2.4 飞机的飞行性能、稳定与操纵

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1、2.4飞机的飞行性能、稳定与操纵2.4.1机体坐标轴系研究飞机的飞行性能、稳定与操纵原理的时候，为了描述飞机的空间位置、速度、加速度、力和力矩等向量时，须采用相应的坐标系。常用的坐标系有：地面坐标轴系、机体坐标轴系、气流坐标轴系、航迹坐标轴系、半机体坐标轴系、稳定坐标轴系等。这些坐标系都是三维正交右手系。为研究问题的方便，在讨论飞机的操稳特性时，我们选用机体坐标轴系作为参考坐标系。图2.4.1机体坐标轴系机体坐标轴系(Oxyz)是固定在飞机上的坐标轴系，其原点O位于飞机的质心，纵轴x位于飞机参考面（

2、对称面）内指向前方且平行于机身轴线（或翼根弦线），横轴y垂直于飞机参考面指向右方，竖轴z在飞机参考面内垂直于纵轴指向下方，如图2.4.1所示。飞机绕机体横轴oy的转动（称为俯仰运动）以及沿纵轴ox和竖轴oz的移动，是发生在飞机对称面内的运动，通常称为纵向运动；而飞机绕机体纵轴ox的转动（称为滚转运动）和沿横轴oy的移动，是发生在飞机横截面内的运动，称为横向运动；飞机绕竖轴oz的转动（称为偏航运动）称为方向运动。2.4.2飞机的飞行性能和机动飞行讨论飞机的飞行性能时，将飞机作为一个质点，其上所受到的力

3、有：重力G、动力装置的推力T、升力L和阻力D，如图2.4.2所示。在等速直线飞行时，这些力是平衡的。图中为航迹速度与水平面的夹角，称为爬升角。当航迹速度位于过原点的水平面之上时，为正。为发动安装角，为飞行迎角。发动安装角通常很小，近似认为=0。飞机等速直线飞行的轨迹不外有3种情况：等速直线爬升(＞0)、等速直线平飞(=0)和等速直线下滑(＜0)。这3种典型等速直线运动的飞行性能分别称为爬升(或上升)性能、平飞性能和下滑性能。图2.4.2作用在飞机上的力图2.4.3爬升率飞机有各种飞行状态（如起飞/着

4、陆、等速上升/下降、上升/下降转弯、巡航、机动飞行等），概括起来可将飞机的飞行性能分为类：(1)等速直线飞行性能（基本飞行性能），(2)续航性能，(3)起飞着陆性能，(4)机动飞行性能。下面分别予以简要介绍。等速直线飞行性能在等速直线飞行时，飞行迎角较小，近似认为=0。水平等速直线飞行性能保持飞机等速直线平飞的条件是：动力装置提供的推力等于飞机的迎面阻力，飞机的升力等于飞机的重量。这其中认为发动机安装角及迎角α都很小。在图2.4.2中令=0，则有(2.4.1)衡量飞机水平等速直线飞行性能的主要指标有

5、：最大平飞速度、最小平飞速度、巡航速度等。最大平飞速度是指飞机在水平直线飞行条件下，把发动机推力加到最大所能达到的最大速度，以vmax或Mamax表示。它是衡量飞机飞行性能的一项主要指标，代表飞机的“快飞”能力。最大平飞速度一般由动力装置提供的推力等于飞机的阻力这一条件来决定。由于不同的高度有不同的空气密度(ρ)，即阻力不同；而每种飞机所装发动机的高度特性(推力和耗油率随高度而变化的特性)不同，所以每架飞机的最大平飞速度与飞行高度有密切关系。一般喷气飞机的最大平平飞速度，都是在11000m以上的高空

6、达到，因为此处空气稀薄，阻力小。现代战斗机的高空最大平飞速度在Ma2.0~2.5之间，军民用运输机的高空最大平飞速度为Ma0.9左右。对于军用作战飞机来说，低空飞行能力具有重要意义，低空最大平飞速度也是衡量战斗机和攻击机的重要性能指标。一般高空最大平飞速度Ma2.0以上的飞机海平面最大平飞速度是Ma1.1(1349km/h)左右。最小平飞速度，是指在一定高度上，飞机能做等速直线平飞的最小速度，以vmin或Mamin表示。最小平飞速度一般由升力等于重力这一条件来决定。原则上讲，当CL=CLmax时，飞

7、机可获得最小平飞速度。但为了保证安全，常取安全或者允许升力系数（大致是CLmax的70~90%）作为计算vmin的依据。巡航速度是指飞机飞行每千米耗油最少的速度。它主要取决于飞机的最大升阻比和所装发动机的高度特性和速度特性(推力和耗油率随高度和速度而变化的特性)。飞机以巡航速度飞行，其航程最远。民用飞机主要以巡航速度执行各种任务；超音速军用飞机的出航、返航等多数时间也都是以巡航速度飞行，即使在作战时刻，使用超音速飞行的时间也很短。现代民用喷气运输机的巡航速度在700~800km/h；军用飞机在900

8、km/h左右。等速直线爬升飞行性能，飞机的升限在图2.4.2中假设发动机安装角及迎角α都很小，可得等速直线爬升(＞0)时力的平衡关系(2.4.2)飞行速度在铅垂方向上的分量，表明飞机在单位时间内爬升的几何高度，称为爬升率，用w表示，如图2.4.3所示。(2.4.3)式中称为剩余推力，为剩余功率。显然，在剩余功率最大时，飞机的爬升率最大，称为最大爬升率，即(2.4.4)飞机以最大爬升率爬升到一定高度，爬升时间最短，上升得最快。当飞机重量一定时，随着飞行高度的增加，空气密