第六章_飛機性能工程_巡航性能_-_A

1、第六章第六章 巡航性能巡航性能 主要研究飛機主要研究飛機從爬升頂點到下降開始點從爬升頂點到下降開始點之間的平飛巡航性能。之間的平飛巡航性能。 研究的問題：研究的問題： 最大航程問題：最大航程問題：消耗一定的燃油，如何飛行最遠？或飛行消耗一定的燃油，如何飛行最遠？或飛行 一定距離如何最省油？一定距離如何最省油？ 最大航時問題最大航時問題：一定燃油，如何飛行時間最長？：一定燃油，如何飛行時間最長？ 最小巡航成本問題：最小巡航成本問題：飛行一定距離如何使成本最小？飛行一定距離如何使成本最小？ 一發(fā)故障后的巡航性能；一發(fā)故障后的巡航性能； 飄降問題；飄降問題； 第六章第六章 巡航性能巡航性能 巡航：巡

2、航：持續(xù)進行的，接近持續(xù)進行的，接近定常飛行定常飛行的一種飛行狀態(tài)。的一種飛行狀態(tài)。 推力：推力： 可用最大推力：可用最大推力： 重點：重點：油量、距離、時間油量、距離、時間。 目標：目標：選擇好選擇好巡航高度巡航高度和和巡航速度巡航速度以獲得更好的以獲得更好的經(jīng)濟性經(jīng)濟性。 還要考慮一發(fā)停車時的飄降和巡航高度、及航跡的越障問題。還要考慮一發(fā)停車時的飄降和巡航高度、及航跡的越障問題。 第六章第六章 巡航性能巡航性能 第六章第六章 巡航性能巡航性能 6.1 6.1 基本公式和主要參數(shù)計算基本公式和主要參數(shù)計算 6.2 6.2 巡航類型巡航類型 6.3 6.3 巡航高度巡航高度 6.4 6.4 巡

3、航性能計算巡航性能計算 6.5 6.5 一發(fā)停車巡航和飄降一發(fā)停車巡航和飄降 6.1 6.1 巡航參數(shù)的計算巡航參數(shù)的計算 6.1.1、基本概念、基本概念 航程：航程：飛機在飛機在大氣大氣中沿給定方向中沿給定方向耗盡可用燃油耗盡可用燃油所能飛過所能飛過 的的水平距離水平距離（空中距離，不計風的影響）。（空中距離，不計風的影響）。 航時：航時：飛機在飛機在大氣大氣中沿給定方向中沿給定方向耗盡可用燃油耗盡可用燃油所能飛的所能飛的 時間時間。 燃油流量燃油流量WF：飛機單位時間的耗油量。飛機單位時間的耗油量。 燃油里程燃油里程nam/lb（SR）：）：飛機消耗單位油量所能飛的距離。飛機消耗單位油量所

4、能飛的距離。 燃油消耗率燃油消耗率TSFC：飛機在單位時間內(nèi)產(chǎn)生單位推力所消耗的飛機在單位時間內(nèi)產(chǎn)生單位推力所消耗的 油量。油量。 ; ; ()()ln; W W namdR lbdW namnam dW dRdWW lblbW WnamdWnam RWW lbWlbW n巡 始巡 始巡 n巡 計算航程需要知道燃油里程和計算航程需要知道燃油里程和W始 始、 、W終 終，差為消耗的燃油 ，差為消耗的燃油 燃油消耗越多，航程越長，燃油消耗越多，航程越長， 在一定燃油消耗量時，在一定燃油消耗量時，航程因子航程因子越大航程越長。越大航程越長。 6.1 6.1 巡航參數(shù)的計算巡航參數(shù)的計算 6.1.2

