性能分析南京航空航天大学南京航空航天大学余雄庆余雄庆性能分析性能分析1 概念设计流程设计要求、适航条例设计要求、适航条例设计要求、适航条例设计要求、适航条例全机布局设计全机布局设计发动机选择发动机选择机身外形初步设计机身外形初步设计机翼外形初步设计机翼外形初步设计 方案分析与评估方案分析与评估 重量特性重量特性 气动特性气动特性 动力特性动力特性 性能评估性能评估 操稳特性操稳特性 经济性分析经济性分析 噪声特性噪声特性 排放量排放量 可靠性可靠性 维修性维修性 机场适应性机场适应性 ……确定主要参数确定主要参数尾翼外形初步设计尾翼外形初步设计 总体布置总体布置形成初步方案形成初步方案设计设计满足要求？满足要求？ 方案最优？方案最优？YesNo分分 系系 统统初初初初步步步步方方方方案案案案分析分析起起 落落 架架性能分析性能分析2 性能分析内容•商载－航程性能商载－航程性能•起飞距离起飞距离•爬升性能爬升性能•着陆距离着陆距离 性能分析性能分析3 性能分析方法•精确方法精确方法–根据飞行力学中运动方程（微分方程或积分方程），根据飞行力学中运动方程（微分方程或积分方程），采用数值方法求解。
采用数值方法求解•基于物理过程的近似方法基于物理过程的近似方法–根据飞行力学中运动方程，通过近似假设，获得解析根据飞行力学中运动方程，通过近似假设，获得解析公式，进而求出飞行性能公式，进而求出飞行性能•统计方法统计方法–根据大量飞机的试飞数据，归纳出飞机主要设计参数根据大量飞机的试飞数据，归纳出飞机主要设计参数与飞行性能之间的关系（关系式或曲线）与飞行性能之间的关系（关系式或曲线）性能分析性能分析4 商载－航程性能•在给定的商载条件下，能飞多远？在给定的商载条件下，能飞多远？•在给定的航程条件下，能容纳多少商载？在给定的航程条件下，能容纳多少商载？•通常用商载－航程图来表示该项性能通常用商载－航程图来表示该项性能•商载－航程图是航空公司飞机选型的重要依据商载－航程图是航空公司飞机选型的重要依据性能分析性能分析5 商载－航程图的含义商商载载航程航程012345最大乘客数＋行李最大乘客数＋行李容积限制的最大商载容积限制的最大商载最大起飞重量限制最大起飞重量限制满满油油最大载客时最大载客时对应的航程对应的航程性能分析性能分析6 基本基本空重空重使用项目使用项目最大载客最大载客＋＋ 行李行李货物货物备用燃油备用燃油0起飞重量起飞重量最大起飞重量最大起飞重量基本基本空重空重使用项目使用项目货物货物部分燃油部分燃油基本基本空重空重使用项目使用项目货物货物部分燃油部分燃油基本基本空重空重使用项目使用项目设计燃油设计燃油基本基本空重空重使用项目使用项目最大燃油最大燃油基本基本空重空重使用项目使用项目最大燃油最大燃油起飞重量起飞重量最大载客最大载客＋＋ 行李行李最大载客最大载客＋＋ 行李行李最大载客最大载客＋＋ 行李行李部分载客部分载客＋＋ 行李行李起飞重量起飞重量商载－航程图上关键点－重量组成商载－航程图上关键点－重量组成最大起飞重量最大起飞重量最大起飞重量最大起飞重量12345性能分析性能分析7 商载－航程性能的计算•较精确的商载－航程性能需通过整个飞行任务剖面的分析较精确的商载－航程性能需通过整个飞行任务剖面的分析（航线性能分析）而获得。
