[交通运输]第三章 上升 巡航 下降 性能.ppt

1,第三章 飞机上升、下降和巡航性能,2,3.1 上升性能,3.2 下降性能,3.3 巡航性能,本章主要内容,3,3.1 上升性能,1，典型航线上升剖面,从飞机起飞结束（1500英尺）到达规定的巡航速度和高度的过程，称航线爬升。民航运输机典型航线上升程序为：在中低空保持等表速上升，在高空保持等M数上升。,4,中低空保持等表速上升时，随高度增加，M数逐渐增加；高空保持等M数上升时，随高度增加，表速逐渐减小。典型航线上升程序的表示方式：250/290/0.78,2，等表速等M数航线上升性能分析,等表速上升，随高度增高，真速增大。等M数上升，随高度增高，对流层内，真速减小，平流层内，真速不变。,5,高度增高，上升角和上升率减小,3.1.2 等表速上升性能分析,飞机上升使用的速度一般大于飞机的陡升速度和快升速度,3.1.3 巡航上升,高度增高，快升表速略有减小,6,3，航线上升方式,爬升时间最短的爬升 爬升航段燃油最省爬升 成本最低的爬升 减推力爬升,不同的航线上升方式体现在不同的表速/M数组合,7,4，航线上升性能图表,航线上升时间的确定,初始W220,巡航H37,时间0.36,飞机在1500英尺的重量为220000磅，上升到37000英尺的上升距离为？,8,航线上升油耗的确定,初始W220,巡航H37,油耗4900,9,航线上升（水平）距离的确定,初始W220,巡航H37,距离145,10,3.2 下降性能,飞机从巡航终点下降到进近开始点（离地1500英尺）的过程称为下降。典型民航运输机下降程序为：慢车，全收外形，先保持等M数然后保持等表速下降。此速度一般大于下降最小阻力速度。,1、典型下降剖面,11,3、下降方式,低速下降 高速下降 燃油最省下降,和航线上升一样，除平流层外，下降过程不是定常运动状态。,2，等M数等表速下降性能分析,高空保持等M数下降时，随高度降低，表速逐渐增加，下降率增大；中低空保持等表速下降时，随高度降低，M数逐渐减小，下降率减小。典型航线下降程序的表示方式：0.78/290/250,12,4、下降性能的确定,13,5、应急下降,使用应急下降的典型情况：座舱失压,应急下降时，应断开自动油门并收到慢车，放出扰流板，推杆使飞机以预定俯角转入下降，但不得出现负过载；为尽快使飞机下降，可配合采用转弯的方法；在应急下降中，应放下起落架。,14,供氧介绍,15,旅客氧气的要求,16,氧气系统的限制,17,性能限制,18,3.3 巡航性能,3.3.1 典型巡航剖面,19,3.3.3 平飞巡航性能分析,海里耗油量（CK）：每飞行1海里所消耗的油量,CK dW/dL 单位：lb(油)/nm,航程燃油比（CR）：每消耗1磅燃油可以获得的航程,CR dL/dW 1/CK 单位：nm/lb(油),小时耗油量（Ch）：飞行1小时的耗油量,Ch CK.V CK.Ma 单位：lb(油)/h,燃油消耗率（Ce）：每产生1磅推力，每小时所耗燃油,Ce Ch/T平CK.Ma/T平CK.MKa/W 单位：lb(油)/h.lb(力),为研究飞机的航程，需深入研究海里耗油量（CK）,20,称为航程因子，单位为海里,在开始和结束重量一定条件下，要获得最大航程，应使航程因子最大，应使气动效率MK最大。,海里耗油量（CK）：每海里所耗燃油 CK dW/dL（1）,燃油消耗率（Ce）：每产生1磅推力，每小时所耗燃油,Ce Ch/T平CK.Ma/T平CK.MKa/W（2）,将(1)式CK带入(2)式：,21,22,3.3.4 典型平飞巡航方式,等值MK曲线：气动效率MK与CL和M相关，MK最大对应唯一一个CL和M,23,等M数最大航程巡航（MRC-Maximum Range Cruise）,1、M数保持不变的巡航方式,平飞时：,从气态方程：,从音速公式：,代入上式,最后得到,24,对于公式,每给定一个W/,可得到一条CL-M曲线,将其画于等值MK曲线上,25,结论：等M数巡航，欲使航程最大即等M数MRC巡航，要求飞机状态始终保持在等值MK曲线上Mkmax处，要求W/保持常值，即随W逐渐减小，对应的巡航高度逐渐增加。