某中型渦槳飛機飛行邊界設計及驗證淺析

馬江 劉寧 劉建平 王卓

摘 要：針對某中型渦槳飛機，對主要的設計飛行邊界進行淺析，并結合驗證結果，確定了改進內容，給出了其成果和使用意義。

關鍵詞：中型渦槳類飛機；飛行邊界；改進內容

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.030

0 引言

飛機邊界是飛機的各種飛行條件和可用范圍的邊緣區域，也是飛行員需時刻牢記，并在駕駛飛機時必須嚴格遵守不許超越的“紅線”。邊界的確定和邊界特性的好壞，直接影響到飛機使用范圍的大小，是飛機是否好用的重要標志之一。

飛機邊界的確定同飛機的研制過程一樣，也經歷了從設計到驗證，再到改進的螺旋上升過程，反映了總師系統不斷完善飛機的艱苦歷程，是飛機研制獲得的重要成果之一。

1 某中型渦槳飛機的設計邊界

飛機的邊界特性涉及到飛機總體、氣動、結構強度、機械系統、操縱系統、航電系統、電氣系統等各個專業的規范要求；邊界特性的確定往往是對相關專業的邊界特性進行綜合權衡的結果。

在某中型渦槳飛機的研制中，根據國軍標和使用的相關要求，制定了具有較大安全余量的飛行邊界，具體在以下方面：

（1）速度-高度邊界特性。某中型渦槳飛機的低速邊界設計（左邊界）是以風洞試驗獲得的升力特性為基礎進行的，通過計算獲得了飛機的失速速度。

某中型渦槳飛機飛行包線高速邊界（右邊界），由載荷強度設計的最大速壓限制決定，包括有長時間（平飛）飛行速壓限制和短時間（俯沖）飛行速壓限制。

根據氣動數據和動力裝置的拉力數據，以發動機最大連續推力狀態作為爬升最大功率，計算得到的實用升限，作為某中型渦槳飛機飛行包線的高度邊界。

典型的飛行速度—高度邊界包線見下圖1所示。

（2）姿態邊界特性。在設計階段，主要考慮了動力裝置姿態要求、飛機氣動特性和系統設備要求等，明確要求給出的飛機的姿態邊界。

某中型渦槳飛機設計的姿態邊界主要有迎角限制、坡度限制、側滑角限制和起降期間的擦尾角限制等。其中，迎角限制包括失速迎角限制和負迎角限制。

按照飛機的能力和計算、試驗情況，確定了相應的飛行狀態的側滑角限制、坡度限制和起降階段的擦尾角限制。

（3）重量重心邊界特性。依據飛機氣動布局和不同飛行品質要求，確定了飛機的使用重心限制。

（4）機動邊界特性。某中型渦槳飛機的任務剖面大部分都是穩定飛行狀態，需要的機動能力應滿足機動過載要求。

（5）其它邊界特性。根據某中型渦槳飛機的使用和任務特點，在確保機載系統、設備的功能基礎上，飛機實際使用還需明確環境邊界特性。某中型渦槳飛機具有較完備的除（防）冰系統，還有先進的氣象雷達、通信、盲降、導航以及保證雨天、夜間飛行的設備。

2 某中型渦槳飛機驗證獲得的邊界

飛機的飛行邊界驗證最直觀和主要的驗證手段是飛行試驗，但邊界試飛往往是風險科目，伴隨著巨大的風險，實施過程中需循序漸進、細致、科學，做好各種預案。某中型渦槳飛機通過試飛和補充試驗、分析，完成了載機機動邊界、重量重心邊界、環境邊界、機載系統設備邊界特性、姿態邊界、機動邊界等全部邊界試飛。

（1） 速度-高度邊界特性。通過試飛驗證后，某中型渦槳飛機的飛行包線整體趨勢與設計邊界一致，設置合理，既能保證飛行安全，又能充分發揮飛機性能。

（2） 姿態邊界特性。某中型渦槳飛機在風險科目試飛中進行了比較全面的姿態邊界特性的驗證和拓展。由失速速度/特性試飛得到了失速迎角邊界，同時也獲得了飛機進入失速的特點和改出失速的方法。

在風險科目試飛進行前，完成了大量前期準備性的適應性和摸底試飛。驗證得到了飛機的最大側滑角、滾轉角，并考核了飛機及各系統在極端條件下的響應和工作情況。

（3）重量重心邊界特性。在設計定型試飛中，驗證了最大起飛重量和最大著陸重量均達到了設計值，重量邊界特性達到了設計值；在進行失速速度/失速特性摸底的品質試飛中，在使用重心范圍內飛行品質滿足相關國軍標要求，并給出了用戶日常使用的最佳重心范圍。

（4）機動邊界特性。在風險科目前期摸底試飛中，在近零過載條件下飛機及各機載系統工作正常，在設計定型試飛結構強度檢查達到最大機動過載，飛機結構完好，無超過允許的變形，充分驗證了機動邊界特性達到了設計要求。

（5）其它邊界特性。風險科目試飛期間還進行了夜間飛行，同時對不同環境溫度、高度適應性進行了考核。

3 飛行邊界確定的成果和使用意義

（1）確定了某中型渦槳飛機的使用邊界，拓展了部分允許邊界，對飛機的能力和特性有了更為深入和充分的認識。

（2）風險科目試飛的組織和實施，為后續飛機研制積累了寶貴經驗。

（3）風險科目試飛的組織和準備提升了風險控制的方法。

（4）試飛員探索并掌握了飛機邊界條件飛行的駕駛技巧和技術，試飛過程中積累的各種操作處置程序和方法，對使用部隊飛行員處理正常程序和邊界應急程序具有指導意義。

參考文獻：

[1]John D.Anderson，Jr.Aircraft Performance and Design[J].1998.

[2]（蘇）в.в.菲利波夫主編，劉興堂譯.渦輪風扇與渦輪螺旋槳運輸機空氣動力學和飛行動力學[D].中國試飛員學院，1997（08）.

[3]012基地設計所譯.An-12實用空氣動力學[M].1977.