航线性能分析）而获得•航线性能分析包括：航线性能分析包括：–起飞爬升：燃油量起飞爬升：燃油量–爬升性能：燃油、航程爬升性能：燃油、航程–阶梯巡航阶梯巡航 ：燃油、航程：燃油、航程–下滑性能：燃油、航程下滑性能：燃油、航程–着陆进近：燃油着陆进近：燃油–备降任务备降任务：：备用燃油备用燃油•简化计算方法是采用简化计算方法是采用Breguet航程公式，但误差可能较大航程公式，但误差可能较大性能分析性能分析8 商载－航程性能的简化计算•Breguet 航程计算公式航程计算公式其中：其中：V: 是巡航速度（是巡航速度（Knots））C: 是发动机耗油率（是发动机耗油率（lb/hr/lb)L/D: 巡航时升阻比巡航时升阻比Winitial：巡航起始时的飞机重量：巡航起始时的飞机重量Wfinal：： 巡航结束时的飞机重量巡航结束时的飞机重量可根据使用空重、商载、可根据使用空重、商载、备用燃油、最大起飞重量备用燃油、最大起飞重量和最大燃油量计算出和最大燃油量计算出性能分析性能分析9 典型商载－航程图A330－－300的航程能力的航程能力性能分析性能分析10 起飞速度的定义VS－失速速度（起飞构型）－失速速度（起飞构型）Vmc－最小操纵速度－最小操纵速度V1－决策速度－决策速度VR－抬前轮速度－抬前轮速度Vmu－最小离地速度－最小离地速度VLOF－离地速度－离地速度V2－起飞爬升速度－起飞爬升速度 V2 > 1.1 Vmc V2 > 1.2 VS性能分析性能分析11 起飞速度的定义性能分析性能分析12 起飞距离的定义•正常起飞情况：正常起飞情况：–起飞场长起飞场长 = 起飞距离起飞距离××1.15•单发失效情况：单发失效情况：–继续起飞继续起飞•从起飞点到临界发动机失效点之间距离，加上从失效点到飞从起飞点到临界发动机失效点之间距离，加上从失效点到飞至至35ft高度的距离。
高度的距离–中止起飞中止起飞•从起飞点到临界发动机失效点之间距离，加上从失效点到仅从起飞点到临界发动机失效点之间距离，加上从失效点到仅用刹车使飞机停止的地面距离用刹车使飞机停止的地面距离性能分析性能分析13 单发失效情况的起飞距离性能分析性能分析14 “决策速度”和“平衡场地长度”•决策速度决策速度–当发动机在大于当发动机在大于V1时失效，飞机应继续起飞；发动时失效，飞机应继续起飞；发动机在小于机在小于V1时失效，应立即关闭所有发动机，刹车时失效，应立即关闭所有发动机，刹车减速，停止起飞速度减速，停止起飞速度V1就称为就称为“决策速度决策速度”•平衡场地长度平衡场地长度 –在在V1时刻发觉一台发动机失效后，飞机继续起飞到时刻发觉一台发动机失效后，飞机继续起飞到安全高度上所经过的水平距离，等于在安全高度上所经过的水平距离，等于在V1时刻放弃时刻放弃起飞，迫使飞机减速停止所需的滑跑距离起飞，迫使飞机减速停止所需的滑跑距离性能分析性能分析15 FAR25要求的起飞距离性能分析性能分析16 起飞距离计算的基本公式性能分析性能分析17 起飞距离的近似计算公式正常起飞距离正常起飞距离：：地面滑跑地面滑跑离地拉升离地拉升定姿态爬升定姿态爬升性能分析性能分析18 起飞距离的近似计算公式平衡场长平衡场长计算过程计算过程1））求解单发失效临界速度求解单发失效临界速度2）） 计算计算各段各段距离距离3）求和）求和得出平衡场长得出平衡场长6平衡场长平衡场长计算公式计算公式性能分析性能分析19 基于统计的起飞距离的估算性能分析性能分析20 影响起飞距离的因素•发动机推力特性发动机推力特性 T↑ → ↑ → Sto ↓↓•机翼面积机翼面积 S↑ → ↑ → Sto ↓↓•起飞重量起飞重量 Wto ↓ → ↓ → S Stoto ↓↓•起飞时的升力系数起飞时的升力系数 CL ↑ → ↑ → Sto ↓↓•起飞时的阻力系数起飞时的阻力系数 CD ↓ → ↓ → S Stoto ↓↓•机场高度和温度机场高度和温度 H↓ → ↓ → S Stoto ↓↓性能分析性能分析21 爬升性能爬升梯度为：爬升梯度为：T性能分析性能分析22 爬升性能爬升阶段的定义爬升阶段的定义民机的爬升性能要求通常由第二阶段爬升要求决定。
