淺析影響飛機(jī)上升率的因素

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[摘 要]影響飛機(jī)上升率的因素有很多，本文將影響飛機(jī)上升率的因素歸納為兩個(gè)方面進(jìn)行分析：飛機(jī)自身因素，其中包括飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量、飛機(jī)各部分構(gòu)件工藝、飛機(jī)水平飛行速度等等；自然因素，其中包括大風(fēng)氣壓因素、雷電雷暴天氣、雨雪因素等等。

[關(guān)鍵詞]飛機(jī) 上升率 發(fā)動(dòng)機(jī) 自然因素

中圖分類號(hào)：V211.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）18-0346-01

1、引言

飛機(jī)的跑道長(zhǎng)度是有限的，飛機(jī)能否在有限的距離下快速獲取最大速度，在升空時(shí)獲取最大上升率十分重要，尤其對(duì)航母艦載機(jī)等特殊用途機(jī)種更為關(guān)鍵。那么影響飛機(jī)上升率的因素到底有哪些呢？下面筆者就搜集的資料進(jìn)行淺析。

2、飛機(jī)自身因素

首先是飛機(jī)的自身因素，其中包括飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量、飛機(jī)各部分構(gòu)件工藝、飛機(jī)水平飛行速度、等等是影響飛機(jī)飛行率的內(nèi)在因素，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)功率更是飛機(jī)動(dòng)力的絕對(duì)源泉，直接影響著飛機(jī)的水平飛行速度。

2.1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)推力變化對(duì)飛機(jī)上升率影響的敏感性分析

航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛機(jī)的動(dòng)力來源，直接影響飛機(jī)的飛行性能[1]，因此，在進(jìn)行飛機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮二者之間的協(xié)調(diào)匹配關(guān)系，達(dá)到飛機(jī)/發(fā)動(dòng)機(jī)一體化設(shè)計(jì)的要求。發(fā)動(dòng)機(jī)推力變化對(duì)飛機(jī)最小平飛馬赫數(shù)影響的敏感度很低，對(duì)最大爬升率影響的敏感度較高，對(duì)最大平飛馬赫數(shù)及實(shí)用升限影響的敏感度由發(fā)動(dòng)機(jī)的具體狀態(tài)和推力變化趨勢(shì)決定。也就是說航空發(fā)動(dòng)機(jī)推力變化對(duì)飛機(jī)上升率的影響十分明顯，具體影響程度我們可以用數(shù)據(jù)量化來顯示，為此我們可以設(shè)置一個(gè)敏感性分析模型——為了便于分析，定義了敏感系數(shù)，即：

式中：X為某項(xiàng)飛行性能；F為發(fā)動(dòng)機(jī)推力。ξ體現(xiàn)了飛行性能相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)推力變化的敏感性關(guān)系，也可稱其為敏感度。ξ越大，則發(fā)動(dòng)機(jī)推力變化對(duì)相應(yīng)飛行性能的影響越大。ξ的算法為：通過整體改變發(fā)動(dòng)機(jī)推力特性來模擬發(fā)動(dòng)機(jī)推力變化所帶來的波動(dòng)量ΔF，則此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)推力特性為（F+ΔF）；再結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)安裝推力計(jì)算模型及飛機(jī)基本飛行性能計(jì)算模型，推出對(duì)應(yīng)的飛行性能（X+ΔX）；再利用式（1）求得ξ的值。對(duì)于最大上升率，在所有高度下，ξ的值都大于1，即改變推力1%時(shí)，能夠得到大于1%的最大爬升率的改變；且在最大狀態(tài)下，高度H=15km，增大發(fā)動(dòng)機(jī)推力時(shí)，3.76≤ξ≤4.1，這意味著較小的發(fā)動(dòng)機(jī)推力增幅可得到該高度下最大爬升率較大提升[1]。

2.2 高科技材料在飛機(jī)構(gòu)建制造方面的應(yīng)用

隨著科技的進(jìn)步，飛機(jī)制造行業(yè)的飛速發(fā)展，各種新型材料科技在飛機(jī)制造行業(yè)相繼應(yīng)用，比如能夠在雷達(dá)偵測(cè)環(huán)境中隱身的吸波材料、能夠提供更大強(qiáng)度支撐的碳纖維混合材料的應(yīng)用等等。其中，各種高強(qiáng)度低質(zhì)量高科技飛行建造材料的使用，為機(jī)身承受更大的發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)和飛行震動(dòng)提供保障，有利于更有力的新型發(fā)動(dòng)機(jī)的投入和使用，從而為飛機(jī)獲得更大的上升率提供相對(duì)的保障。

2.3 軍用機(jī)外掛武器對(duì)上升率的影響

為了提高作戰(zhàn)飛機(jī)的殺傷威力，在現(xiàn)代作戰(zhàn)飛機(jī)上都采用掛架掛載各類殺傷武器。當(dāng)載機(jī)外掛這些武器以后，不僅會(huì)增加飛行重量，減少燃料儲(chǔ)備，而且在掛載或投射這些武器后都將改變載機(jī)重心的位置和氣動(dòng)特性，直接影響載機(jī)飛行的戰(zhàn)技性能。由于外掛武器相當(dāng)沉重而且占用了燃油動(dòng)力儲(chǔ)備的部分位置肯定會(huì)影響到飛機(jī)的起飛能力和平飛速度，而飛機(jī)的起飛效果和平飛速度對(duì)飛機(jī)的上升率都有直接影響，所以這要求對(duì)于軍用機(jī)的外掛武器或設(shè)備的重心選擇尤其重要。通過某些評(píng)估模型，我們可以在計(jì)算機(jī)上分析和綜合各種外掛武器配置方案對(duì)載機(jī)飛行性能包括上升率的影響，確定外掛武器的最佳配置方案。另外可通過選取不同的外掛方式，如掛架式外掛，貼合式外掛，半埋式外掛和包裝式外掛等，在飛機(jī)基本性能要求和飛機(jī)運(yùn)載及投放外掛武器要求之間取得平衡，為飛機(jī)提供相對(duì)較大的上升率。