,26,实际飞行中，为满足ATC要求，采取阶梯巡航来实现高度逐渐增加的要求，将巡航分成若干段，用每段的平均W确定H。,27,MRC的好处在于给定距离的油耗是最少的，它还对应在给定重量下飞机能够飞行的最大距离。,28,在巡航期间，重量不断减小，同时，燃油里程增加，但MRC巡航M数减小,29,等M数LRC：增大飞行数，使MK比最大值低1%的巡航。,等M数长航程巡航（LRC-Long Range Cruise）,MKmax13.84,此环上各点MK相等,均比 Mkmax降低1%即13.7,MMRC=0.793,MLRC=0.798,LRC巡航状态点,MRC巡航状态点,30,LRC航程比MRC航程小1%，LRC巡航高度略高于MRC。,结论：等M数LRC巡航，要求飞机状态始终保持在等值MK曲线上比Mkmax小1%的最大速度处，随W逐渐减小，对应的巡航高度逐渐增加。,31,LRC巡航以燃油里程降低为代价，换取较大的速度增加，故LRC被广泛采用。,32,2、飞行高度保持不变的巡航方式,飞行高度保持不变巡航时，随W的逐渐降低，W/逐渐降低，对应的W/曲线逐渐下移,随着巡航过程的继续，曲线持续下移,33,在H和W一定时(W/一定)，为使航程最大，应选等值MK环与W/曲线切点对应的M数飞行。,等高最大航程巡航（MRC）,某重量对应的W/曲线,和W/曲线相切的等值MK环,该重量对应的等高MRC马赫数,巡航中随重量降低飞机状态点的移动过程,结论：等高MRC巡航，随W，飞机状态点沿等高MRC虚线从上向下移动，M先增后减。,34,等高长航程巡航（LRC）,该重量对应的MRC,MK减小1%环,等高MRC,等高LRC巡航，减小该重量对应的MKmax1%的等值MK环与W/曲线右交点对应的M数飞行。,结论：等高LRC巡航，随W，飞机状态点沿等高LRC虚线从上向下移动，M先增后减。,该重量对应的LRC,等高LRC,35,4、短航程巡航,在短航程飞行中，应考虑上升、下降段的油耗，使整个飞行过程的平均海里耗油量最小。,短航程巡航时，为降低上升油耗（略下降影响），应适当降低巡航高度，使总的性能变好。,3、等高等M数巡航,为前面两种巡航方式的折衷，性能低于前面两种巡航方式，但便于人工操纵飞行。,350Nm以下的航程叫短航程。,36,5、一发失效巡航和飘降,（1）一发失效飞行性能分析,高度能力一发失效高度能力：LRC速度巡航，油门最大连续MCT，净上升梯度不小于1.1%的最大飞行高度。,例如：某双发机重200klb，收起落架一发失效高度能力22300(表3-7)，放起落架一发失效高度能力5300(表3-8)。,远航高度，远航M数，航程(在各自的远航高度),例如：某双发机重200klb，全发远航高度/马赫数为36700/0.8(表3-6)，收起落架一发失效时为23000/0.639(表3-9)，放起落架一发失效时为8000/0.378(表3-9)。,双发飞机全发和单发在同一高度巡航时，航程相近。(中低空),37,（2）一发失效后的飘降,巡航中一台发动机失效，工作发设为最大连续状态MCT，平飞减速至有利飘降速度，然后保持该速度作等表速下降至较低高度的过程。该速度略小于VMD。,飘降升限（Drift down ceiling）:自动改平高度，在该高度上只能以最大升阻比速度平飞。,38,飘降升限,LRC升限,39,FAR 25.123：一发失效后按净航迹越障,FAR 121.191：至少满足下列两个条件中的一个 1）在航路上，净航迹的梯度必须至少高出所有地形和障碍物1000ft，并且，在着陆机场上空1500ft的高度，净航迹必须具有正梯度。2）净航迹必须允许飞机从巡航高度继续飞往可以着陆的机场，以2000ft越过航线上的所有地形和障碍物，并且，在着陆机场上空1500ft的高度，净航迹必须具有正梯度。