td 、58m0.51m0.150.25m拉杆充分利用空气阻力减速 ;推杆前轮着地 , 由两点滑跑 三点滑跑 ; 刹车33td 、空中减速段 ,用能量法
11、估算飞机从安全高度 (25米处 )下滑过渡到地面滑跑，直至完全停止运动的整个减速过程。二、着陆过程H=25mVHVtd43la43la, tttddd +=+=共 50页 飞行器飞行力学 20经验指出，tdLHLCC)7.06.0(=接地速度Vtd进场速度VH速度修 正 系 数 ，取 0.9 0.95minCL.sh,CL.pt,CL. max,计及地效、襟翼处于着陆位置三、接地速度和进场速度的确定飞机主轮开始接触地面瞬间的速度(升力开始不能平衡重量 )。飞机下滑至安 全高 度 (25m)处的瞬时速度。td)3.12.1( VVH=tdLSCWKV.1td2=共 50页 飞行器飞行力学 21能
12、量法近似计算)(21D )3tdav HDDD +=变化不大，1cos0 )1:四、空中段水平距离 d3和时间 t3的计算 ,假设)(0 )2a慢车T能量守恒3av2td222dDVgWHWVgWH+=+=+=)()2()2(td213av332td2av2td2av3VVdVdtHgVVKHgVVDWdHHH)(td21KKH+tdav,VK3dVtd,d4;但 d4比 d3重要，所以要求 Vtd分析共 50页 飞行器飞行力学 22)1(2)(tdavavKfgFDWga +=+=假设 : 按全部使用刹车的三点滑跑，匀减速运动。着陆构形升阻比轮、地状况 +刹车五、着陆滑跑距离 d4和时间 t
13、4的计算近似计算)1(2,)1(24224tdtdavtdtdtdavtdKfgVaVtKfgVaVd+=+=共 50页 飞行器飞行力学 23)1(2)1(24224tdtdavtdtdtdavtdKfgVaVtKfgVaVd+=+=tdDtdLCC.tdtdKV ，f44, td分析43la43la, tttddd +=+=着陆距离 /时间即要求 :共 50页 飞行器飞行力学 242.5.3 单发停车故障的对策单发停车故障的对策多发动机飞机在起飞滑跑过程中 ,当有一台发动机因故障停车时，驾驶员须根据发动机出现故障时的飞行速度及所剩跑道长度决定是中断起飞还是继续起飞。中断起飞所需距离是指在起飞
14、滑跑过程中，一台发动机停车，驾驶员决定中断起飞并采取中断起飞操作 (即收油门，开启各种减速装置 )，飞机从滑跑起点到完全停止所经过的距离。中断起飞所需距离由三段组成 :1、中断起飞 (Aborted Takeoff)所需距离(1)飞机从速度为零，加速滑跑至一台发动机停车瞬时速度Vef(Engine Failure speed)所经过的距离。共 50页 飞行器飞行力学 25(2)从一台发动机停车至驾驶员决定收油门，放减速机构中断起飞所经过的距离。该段所需时间按规范规定为 3 s，飞行速度近似不变，为 Vef。(3)收油门，放减速机构至飞机完全停止运动所经过的距离中断起飞过程的第一段相当于起飞滑跑
15、，第三段相当于着陆滑跑，故中断起飞所需距离可近似表示为)1(3)(222fKgVVfWTgVdefefefavaefat+=共 50页 飞行器飞行力学 262、继续起飞 (Continued Takeoff)所需距离指一台发动机停车后继续起飞时，从滑跑起点到上升至安全高度所经过的水平距离。继续起飞所需距离由两段组成 :(1) 地面滑跑。包括所有发动机工作时加速滑跑直到Vef；一台发动机停车，其余发动机工作时加速滑跑直到Vlo。其近似估算可表示为)(2)(22221.fWTgVVfWTgVdavaefloavaefct+=共 50页 飞行器飞行力学 27(2) 从离地速度 Vlo开始至安全高度的
16、加速上升段距离 dct.2。其估算可表示为2.1. ctctctddd +=继续起飞距离)2()(222.HgVVTWdloHavct+=共 50页 飞行器飞行力学 283、决策速度V1与平衡场长Lbf决策速度决策速度 V1是指多发动机飞机,在起飞滑跑过程中，使继续起飞与中断起飞所需距离相等时的临界发动机 失效速度.平衡场长平衡场长 Lbf为继续起飞所需距离 dct等于中断起飞所需距离 dat时的场地长度，即右图中交点对应的距离。它即是继续起飞所需距离 dct曲线与中断起飞所需距离dat曲线交点所对应的速度.临界发动机临界发动机 多发动机飞机上，对方向操纵影响最大的发动机。Decision S
17、peedCritical EngineBalanced Field Length共 50页 飞行器飞行力学 29当实际场地长度 Lrf等于平衡场地长度 Lbf时，如果一台发动机在决策速度 V1时停车，飞机可以继续起飞，也可中断起飞；讨论超出实际场地长度Lrf,飞机只能继续起飞；VV当发动机在大于 V1时停车，中断起飞所需距离 dat当发动机在小于 V1时停车，继续起飞所需距离dct超出实际场地长度Lrf，飞机只能中断起飞。datdct共 50页 飞行器飞行力学 30飞机起飞重量增加，平衡场地长度增长，此时实际场地长度Lrf小于平衡场地长度 Lbf。飞机在 VaVb区发动机停车，继续飞行和停止飞行所需距离均超出实际场地长度，出现飞机既不能中断起飞，也不能继续起飞的困难局面，而危及飞行安全。datdct
