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飛機的升力和阻力受哪些因素影響

生活 更新时间:2024-10-03 00:12:17

推重比和翼載是影響飛機飛行性能的兩個最重要參數,優化這兩個參數是初始設計布局完成後需要進行的主要分析和設計工作。但是在初始設計布局之前,需要進行可靠的翼載和推重比估算,否則優化後的飛機可能與初始布局的飛機相差太遠,導緻設計師們需對其重新設計,浪費大量的人力、資源和時間。

飛機的升力和阻力受哪些因素影響(決定飛機性能的兩大關鍵因素)1

圖1 在評估軍用飛機的性能時,推重比和翼載是兩個重要的參數指标。

推重比的計算方法

推重比直接影響飛機的性能。飛機的推重比越高,加速就越快,爬升就越迅速,可達到的最大高度也越高,轉彎角速度也越大。另一方面,飛機的發動機越大,執行全部任務中的油耗也越多,從而使完成設計任務的飛機的起飛重量增加。推重比不是一個常數,在飛行過程中随着燃油消耗,飛機重量不斷減小。其次,發動機的推力也随高度和速度變化。

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圖2 無外挂飛機起飛推重比統計值

設計師們提到飛機的推重比時,通常是指在海平面靜止狀态(零速度)和标準掉漆條件下,而且是設計起飛重量和最大油門狀态下的推重比。确定推重比的過程中,應當注意避免混淆起飛推重比和其他條件下的推重比。如果需要的推重比是在其他條件下得到的,就不能将它折算到起飛條件下,以便于選擇發動機的數量和大小。例如,在設計過程中得到了巡航狀态的推重比(T/W)巡航,就可以用下面的公式進行折算:

飛機在巡航時,處于水平勻速飛行狀态。這個時候飛機的重量等于作用在飛機上的升力,而推力等于阻力,所以推重比等于升阻比L/D的倒數,其計算公式如下:

飛機在爬上狀态時,采用的推重比計算公式是:

一般情況下,軍用飛機的戰技術要求中會給出飛機的起飛滑跑距離值,因此可以根據下面的公式,以起飛滑跑距離來确定推重比。

推重比也可以根據最大平飛速度來确定。如果能夠得到最大平飛速度和翼載,就能計算出所需要的推重比。相反,如果已知推重比,就能求出所需要的翼載。

在選取飛機的推重比後,可以根據其不同性質要求求出幾個推重比,飛機的推重比取其中的最大值。

翼載的計算方法

翼載是飛機重量除以飛機的參考機翼面積。它會影響飛機的失速速度、爬升率、起飛着陸距離、盤旋距離以及決定設計升力系數,此外還通過對浸濕面積和翼展的影響而改變主力。它對确定飛機的起飛總重量有很大影響。如果翼載減小,機翼就會變大,引起附加的主力和空機重量,導緻為完成任務而增加起飛總量。計算翼載的方法主要有以下幾個:

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無外挂飛機起飛翼載統計值

首先是根據失速速度來計算翼載。飛機失速是影響飛機安全的主要因素,失速速度直接由翼載和最大升力系數來确定。在計算過程中,可利用失速速度與翼載的關系,來計算滿足失速性能的翼載。其計算公式為:

計算翼載的第二個方法是通過起飛距離來确定。起飛滑跑距離是指機輪離地前經過的實際距離,正常起飛的離地速度是失速速度的1.1倍。下面兩個公式給出了給定起飛距離時所允許的最大翼載。

第三,根據機動過載确定翼載。飛機的機動性主要反映在一定高度和速度下的過載系數,機動性的好壞依賴于飛機的最大升阻比與發動機推力。一般情況下,戰鬥機将8或9個g設計為最大使用過載,但是此過載必須對應某個特定的格鬥重量。下面公式給出了給定過載系數時所允許的最大翼載。

第四種方法是根據升限确定翼載,其計算公式如下:

第五種方法是根據航程來計算翼載。在給定條件下,可以計算出螺旋槳飛機和噴氣式飛機最大航程時的翼載。

螺旋槳飛機的翼載計算公式:

噴氣式飛機的翼載計算公式:

第六種方法是根據航時來确定翼載。其中,螺旋槳飛機航時最大時的翼載可以用下列公式進行計算:

噴氣式飛機航時最大時的翼載,可以用下列公式進行計算:

在選擇機翼翼載時,應根據飛機的不同性能要求計算出翼載,并取其中的最小值。

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