民机的爬升性能要求通常由第二阶段爬升要求决定单发停车时的爬升要求单发停车时的爬升要求起起飞飞爬升段爬升段高度高度（（ft））襟翼襟翼起落架起落架发动发动机机油油门门梯梯 度度 （（%））2发发3发发4发发第一第一0 ～～ 35起起飞飞下下起起飞飞>00.30.5第二第二35～～ 400起起飞飞上上起起飞飞2.42.73.0第三第三> 400可可变变上上最大最大连续连续平平飞飞加速加速第四第四1500航航线线上上最大最大连续连续1.21.51.7性能分析性能分析23 第二阶段限制重量•起飞重量增加，爬升梯度减小起飞重量增加，爬升梯度减小•当爬升梯度减小到最低容许值时，对应的重量称为第二阶段限制重量当爬升梯度减小到最低容许值时，对应的重量称为第二阶段限制重量SSLW（（second segment limiting weight）•不同的起飞高度，第二阶段限制重量不同不同的起飞高度，第二阶段限制重量不同性能分析性能分析24 第二阶段爬升梯度的校核•给定重量、高度和速度（大给定重量、高度和速度（大于于V2）•计算所需升力计算所需升力•根据升阻极曲线（第二爬升根据升阻极曲线（第二爬升阶段构型），计算阻力。
阶段构型），计算阻力•计算推力（单发失效，最大计算推力（单发失效，最大连续推力状态）连续推力状态）•计算爬升梯度计算爬升梯度爬升梯度：爬升梯度：性能分析性能分析25 着陆距离的过程着陆距离＝进场距离（稳定滑翔）＋拉平距离（减速滑翔）＋地面滑行距离着陆距离＝进场距离（稳定滑翔）＋拉平距离（减速滑翔）＋地面滑行距离性能分析性能分析26 基于物理过程的着陆距离的近似计算公式着陆距离着陆距离组成组成滑行时的地面摩擦系数滑行时的地面摩擦系数 -- 不带刹车不带刹车 -- 带刹车带刹车 -- 地面条件地面条件* 进场下滑进场下滑* 拉飘拉飘* 触地自由滑行触地自由滑行* 刹车减速滑行刹车减速滑行进场进场接地接地着陆距离着陆距离计算公式计算公式性能分析性能分析27 进场速度•进场速度定义为失速速度的进场速度定义为失速速度的1.3倍 Vstall为飞机着陆时的失速速度；为飞机着陆时的失速速度； ML为飞机着陆重量；为飞机着陆重量； ρ为机场空气密度；为机场空气密度；CLmax为飞机着陆构形时的最大升力系数为飞机着陆构形时的最大升力系数进场进场接地接地性能分析性能分析28 基于统计方法的着陆距离的估算•着陆距离主要取决于失速速度着陆距离主要取决于失速速度–与失速速度的平方有近似的线性关系与失速速度的平方有近似的线性关系。
•计算着陆距离的近似计算：计算着陆距离的近似计算：–首先计算失速速度首先计算失速速度–利用下页给出的统计图，估算着陆距离利用下页给出的统计图，估算着陆距离性能分析性能分析29 着陆距离与失速速度之间的统计关系（喷气客机）性能分析性能分析30 着陆距离与失速速度之间的统计关系（涡桨支线客机）性能分析性能分析31 课后任务•计算飞机的性能，包括计算飞机的性能，包括–设计航程设计航程 或（商载－航程图）或（商载－航程图）–起飞距离起飞距离–第二阶段爬升梯度第二阶段爬升梯度–进场速度进场速度–着陆距离着陆距离性能分析性能分析32 。