某中型渦槳飛機(jī)飛行邊界設(shè)計(jì)及驗(yàn)證淺析

馬江 劉寧 劉建平 王卓

摘 要：針對(duì)某中型渦槳飛機(jī)，對(duì)主要的設(shè)計(jì)飛行邊界進(jìn)行淺析，并結(jié)合驗(yàn)證結(jié)果，確定了改進(jìn)內(nèi)容，給出了其成果和使用意義。

關(guān)鍵詞：中型渦槳類飛機(jī)；飛行邊界；改進(jìn)內(nèi)容

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

0 引言

飛機(jī)邊界是飛機(jī)的各種飛行條件和可用范圍的邊緣區(qū)域，也是飛行員需時(shí)刻牢記，并在駕駛飛機(jī)時(shí)必須嚴(yán)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(jī)使用范圍的大小，是飛機(jī)是否好用的重要標(biāo)志之一。

飛機(jī)邊界的確定同飛機(jī)的研制過程一樣，也經(jīng)歷了從設(shè)計(jì)到驗(yàn)證，再到改進(jìn)的螺旋上升過程，反映了總師系統(tǒng)不斷完善飛機(jī)的艱苦歷程，是飛機(jī)研制獲得的重要成果之一。

1 某中型渦槳飛機(jī)的設(shè)計(jì)邊界

飛機(jī)的邊界特性涉及到飛機(jī)總體、氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、機(jī)械系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、航電系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等各個(gè)專業(yè)的規(guī)范要求；邊界特性的確定往往是對(duì)相關(guān)專業(yè)的邊界特性進(jìn)行綜合權(quán)衡的結(jié)果。

在某中型渦槳飛機(jī)的研制中，根據(jù)國軍標(biāo)和使用的相關(guān)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(jī)的低速邊界設(shè)計(jì)（左邊界）是以風(fēng)洞試驗(yàn)獲得的升力特性為基礎(chǔ)進(jìn)行的，通過計(jì)算獲得了飛機(jī)的失速速度。

某中型渦槳飛機(jī)飛行包線高速邊界（右邊界），由載荷強(qiáng)度設(shè)計(jì)的最大速壓限制決定，包括有長時(shí)間（平飛）飛行速壓限制和短時(shí)間（俯沖）飛行速壓限制。

根據(jù)氣動(dòng)數(shù)據(jù)和動(dòng)力裝置的拉力數(shù)據(jù)，以發(fā)動(dòng)機(jī)最大連續(xù)推力狀態(tài)作為爬升最大功率，計(jì)算得到的實(shí)用升限，作為某中型渦槳飛機(jī)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(tài)邊界特性。在設(shè)計(jì)階段，主要考慮了動(dòng)力裝置姿態(tài)要求、飛機(jī)氣動(dòng)特性和系統(tǒng)設(shè)備要求等，明確要求給出的飛機(jī)的姿態(tài)邊界。

某中型渦槳飛機(jī)設(shè)計(jì)的姿態(tài)邊界主要有迎角限制、坡度限制、側(cè)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(fù)迎角限制。

按照飛機(jī)的能力和計(jì)算、試驗(yàn)情況，確定了相應(yīng)的飛行狀態(tài)的側(cè)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(jù)飛機(jī)氣動(dòng)布局和不同飛行品質(zhì)要求，確定了飛機(jī)的使用重心限制。

（4）機(jī)動(dòng)邊界特性。某中型渦槳飛機(jī)的任務(wù)剖面大部分都是穩(wěn)定飛行狀態(tài)，需要的機(jī)動(dòng)能力應(yīng)滿足機(jī)動(dòng)過載要求。

（5）其它邊界特性。根據(jù)某中型渦槳飛機(jī)的使用和任務(wù)特點(diǎn)，在確保機(jī)載系統(tǒng)、設(shè)備的功能基礎(chǔ)上，飛機(jī)實(shí)際使用還需明確環(huán)境邊界特性。某中型渦槳飛機(jī)具有較完備的除（防）冰系統(tǒng)，還有先進(jìn)的氣象雷達(dá)、通信、盲降、導(dǎo)航以及保證雨天、夜間飛行的設(shè)備。