5、航程的計算航程的計算(1) 要獲得遠的航程：要獲得遠的航程： 載油量要多載油量要多W始 始/W終終要大 要大 飛機的空氣特性要好飛機的空氣特性要好-M（CL/CD）要大）要大 發(fā)動機性能要求發(fā)動機性能要求-燃油消耗率要小燃油消耗率要小 因此，在氣動效率最大時，航程最大；對應的速度為最大航程速度。因此，在氣動效率最大時，航程最大；對應的速度為最大航程速度。 0 0 (); (); L D L D MaCnamVV WWW lbWFTSFCDCTSFC aCnam WM lbCTSFC 終 始 W W C C M TSFC a R D L ln 0 6.1 6.1 巡航參數(shù)的計算巡航參數(shù)的計算 6

6、.1.2 航程的計算航程的計算(2) 燃油里程的計算燃油里程的計算: 0 0 ; L D N C aM CManam lbTSTCF TSTC W 6.1 6.1 巡航參數(shù)的計算巡航參數(shù)的計算 6.1.2 航程的計算航程的計算 6.1 6.1 巡航參數(shù)的計算巡航參數(shù)的計算 6.1.2 航程的計算航程的計算(3) 1121 1 2 1 WSC C TSFClb nam WC C TSFC CS W W L DTSFC V lb nam wD L D L Lw 1112 L D W Cnam lbCWTSFCS 6.1 6.1 巡航參數(shù)的計算巡航參數(shù)的計算 6.1.3 影響因素影響因素 對于設計好

7、投入使用的飛機，為獲得更長的航程的使用條件：對于設計好投入使用的飛機，為獲得更長的航程的使用條件： 飛機重量飛機重量: 飛機重量越大，燃油里程越小，消耗相同油量時航程越小飛機重量越大，燃油里程越小，消耗相同油量時航程越小； 機翼氣動特性機翼氣動特性： 氣動特性越好氣動特性越好（ 越大），越大），相同情況下航程越大相同情況下航程越大； 對應的迎角稍小于最大升阻比的迎角；對應的迎角稍小于最大升阻比的迎角； 對應速度是對應速度是1.316倍有利速度。倍有利速度。 發(fā)動機特性：發(fā)動機特性： 燃油消耗率越小，燃油里程越大，航程越大燃油消耗率越小，燃油里程越大，航程越大； 飛行高度：飛行高度： 飛行高度越

8、大，大氣密度越低，燃油里程越大飛行高度越大，大氣密度越低，燃油里程越大。 但高度太高時，發(fā)動機推力可能受到限制但高度太高時，發(fā)動機推力可能受到限制 。 最有利巡航高度是低于升限的較高高度。最有利巡航高度是低于升限的較高高度。 DL CC / max )/( DL CC 若假設阻力系數(shù)與升力系數(shù)之若假設阻力系數(shù)與升力系數(shù)之 間滿足平方關系，則：間滿足平方關系，則： 0 00 22 ; 0; 3 L LL DWLDDW L D D L L CCCWW M CKP S CCCKP S C d M CC C dCA 0 2 ; L DD CCAC 最大航程對應的升力系數(shù)比最大升阻比時對應的升力系數(shù)小。

9、最大航程對應的升力系數(shù)比最大升阻比時對應的升力系數(shù)小。 迎角要小于最大升阻比迎角。迎角要小于最大升阻比迎角。 最大航程速度是有利速度的最大航程速度是有利速度的1.316倍。倍。 6.1 6.1 巡航參數(shù)的計算巡航參數(shù)的計算 6.1.3 影響因素影響因素 6.2 6.2 巡航類型巡航類型 6.2.1 M和和W/固定不變的巡航方式固定不變的巡航方式 從理論上講，最大航程對應著從理論上講，最大航程對應著馬赫數(shù)固定馬赫數(shù)固定(有利速度的有利速度的 1.316倍）、倍）、換算重量恒定的飛行方式換算重量恒定的飛行方式。 但在飛行中由于燃油消耗，飛機重量減輕，為了保持但在飛行中由于燃油消耗，飛機重量減輕，為

