結(jié)冰對(duì)爬升性能的影響研究

吳仁民　王睿

【摘 要】本文結(jié)合XX型號(hào)的數(shù)據(jù)，通過(guò)受力分析，建立飛機(jī)運(yùn)動(dòng)方程，計(jì)算分析了結(jié)冰與非結(jié)冰時(shí)飛機(jī)的最大爬升率。定量給出了結(jié)冰對(duì)飛機(jī)爬升性能的影響，可以為今后飛機(jī)方案設(shè)計(jì)考慮結(jié)冰的情況提供一定參考。

【關(guān)鍵詞】結(jié)冰；爬升性能；飛行力學(xué)

0 引言

飛機(jī)在結(jié)冰氣象條件下飛行時(shí)，飛機(jī)迎風(fēng)部件表面結(jié)冰現(xiàn)象比較常見(jiàn)。結(jié)冰改變了飛機(jī)氣動(dòng)外形，從而改變了氣動(dòng)力，影響到了飛機(jī)的穩(wěn)定性與操縱性，如果不重視飛機(jī)結(jié)冰問(wèn)題，就有可能會(huì)對(duì)飛行產(chǎn)生嚴(yán)重的不利影響，甚至可能產(chǎn)生導(dǎo)致機(jī)毀人亡。

國(guó)外很早就注意到飛機(jī)結(jié)冰問(wèn)題，對(duì)飛機(jī)結(jié)冰進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算分析，形成了很多成熟的數(shù)值分析軟件和完備的冰風(fēng)洞試驗(yàn)條件，國(guó)內(nèi)對(duì)飛機(jī)結(jié)冰的研究起步比較晚，且多數(shù)為對(duì)機(jī)翼等部件結(jié)冰機(jī)理的研究，很少能定量地分析結(jié)冰對(duì)飛行性能的影響，綜上所述，很有必要進(jìn)行結(jié)冰對(duì)飛機(jī)飛行性能的影響研究，為將來(lái)設(shè)計(jì)考慮結(jié)冰情況提供參考。

結(jié)冰并不改變飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型。本文通過(guò)將飛機(jī)作為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行受力分析，建立飛機(jī)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程。結(jié)冰對(duì)飛機(jī)氣動(dòng)數(shù)據(jù)的影響量，通過(guò)其他機(jī)型試驗(yàn)的結(jié)果給出，在此基礎(chǔ)上，采用數(shù)值計(jì)算的方法分析了結(jié)冰對(duì)飛機(jī)飛行性能的影響并給出了相應(yīng)結(jié)論。

1 計(jì)算公式及方法

1.1 動(dòng)力學(xué)方程

飛行性能計(jì)算中，將飛機(jī)視為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，飛機(jī)在垂直平面內(nèi)無(wú)側(cè)滑時(shí)受力情況如圖1所示，按照航跡坐標(biāo)系建立飛行的運(yùn)動(dòng)方程，將力分解到沿速度方向和垂直于速度方向，利用牛頓第二定律可得出動(dòng)力學(xué)方程如下：

2 算例

通常情況下，結(jié)冰導(dǎo)致飛機(jī)的氣動(dòng)特性變差，從而影響到飛機(jī)的飛行性能。冰風(fēng)洞和飛行試驗(yàn)的結(jié)果表明，大多數(shù)情況下，結(jié)冰后飛機(jī)的失速速度約增大5%～10%，全機(jī)的升力系數(shù)約減小5%～15%，阻力系數(shù)約增大15%～50%。

在本文給出的算例中，假定升力系數(shù)減少10%，阻力系數(shù)增大32.5%，可用推力下降5%。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

3 計(jì)算結(jié)果分析及討論

由于結(jié)冰導(dǎo)致剩余功率減少，使得飛機(jī)的爬升率、爬升角、爬升梯度都有所減小，且減小的比例與剩余功率減小的比例基本一致，由表1可見(jiàn)，爬升率減少量為30%～60%。

4 結(jié)論

結(jié)冰改變了飛機(jī)氣動(dòng)外形，使飛機(jī)爬升性能變差，最大爬升率減少量為30%～60%；

因此，在民機(jī)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)著力開(kāi)展結(jié)冰對(duì)飛機(jī)氣動(dòng)特性的影響和防除冰裝置的研制的研究設(shè)計(jì)工作，或者在飛機(jī)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)氣象雷達(dá)合理的避開(kāi)結(jié)冰區(qū)，使飛機(jī)設(shè)計(jì)更合理、飛行更經(jīng)濟(jì)、更安全。

【參考文獻(xiàn)】

[1]金長(zhǎng)江，范立欽，周士林.飛機(jī)飛行性能計(jì)算[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1983：58-120.

[2]張錫金，主編.飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)：第六冊(cè)[M].北京：航空工業(yè)出版社，2006.

[3]顧誦芬，解思適.飛機(jī)總體設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001：89-200.

[4]裘燮綱，韓鳳華.飛機(jī)防冰系統(tǒng)[M].北京：航空專(zhuān)業(yè)教材編審組：70-130.