,40,41,飘降性能的确定,42,例：飞机重量200klb,开始飘降39000ft，改平高度23000ft,确定飘降时间、油耗及前进距离。,时间47分,燃油5000,距离265nm,39000ft,43,44,顺风，航程；逆风，航程,侧风，航程，(由于需用改变航向法对偏流进行修正),1、风的影响,梯度风，使用风速因子表,3.3.5 影响航程的重要因素,45,表中的0表示静风远航高度，其他数据表示偏离远航高度后相当于远航高度上的逆风量。同一重量下，不同高度，风速如表中所值，则航程相同。正值代表顺风。,46,例：预报FL370逆风40kt,FL350逆风30kt，FL330逆风5kt,FL310无风，飞机重量190klb,确定最佳巡航高度。,FL370当量风=-40-0=-40kt FL350当量风=-30-6=-36ktFL330当量风=-5-17=-22kt FL310当量风=0-29=-29kt最佳高度为FL330,47,2、气温的影响气温增加，航程减小，航时缩短。,3、起落架的影响放起落架，远航高度/马赫数减小，航程航时缩短。,4、飞行高度偏离远航高度偏离最佳高度，航程航时缩短。(见表3。14),48,3.3.6 空中等待飞行（久航飞行）,久航飞行是指小时燃油消耗量最小，空中持续飞行时间最长的飞行状态，常用于等待飞行。,以VMD(Kmax)对应的M数飞行，Ch最小，出于稳定性操纵性考虑，实际等待速度大于该值。,49,3.3.7 运输飞行的经济性,运输成本构成,总成本=间接营运成本（IOC)+直接营运成本（DOC),IOC：地面资产的维护、折旧、服务、管理、销售等费用，这部分成本与飞行无直接关系。,DOC：一次飞行的总费用，包括：燃油费、飞机折旧费、技术服务维修费、机组和机上人员计时工资、保险费以及航空港使用费等。DOC与飞行直接有关，如不进行该航班飞行，则无这部分费用。,直接营运成本DOC Direct Operating Cost,C时：时间成本，除油费外，每小时支付的费用($/hour)C油：燃油成本，(cents/pound),DOC=Q油+Q时+Q定=C油W油+C时T+Q定,50,时间成本机组飞机租赁维护机体材料保养、检查、替换和维修工时发动机材料保养、检查、替换和维修工时其它确定其具体大小较为困难,燃油成本特定燃油单价或平均单价确定其具体大小较为容易,51,52,DOC随M数的变化,经济巡航：DOC最低对应的巡航状态。经济M数：DOC最低对应的M数.,成本指数CI Cost Index,CI大，说明时费高或油价低，M经济大CI小，说明时费低或油价高，M经济小CI=0，说明不计时间成本，M经济=MMRCCI=999，M经济接近Mmo（Mmo 0.02）,成本指数CI=时间成本/燃油成本=C时/C油。,53,54,确定成本指数的方法确定与典型LRC巡航状态相近的CI，然后以此为基础根据飞行任务确定合适的CI。(较易)根据定义进行计算，先确定时间相关项目，得出时间相关成本和燃油相关成本。最后得到CI。(较难),55,Typical CI for Boeing Airplanes,56,经济航程和商载航程图,最大商载范围：该范围内，要增加航程，只需增加燃油。经济航程：在最大商载、最大起飞重量条件下可获得的最大航程。也称最大商载航程。,最大燃油范围：该范围内，要增加航程，只能减小商载以增加燃油。,转场航程范围：该范围内，要增加航程，只能减小商载以减小起飞重量。,57,结论：航班飞行应在飞机的经济航程以内进行。经济航程以内，可以用成本指数来确定经济马赫数大小。经济航程以外，选择MRC巡航较为经济。,最大零燃油重量限制,最大松刹车重量限制,最大燃油限制,最大商载航程,转场航程,商载航程图 Payload-Range Graph,58,本章小结,1 上升性能2 两种巡航方式MRC、LRC的特点及区别3 一发失效的飞行性能4 单发飘降的程序及越障要求5 风速因子6 成本指数的含义7 三个航程范围,