飛行包線——飛機的速度和高度限制原則

每一種飛機都有自己的最大速度、最小速度和最大高度的限制,那麼,這些限制背後的原則是什麼呢?

最省事的回答是:當飛機出廠時,廠傢會在飛機手冊給出像題圖那樣的飛行包線圖,或者簡單的視為飛機性能圖表,飛機原則上不得超出飛行包線飛行,否則飛機視為結構受到損傷必須進行特殊檢查。

顯然這個回答是絕(bu)對(fu)正(ze)確(ren)的回答。

A. 速度/高度圖。註意圖中給出的是馬赫數。空氣動力學分析中,定性分析時,馬赫數與速度代表的含義基本一致,定量分析中馬赫數比絕對速度更有效,本文為方便起見,不做區分。

1.
最小速度。就是飛機能維持平穩飛行的最小速度。

2.
最大速度。受限於兩個因素:

3. 最大高度。最小速度隨高度遞增,最大速度隨高度遞減,最終他們會在某個高度相連,這個點就是理論最高升限。

B. 過載/速度表。飛機在空中受到4個力作用:重力,發動機推力,阻力和升力。其中重力和發動機推力最大值是恒定的,阻力的極限有限,故談論飛機的過載在大部分情況下就是指升力減去與升力方向同向的其他三個力的分量。在本文中,為瞭簡化,將過載等價於升力大小。

1. 飛機結構設計完成後,其最大正過載和最大負過載實際上就已經被確定瞭,任何超越最大過載的使用均被視為對結構造成瞭一定損傷,在舊的結構安全思想中要求對所有關鍵結構進行探傷,而在新的結構安全思想中除瞭檢查外,還要求相應的減少飛機結構壽命,並引入載荷譜作為計算依據。

2. 特別的,在小速度情況下,飛機實際上是到不瞭最大允許過載的,但過載值的測量比其他臨界狀態值更容易測量,因此加入瞭這些特殊情況下的臨界過載值,以便於監測飛機是否達到瞭臨界狀態。

3. 在飛機接近最大速度時,情況略有不同。如前所述,飛機最大速度是受限於速壓和熱障,而這兩個限制條件本質上是與阻力有關,而阻力除瞭與速度相關,和飛機姿態也很有關系。

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