10、了保持W/ 不變不變 ，要相應減小，即高度相應增加。要相應減小，即高度相應增加。 飛行過程中高度不斷增加是不允許的。飛行過程中高度不斷增加是不允許的。 1namVV V SR D lbWFTSFCDTSFC 當當V V/ /D D最大時，最大時， 燃油里程最大，給燃油里程最大，給 定燃油量情況下，定燃油量情況下， 可以平飛航程最長。可以平飛航程最長。 6.2 6.2 巡航類型巡航類型 6.2.2 高度不變的最大航程巡航方式高度不變的最大航程巡航方式MRC 1namVV V SR D lbWFTSFCDTSFC 6.2 6.2 巡航類型巡航類型 6.2.2 高度不變的最大航程巡航方式高度不變的最

11、大航程巡航方式MRC燃油里程曲線：燃油里程曲線： 重量越小，重量越小，MRC速度也越小。速度也越小。 6.2 6.2 巡航類型巡航類型 6.2.2 高度不變的最大航程巡航方式高度不變的最大航程巡航方式MRC 飛行高度增加，飛行高度增加，MRC速度也增大。速度也增大。 6.2 6.2 巡航類型巡航類型 6.2.2 高度不變的最大航程巡航方式高度不變的最大航程巡航方式MRC 風速影響到風速影響到MRC速度大小。速度大小。 6.2 6.2 巡航類型巡航類型 6.2.2 高度不變的最大航程巡航方式高度不變的最大航程巡航方式MRC 6.2 6.2 巡航類型巡航類型 6.2.2 高度不變的最大航程巡航方式

12、高度不變的最大航程巡航方式MRC 因為燃油里程最大，所以航程最長；但它的因為燃油里程最大，所以航程最長；但它的速度接近第速度接近第 二操縱區(qū)二操縱區(qū)，速度穩(wěn)定性差，不便于操縱。，速度穩(wěn)定性差，不便于操縱。 由于由于MRC速度接近反常操縱區(qū)，不便于操縱，故在使用中可速度接近反常操縱區(qū)，不便于操縱，故在使用中可 以采取比以采取比MRC速度稍大一些的速度進行巡航。速度稍大一些的速度進行巡航。規(guī)定損失規(guī)定損失1%最大燃最大燃 油里程油里程（即（即(nam/lb)max99%）對應的速度為遠程巡航速度對應的速度為遠程巡航速度 。 6.2 6.2 巡航類型巡航類型 6.2.3 遠程巡航方式遠程巡航方式LR

13、C 雖然損失了雖然損失了1%的燃油里程，但由于的燃油里程，但由于燃油里程曲線在該曲線段隨速燃油里程曲線在該曲線段隨速 度變化比較平緩度變化比較平緩，使，使速度增大較多速度增大較多，穩(wěn)定性較好穩(wěn)定性較好，所以，所以遠程巡航速度遠程巡航速度 是又省油，飛行品質(zhì)又好的巡航速度是又省油，飛行品質(zhì)又好的巡航速度。 LRC巡航航是民航常用的巡航方式。巡航航是民航常用的巡航方式。 6.2 6.2 巡航類型巡航類型 6.2.3 遠程巡航方式遠程巡航方式LRC 6.2 6.2 巡航類型巡航類型 6.2.3 遠程巡航方式遠程巡航方式LRC 隨著飛行高度增加，隨著飛行高度增加，MRC、LRC速度增加；速度增加； 隨

14、著飛機重量減輕，隨著飛機重量減輕，MRC、LRC速度也減小；速度也減小； 為便于操縱，早期飛行時多采用為便于操縱，早期飛行時多采用固定高度、固定馬赫數(shù)的巡航方式固定高度、固定馬赫數(shù)的巡航方式。 6.2 6.2 巡航類型巡航類型 6.2.4 等馬赫數(shù)巡航等馬赫數(shù)巡航 這種巡航方式雖這種巡航方式雖 然然降低了燃油里程降低了燃油里程， 但增大了巡航但增大了巡航M M數(shù)數(shù)， 使飛行時間縮短使飛行時間縮短； 最低成本巡航是最低成本巡航是 接近于固定接近于固定M M的巡航。的巡航。 高溫受到溫度限制時可以采用額定推力的方式進行巡航。高溫受到溫度限制時可以采用額定推力的方式進行巡航。 保持飛行高度不變，保持