3、自然因素

除了飛機(jī)自身因素，自然因素也是影響飛機(jī)上升率的常見因素，尤其是復(fù)雜的天氣狀況對(duì)飛機(jī)的飛行有著莫大的影響。

3.1 機(jī)場(chǎng)地面風(fēng)和飛行中大風(fēng)對(duì)飛行上升率的影響

風(fēng)對(duì)飛行的影響比較復(fù)雜，包括不同時(shí)段的平均風(fēng)速和瞬間風(fēng)速。危害飛行安全的風(fēng)主要是側(cè)風(fēng)、順風(fēng)、陣風(fēng)、風(fēng)切變、下沉氣流、上升氣流和源流也是危害飛行安全不可忽視的因素。高速而平穩(wěn)的逆風(fēng)能夠?yàn)轱w機(jī)爬升提供助力，但是側(cè)風(fēng)、順風(fēng)、陣風(fēng)、風(fēng)切變、下沉氣流、上升氣流和源流等不利風(fēng)況會(huì)影響飛機(jī)爬升，嚴(yán)重可能會(huì)帶來機(jī)毀人亡的重大事故。飛機(jī)的起飛和著陸，應(yīng)盡量在逆風(fēng)條件下進(jìn)行。飛機(jī)順風(fēng)起飛，著陸要增長(zhǎng)滑跑距離，減少上升率和下滑率，當(dāng)風(fēng)速超過規(guī)定值時(shí)，就有可能沖出跑道或撞擊障礙物的危險(xiǎn)，特別是單向起降的機(jī)場(chǎng)要特別注意；逆風(fēng)起落能使離地速度和著陸速度減少，可以縮短滑跑距離，故一般情況下均采用逆風(fēng)起飛。在有側(cè)風(fēng)或者側(cè)風(fēng)分量很大時(shí)，飛機(jī)的起飛和著陸會(huì)變得很復(fù)雜。當(dāng)飛機(jī)在側(cè)風(fēng)中起飛時(shí)，飛機(jī)除向前運(yùn)動(dòng)外，還順著側(cè)風(fēng)方向移動(dòng)，如不及時(shí)修正就會(huì)偏離跑道方向。飛機(jī)接地后，在滑跑過程中，側(cè)風(fēng)對(duì)飛機(jī)垂直尾翼的側(cè)壓力，會(huì)使機(jī)頭向側(cè)風(fēng)方向偏轉(zhuǎn)，有可能造成飛機(jī)打地轉(zhuǎn)等不良后果[2]。

3.2 雷暴天氣對(duì)飛行上升率的影響

雷暴天氣是夏季常見的天氣現(xiàn)象，它是由對(duì)流旺盛的積雨云所產(chǎn)生的，伴有閃電雷鳴的局地風(fēng)暴，是積雨云強(qiáng)烈發(fā)展的標(biāo)志。在雷暴區(qū)，除雷電現(xiàn)象外，還有強(qiáng)烈的湍流、積冰、陣雨和大風(fēng)，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)冰雹、龍卷風(fēng)和下?lián)舯┝鞯葹?zāi)害性天氣，這些都會(huì)嚴(yán)重威脅飛行安全。在飛機(jī)爬升階段如果遭遇雷暴天氣會(huì)受到很大影響，暴云的整個(gè)發(fā)展過程中，始終存在著很強(qiáng)的垂直氣流，既有上升氣流，又有下降氣流。這種升降氣流靠得很近，并常常帶有很強(qiáng)的陣性，忽大忽小，分布不均，有時(shí)出現(xiàn)很強(qiáng)的風(fēng)切變，因此湍流特別強(qiáng)，在幾秒鐘內(nèi)飛行高度可變化幾十米甚至幾百米。這種強(qiáng)烈的飛機(jī)顛簸會(huì)造成飛行員操縱困難，甚至失去操縱。在這種極端天氣下，飛機(jī)要想獲得最大的上升率幾乎不可能。

3.3 雨雪因素對(duì)上升率的影響

雨雪天氣本身飛機(jī)的能見度較低，天氣復(fù)雜，氣壓多變化，所以飛行員在操作飛機(jī)爬升過程中會(huì)十分謹(jǐn)慎，以平穩(wěn)爬升為目的，不會(huì)追求最大上升率。

4、結(jié)束語

飛機(jī)的上升率受到多種因素的共同制約，本文就筆者查閱的部分資料進(jìn)行淺顯分析，希望對(duì)相關(guān)研究人員或者對(duì)此感興趣的朋友起到一定的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

[1]趙肅，李建榕.航空發(fā)動(dòng)機(jī)推力變化對(duì)飛機(jī)基本性能影響的敏感性分析[J].發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，2016.

[2]陳猛.機(jī)場(chǎng)地面風(fēng)和大風(fēng)的特征分析及其對(duì)飛行的影響[J].氣象水文海洋儀器，2015.