[責(zé)任編輯：薛俊歌]

【摘 要】本文結(jié)合XX型號(hào)的數(shù)據(jù)，通過(guò)受力分析，建立飛機(jī)運(yùn)動(dòng)方程，計(jì)算分析了結(jié)冰與非結(jié)冰時(shí)飛機(jī)的最大爬升率。定量給出了結(jié)冰對(duì)飛機(jī)爬升性能的影響，可以為今后飛機(jī)方案設(shè)計(jì)考慮結(jié)冰的情況提供一定參考。

【關(guān)鍵詞】結(jié)冰；爬升性能；飛行力學(xué)

0 引言

飛機(jī)在結(jié)冰氣象條件下飛行時(shí)，飛機(jī)迎風(fēng)部件表面結(jié)冰現(xiàn)象比較常見(jiàn)。結(jié)冰改變了飛機(jī)氣動(dòng)外形，從而改變了氣動(dòng)力，影響到了飛機(jī)的穩(wěn)定性與操縱性，如果不重視飛機(jī)結(jié)冰問(wèn)題，就有可能會(huì)對(duì)飛行產(chǎn)生嚴(yán)重的不利影響，甚至可能產(chǎn)生導(dǎo)致機(jī)毀人亡。

國(guó)外很早就注意到飛機(jī)結(jié)冰問(wèn)題，對(duì)飛機(jī)結(jié)冰進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算分析，形成了很多成熟的數(shù)值分析軟件和完備的冰風(fēng)洞試驗(yàn)條件，國(guó)內(nèi)對(duì)飛機(jī)結(jié)冰的研究起步比較晚，且多數(shù)為對(duì)機(jī)翼等部件結(jié)冰機(jī)理的研究，很少能定量地分析結(jié)冰對(duì)飛行性能的影響，綜上所述，很有必要進(jìn)行結(jié)冰對(duì)飛機(jī)飛行性能的影響研究，為將來(lái)設(shè)計(jì)考慮結(jié)冰情況提供參考。

結(jié)冰并不改變飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型。本文通過(guò)將飛機(jī)作為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行受力分析，建立飛機(jī)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程。結(jié)冰對(duì)飛機(jī)氣動(dòng)數(shù)據(jù)的影響量，通過(guò)其他機(jī)型試驗(yàn)的結(jié)果給出，在此基礎(chǔ)上，采用數(shù)值計(jì)算的方法分析了結(jié)冰對(duì)飛機(jī)飛行性能的影響并給出了相應(yīng)結(jié)論。

1 計(jì)算公式及方法

1.1 動(dòng)力學(xué)方程

飛行性能計(jì)算中，將飛機(jī)視為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，飛機(jī)在垂直平面內(nèi)無(wú)側(cè)滑時(shí)受力情況如圖1所示，按照航跡坐標(biāo)系建立飛行的運(yùn)動(dòng)方程，將力分解到沿速度方向和垂直于速度方向，利用牛頓第二定律可得出動(dòng)力學(xué)方程如下：

2 算例

通常情況下，結(jié)冰導(dǎo)致飛機(jī)的氣動(dòng)特性變差，從而影響到飛機(jī)的飛行性能。冰風(fēng)洞和飛行試驗(yàn)的結(jié)果表明，大多數(shù)情況下，結(jié)冰后飛機(jī)的失速速度約增大5%～10%，全機(jī)的升力系數(shù)約減小5%～15%，阻力系數(shù)約增大15%～50%。

在本文給出的算例中，假定升力系數(shù)減少10%，阻力系數(shù)增大32.5%，可用推力下降5%。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

3 計(jì)算結(jié)果分析及討論

由于結(jié)冰導(dǎo)致剩余功率減少，使得飛機(jī)的爬升率、爬升角、爬升梯度都有所減小，且減小的比例與剩余功率減小的比例基本一致，由表1可見(jiàn)，爬升率減少量為30%～60%。

4 結(jié)論

結(jié)冰改變了飛機(jī)氣動(dòng)外形，使飛機(jī)爬升性能變差，最大爬升率減少量為30%～60%；

因此，在民機(jī)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)著力開(kāi)展結(jié)冰對(duì)飛機(jī)氣動(dòng)特性的影響和防除冰裝置的研制的研究設(shè)計(jì)工作，或者在飛機(jī)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)氣象雷達(dá)合理的避開(kāi)結(jié)冰區(qū)，使飛機(jī)設(shè)計(jì)更合理、飛行更經(jīng)濟(jì)、更安全。

【參考文獻(xiàn)】

[1]金長(zhǎng)江，范立欽，周士林.飛機(jī)飛行性能計(jì)算[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1983：58-120.

[2]張錫金，主編.飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)：第六冊(cè)[M].北京：航空工業(yè)出版社，2006.

[3]顧誦芬，解思適.飛機(jī)總體設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001：89-200.

[4]裘燮綱，韓鳳華.飛機(jī)防冰系統(tǒng)[M].北京：航空專(zhuān)業(yè)教材編審組：70-130.