15、飛行高度不變，W，L L ，F(xiàn) FN N不變，不變，MM； 燃油消耗多。燃油消耗多。 6.2 6.2 巡航類型巡航類型 6.2.5 發(fā)動機推力額定的巡航的方式發(fā)動機推力額定的巡航的方式 6.2 6.2 巡航類型巡航類型 6.2.5 經(jīng)濟巡航（最低成本巡航）經(jīng)濟巡航（最低成本巡航） 為使直接運營成本最低：為使直接運營成本最低： 總成本總成本= =燃油成本燃油成本油量油量+ +小時成本小時成本時間時間+ +固定成本固定成本 與飛行有關的與飛行有關的航班總成本航班總成本有有燃油成本燃油成本和和時間成本時間成本組成：組成： C=CC=CT T+C+CF F 與時間相關的成本包括:飛行機組；客艙機組；機

16、體材 料/工時；發(fā)動機材料/工時；租賃費用 6.2 6.2 巡航類型巡航類型 6.2.5 經(jīng)濟巡航（最低成本巡航）經(jīng)濟巡航（最低成本巡航） 成本指數(shù)：成本指數(shù)：小時成本小時成本與與燃油成本燃油成本的比值。的比值。 CI=CCI=Ct t/C/Cf f 0 ; 100 100; (100); (100)(100) ; f f TFff f W CtCt CI Cf C CtCIC CCCCtTC FCCI TWF T RCIWFRCIWF CC VVMa 時間價格：時間價格：$/HR； 燃油價格：燃油價格：C/LB； 單位不統(tǒng)一時單位不統(tǒng)一時; 統(tǒng)一單位統(tǒng)一單位; 6.2 6.2 巡航類型巡航類

17、型 6.2.5 經(jīng)濟巡航（最低成本巡航）經(jīng)濟巡航（最低成本巡航） 對應成本最低的速度即為對應成本最低的速度即為經(jīng)濟巡航經(jīng)濟巡航M M數(shù)數(shù)，或，或成本最低成本最低M M數(shù)數(shù)。 使成本最低，使使成本最低，使C C對對M M求導；可求出求導；可求出經(jīng)濟巡航經(jīng)濟巡航M M數(shù)和最低成數(shù)和最低成 本巡航時的成本指數(shù)的關系本巡航時的成本指數(shù)的關系。 CI=0：即即Ct=0，不計時間成本，最省油時成本最小，即，不計時間成本，最省油時成本最小，即MRC速度；速度； CI=999：即即 Cf影響小，時間影響大，應飛行時間最短，影響小，時間影響大，應飛行時間最短，MMO； CI越大：越大：飛行時間更重要，相同條件下

18、速度越大；飛行時間更重要，相同條件下速度越大； CI越小越?。喝加统杀靖匾嗤瑮l件下速度越?。唬喝加统杀靖匾?，相同條件下速度越小； CI應當由商務部門確定。應當由商務部門確定。當輸入的當輸入的CI有偏差時會使飛行成本增加，有偏差時會使飛行成本增加， 但不太明顯但不太明顯。如果。如果無法確定無法確定CI，最好輸入偏小的，最好輸入偏小的CI，而不要輸入過大，而不要輸入過大 的的CI。 6.2 6.2 巡航類型巡航類型 6.2.5 經(jīng)濟巡航（最低成本巡航）經(jīng)濟巡航（最低成本巡航） 經(jīng)濟巡航經(jīng)濟巡航M M取決于成本指數(shù)取決于成本指數(shù)CICI： 問題：問題： MRCMRC對應的對應的M M數(shù)與經(jīng)濟巡航數(shù)與經(jīng)濟巡航M M哪個大？哪個大？ 成本指數(shù)對旅程燃油的典型影響 737 50 0 3.6% 747 200 0 1.2% 757 100 0 3.6% 767 100 0 5.7% “輸入”成本指數(shù) “基