1、飞行力学,第一章 飞机性能计算的原始数据 和质心运动方程,北航509教研室 2002.2,内容,北航 509,引言,出发方程：质心动力学关系（牛顿第二定律）,质心动力学关系是基础,确定外力条件,将操纵面的平衡能力作为约束条件,研究飞行性能的基本思路,北航 509,引言,从飞行性能的角度，假设操纵面偏转可使力矩平衡，但将其最大平衡能力作为约束。实际还常忽略操纵面偏转对力平衡的影响。,作用在飞机上的外力,外力矩平衡及约束,外力一般不通过质心，它将引起绕质心转动的力矩,北航 509,1-1 飞机的升力和阻力特性,北航 509,1-1 飞机的升力和阻力特性,在常规飞行性能问题中，假设飞行无侧滑，视侧力
2、为零,分量形式,空气动力,无量纲化后,升力系数,阻力系数,侧力系数,气动力基本描述,V,机身参考线,飞机对称面,O,Y,Q,Z,北航 509,1-1 飞机的升力和阻力特性,小迎角范围的升力关系,升力特性,升力线斜率,与翼型、机翼平面形状、M数有关,即M, , ,零升迎角，取决于机翼有效弯度和M数,即M, f,升力部件有机翼、机身、平尾主要的是翼身组合体。,平面形状参数： bA=S/l =l/bA = b0/bt,北航 509,1-1 飞机的升力和阻力特性,翼型弯度对 的影响,典型,北航 509,1-1 飞机的升力和阻力特性,随迎角增大，升力曲线非线性,按 ，依次出现抖动、失速，直至达最大升力系
3、数状态。,最大允许升力系数,超音速时焦点(气动中心)后移，且平尾最大升力系数下降。,飞机的俯仰平衡限制,?,北航 509,最大允许升力系数,1-1 飞机的升力和阻力特性,最大可配平升力,超音速时平尾平衡能力剧降形成飞行限制,北航 509,1-1 飞机的升力和阻力特性,零升阻力系数,阻力特性,诱导阻力因子,零升阻力系数,无侧滑时的极曲线表达式,诱导阻力系数,2) 长细比增大，机翼薄，,1) 与升力无关，取决于外形、M、Re,外形、Re确定,北航 509,1-1 飞机的升力和阻力特性,诱导阻力因子A,1) 取决于外形、M、Re,外形、Re确定,3)超音速无前缘绕流时：,，A,2)亚音速时，A随M基
4、本不变:,北航 509,1-1 飞机的升力和阻力特性,极曲线和最大升阻比 Kmax,外形、Re确定,升阻比,最大升阻比,评定飞机升阻特性的重要气动参数,北航 509,1-1 飞机的升力和阻力特性,证明,北航 509,1-2 发动机推力和耗油率特性,北航 509,1-2 发动机推力和耗油率特性,基本概念,台架推力Pf ：发动机在试车台上测得的推力,可用推力Pky ：发动机安装到飞机上后，真正的作用推力,推重比fd：,耗油量qh ：单位时间消耗的燃油质量,耗油率qkh：单位时间产正单位推力所消耗的油量,推力式发动机（如涡轮喷气式发动机）,台数,推力损失系数,北航 509,H, V一定，P f(Pk
5、y)、qkhn关系,1-2 发动机推力和耗油率特性,转速特性（油门特性）,1)加力状态：带加力燃烧室，开动其工作的状态。对应于最大转速，推力较最大状态增加30-50%，耗油率增加近一倍以上，连续工作时间限5-10min。,2)最大状态：对应于最大许用转速(nmax)的发动机状态 。推力为非加力时的最大值。只能连续工作5-10min，通常用于起飞、短时加速、爬升、空中机动等。,3)额定状态：对应于最大转速97% ，推力为最大状态的85-90%，可较长时间工作(半小时1小时)，用于平飞、爬升、远航飞行等。,4)巡航状态：n巡90% n额，Pf巡 80%Pf额，耗油率最小，不限时，用于巡航。,5)慢
6、车状态：n慢 30% n额，推力很小，Pf慢 35%Pfmax，连续工作时间不允许超过10-15min，用于下滑、着陆。(不允许空中停车),1-2 发动机推力和耗油率特性,发动机典型油门状态,北航 509,H, n一定，P f（Pky）及qkhV （M ）关系,1-2 发动机推力和耗油率特性,速度特性,高限受涡轮前燃气温度允许值限制,北航 509,1-2 发动机推力和耗油率特性,V, n一定，P f（Pky）及qkhH关系,高度特性,北航 509,如何提高喷气发动机的推力？,1-2 发动机推力和耗油率特性,V取决于飞行条件。提高P f可以通过提高Vp和mk 。,提高Vp和提高燃气温度有关。由于
7、发动机的耐高温限制，所以限制了Vp 。,高温高速气体直接排放于空气中，推进效率低，油耗大，经济性差。,Vp大，则噪音大。,增加mk而提高可以避免上述缺点涡扇发动机的设计思想。,提高Vp的限制：,北航 509,工作原理：首先产生转动功率，带动螺旋桨转动，依靠空气动力获得前行的拉力。,缺点：失速限制，只适用于亚音速。,优点：低M数时耗油小，马力大，经济性好。,1-2 发动机推力和耗油率特性,功率式发动机简介(如:涡轮螺旋桨发动机),北航 509,1-3 飞机质心运动方程,铅垂面,zh,xd,zd,yd,水平面,xh(V),s,O,yh,s,O:飞机质心 Oxh :沿速度矢Oxhyh:铅垂面(指向上
8、为正) Ozh:水平面内,航迹轴系与地面轴系,北航 509,1-3 飞机质心运动方程,飞机在铅垂面内的运动方程,动力学方程,运动特征：飞机对称面与质心运动轨迹处于同一铅垂面，即飞机无倾斜、不侧滑。,不计质量变化，二自由度。,切向运动,法向运动,北航 509,1-3 飞机质心运动方程,几种特殊形式,直线飞行(直线上升、下降等),水平直线飞行(平飞加减速等),等速水平直线飞行,北航 509,1-3 飞机质心运动方程,质心的空间位置：运动学关系,北航 509,小结,气动特性参数及其随构造参数的变化趋势,喷气式发动机性能参数以及其高度特性、速度特性、转速特性、特定油门状态,能画出铅垂平面内质心运动受力图，并推出各种特殊运动状态下的质心运动方程,第一章结束，谢谢大家！,