[責(zé)任編輯：薛俊歌]

【摘 要】本文結(jié)合XX型號(hào)的數(shù)據(jù)，通過(guò)受力分析，建立飛機(jī)運(yùn)動(dòng)方程，計(jì)算分析了結(jié)冰與非結(jié)冰時(shí)飛機(jī)的最大爬升率。定量給出了結(jié)冰對(duì)飛機(jī)爬升性能的影響，可以為今后飛機(jī)方案設(shè)計(jì)考慮結(jié)冰的情況提供一定參考。

【關(guān)鍵詞】結(jié)冰；爬升性能；飛行力學(xué)

0 引言

飛機(jī)在結(jié)冰氣象條件下飛行時(shí)，飛機(jī)迎風(fēng)部件表面結(jié)冰現(xiàn)象比較常見(jiàn)。結(jié)冰改變了飛機(jī)氣動(dòng)外形，從而改變了氣動(dòng)力，影響到了飛機(jī)的穩(wěn)定性與操縱性，如果不重視飛機(jī)結(jié)冰問(wèn)題，就有可能會(huì)對(duì)飛行產(chǎn)生嚴(yán)重的不利影響，甚至可能產(chǎn)生導(dǎo)致機(jī)毀人亡。

國(guó)外很早就注意到飛機(jī)結(jié)冰問(wèn)題，對(duì)飛機(jī)結(jié)冰進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究和數(shù)值計(jì)算分析，形成了很多成熟的數(shù)值分析軟件和完備的冰風(fēng)洞試驗(yàn)條件，國(guó)內(nèi)對(duì)飛機(jī)結(jié)冰的研究起步比較晚，且多數(shù)為對(duì)機(jī)翼等部件結(jié)冰機(jī)理的研究，很少能定量地分析結(jié)冰對(duì)飛行性能的影響，綜上所述，很有必要進(jìn)行結(jié)冰對(duì)飛機(jī)飛行性能的影響研究，為將來(lái)設(shè)計(jì)考慮結(jié)冰情況提供參考。

結(jié)冰并不改變飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型。本文通過(guò)將飛機(jī)作為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行受力分析，建立飛機(jī)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程。結(jié)冰對(duì)飛機(jī)氣動(dòng)數(shù)據(jù)的影響量，通過(guò)其他機(jī)型試驗(yàn)的結(jié)果給出，在此基礎(chǔ)上，采用數(shù)值計(jì)算的方法分析了結(jié)冰對(duì)飛機(jī)飛行性能的影響并給出了相應(yīng)結(jié)論。

1 計(jì)算公式及方法

1.1 動(dòng)力學(xué)方程

飛行性能計(jì)算中，將飛機(jī)視為一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，飛機(jī)在垂直平面內(nèi)無(wú)側(cè)滑時(shí)受力情況如圖1所示，按照航跡坐標(biāo)系建立飛行的運(yùn)動(dòng)方程，將力分解到沿速度方向和垂直于速度方向，利用牛頓第二定律可得出動(dòng)力學(xué)方程如下：

2 算例

通常情況下，結(jié)冰導(dǎo)致飛機(jī)的氣動(dòng)特性變差，從而影響到飛機(jī)的飛行性能。冰風(fēng)洞和飛行試驗(yàn)的結(jié)果表明，大多數(shù)情況下，結(jié)冰后飛機(jī)的失速速度約增大5%～10%，全機(jī)的升力系數(shù)約減小5%～15%，阻力系數(shù)約增大15%～50%。

在本文給出的算例中，假定升力系數(shù)減少10%，阻力系數(shù)增大32.5%，可用推力下降5%。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

3 計(jì)算結(jié)果分析及討論

由于結(jié)冰導(dǎo)致剩余功率減少，使得飛機(jī)的爬升率、爬升角、爬升梯度都有所減小，且減小的比例與剩余功率減小的比例基本一致，由表1可見(jiàn)，爬升率減少量為30%～60%。

4 結(jié)論

結(jié)冰改變了飛機(jī)氣動(dòng)外形，使飛機(jī)爬升性能變差，最大爬升率減少量為30%～60%；

因此，在民機(jī)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)著力開(kāi)展結(jié)冰對(duì)飛機(jī)氣動(dòng)特性的影響和防除冰裝置的研制的研究設(shè)計(jì)工作，或者在飛機(jī)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)氣象雷達(dá)合理的避開(kāi)結(jié)冰區(qū)，使飛機(jī)設(shè)計(jì)更合理、飛行更經(jīng)濟(jì)、更安全。

【參考文獻(xiàn)】

[1]金長(zhǎng)江，范立欽，周士林.飛機(jī)飛行性能計(jì)算[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1983：58-120.

[2]張錫金，主編.飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)：第六冊(cè)[M].北京：航空工業(yè)出版社，2006.

[3]顧誦芬，解思適.飛機(jī)總體設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001：89-200.

[4]裘燮綱，韓鳳華.飛機(jī)防冰系統(tǒng)[M].北京：航空專(zhuān)業(yè)教材編審組：70-130.

[責(zé)任編輯：薛俊歌]