2 某中型渦槳飛機(jī)驗(yàn)證獲得的邊界

飛機(jī)的飛行邊界驗(yàn)證最直觀和主要的驗(yàn)證手段是飛行試驗(yàn)，但邊界試飛往往是風(fēng)險(xiǎn)科目，伴隨著巨大的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)施過程中需循序漸進(jìn)、細(xì)致、科學(xué)，做好各種預(yù)案。某中型渦槳飛機(jī)通過試飛和補(bǔ)充試驗(yàn)、分析，完成了載機(jī)機(jī)動(dòng)邊界、重量重心邊界、環(huán)境邊界、機(jī)載系統(tǒng)設(shè)備邊界特性、姿態(tài)邊界、機(jī)動(dòng)邊界等全部邊界試飛。

（1） 速度-高度邊界特性。通過試飛驗(yàn)證后，某中型渦槳飛機(jī)的飛行包線整體趨勢與設(shè)計(jì)邊界一致，設(shè)置合理，既能保證飛行安全，又能充分發(fā)揮飛機(jī)性能。

（2） 姿態(tài)邊界特性。某中型渦槳飛機(jī)在風(fēng)險(xiǎn)科目試飛中進(jìn)行了比較全面的姿態(tài)邊界特性的驗(yàn)證和拓展。由失速速度/特性試飛得到了失速迎角邊界，同時(shí)也獲得了飛機(jī)進(jìn)入失速的特點(diǎn)和改出失速的方法。

在風(fēng)險(xiǎn)科目試飛進(jìn)行前，完成了大量前期準(zhǔn)備性的適應(yīng)性和摸底試飛。驗(yàn)證得到了飛機(jī)的最大側(cè)滑角、滾轉(zhuǎn)角，并考核了飛機(jī)及各系統(tǒng)在極端條件下的響應(yīng)和工作情況。

（3）重量重心邊界特性。在設(shè)計(jì)定型試飛中，驗(yàn)證了最大起飛重量和最大著陸重量均達(dá)到了設(shè)計(jì)值，重量邊界特性達(dá)到了設(shè)計(jì)值；在進(jìn)行失速速度/失速特性摸底的品質(zhì)試飛中，在使用重心范圍內(nèi)飛行品質(zhì)滿足相關(guān)國軍標(biāo)要求，并給出了用戶日常使用的最佳重心范圍。

（4）機(jī)動(dòng)邊界特性。在風(fēng)險(xiǎn)科目前期摸底試飛中，在近零過載條件下飛機(jī)及各機(jī)載系統(tǒng)工作正常，在設(shè)計(jì)定型試飛結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢查達(dá)到最大機(jī)動(dòng)過載，飛機(jī)結(jié)構(gòu)完好，無超過允許的變形，充分驗(yàn)證了機(jī)動(dòng)邊界特性達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

（5）其它邊界特性。風(fēng)險(xiǎn)科目試飛期間還進(jìn)行了夜間飛行，同時(shí)對(duì)不同環(huán)境溫度、高度適應(yīng)性進(jìn)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(jī)的使用邊界，拓展了部分允許邊界，對(duì)飛機(jī)的能力和特性有了更為深入和充分的認(rèn)識(shí)。

（2）風(fēng)險(xiǎn)科目試飛的組織和實(shí)施，為后續(xù)飛機(jī)研制積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

（3）風(fēng)險(xiǎn)科目試飛的組織和準(zhǔn)備提升了風(fēng)險(xiǎn)控制的方法。

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

參考文獻(xiàn)：

[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(fēng)扇與渦輪螺旋槳運(yùn)輸機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)和飛行動(dòng)力學(xué)[D].中國試飛員學(xué)院，1997（08）.

[3]012基地設(shè)計(jì)所譯.An-12實(shí)用空氣動(dòng)力學(xué)[M].1977.