關(guān)于飛機(jī)的速度和高度限制原則看看重慶航空學(xué)校是怎么分析的

每一種飛機(jī)都有自己的最大速度、最小速度和最大高度的限制，那么，這些限制背后的原則是什么呢？最省事的回答是：當(dāng)飛機(jī)出廠時，廠家會在飛機(jī)手冊給出像題圖那樣的飛行包線圖，或者簡單的視為飛機(jī)性能圖表，飛機(jī)原則上不得超出飛行包線飛行，否則飛機(jī)視為結(jié)構(gòu)受到損傷必須進(jìn)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。注意圖中給出的是馬赫數(shù)。空氣動力學(xué)分析中，定性分析時，馬赫數(shù)與速度代表的含義基本一致，定量分析中馬赫數(shù)比絕對速度更有效，本文為方便起見，不做區(qū)分。

如果飛機(jī)小于最小速度，會自動降低高度重新達(dá)到平衡。

2. 最大速度。受限于兩個因素：

(1). 速壓與飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。速壓的簡單理解就是推開空氣前進(jìn)時，飛機(jī)結(jié)構(gòu)的受到的反作用力，這個力與空氣密度成反比，與速度的平方成正比，因此在低空時，飛機(jī)速度主要受速壓限制，不可超過飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度允許的最大值。隨著高度上升，空氣密度下降，速壓限制隨之提高。

(2). 發(fā)動機(jī)剩余推力。發(fā)動機(jī)的推力能夠大于飛機(jī)阻力，則速度可以繼續(xù)上升，否則就是最大速度了，由于發(fā)動機(jī)剩余推力大致與高度成反比，速度增加對發(fā)動機(jī)推力增大貢獻(xiàn)很小，故在高空時，飛機(jī)速度主要受發(fā)動機(jī)最大推力限制。隨著高度上升，最大速度隨之下降?？梢宰⒁獾?，在最大速度中間部分，有一條垂直線，這條垂線并不是所有飛機(jī)都有，其主要原因是“熱障”，對于鋁合金，強(qiáng)度要求高的戰(zhàn)斗機(jī)熱障約為2馬赫，強(qiáng)度要求不高的偵察機(jī)約為2.5馬赫，對于不銹鋼，根據(jù)鎳含量不同約為2.8-3.2馬赫，對于鈦合金，我沒看到過公開的準(zhǔn)確資料，推斷數(shù)據(jù)為3-5馬赫。

對于使用螺旋槳的飛機(jī)，此馬赫線主要受限于螺旋槳的質(zhì)量，約為0.6-0.8馬赫。

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。

最大高度代表的物理意義就是，當(dāng)發(fā)動機(jī)達(dá)到當(dāng)前最大推力后，飛機(jī)速度不可能進(jìn)一步提升，飛機(jī)所能獲得的最大升力已經(jīng)不可能超過飛機(jī)當(dāng)前重量了，則飛機(jī)無法繼續(xù)爬升。

但實際飛行中，一方面高高度由于發(fā)動機(jī)剩余推力有限，爬升的非常慢，飛機(jī)可能在達(dá)到警戒油量時還無法爬升到理論升限；另一方面，飛行員可以采取爬升——俯沖加速——沖刺爬升的波浪形曲線進(jìn)行躍升，此時雖然飛機(jī)不能在超越理論升限以上平穩(wěn)飛行，但瞬間高度還是可以超過升限的。

B. 過載/速度表。飛機(jī)在空中受到4個力作用：重力，發(fā)動機(jī)推力，阻力和升力。其中重力和發(fā)動機(jī)推力最大值是恒定的，阻力的極限有限，故談?wù)擄w機(jī)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，為了簡化，將過載等價于升力大小。

1. 飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，其最大正過載和最大負(fù)過載實際上就已經(jīng)被確定了，任何超越最大過載的使用均被視為對結(jié)構(gòu)造成了一定損傷，在舊的結(jié)構(gòu)安全思想中要求對所有關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行探傷，而在新的結(jié)構(gòu)安全思想中除了檢查外，還要求相應(yīng)的減少飛機(jī)結(jié)構(gòu)壽命，并引入載荷譜作為計算依據(jù)。

2. 特別的，在小速度情況下，飛機(jī)實際上是到不了最大允許過載的，但過載值的測量比其他臨界狀態(tài)值更容易測量，因此加入了這些特殊情況下的臨界過載值，以便于監(jiān)測飛機(jī)是否達(dá)到了臨界狀態(tài)。

顯然，當(dāng)在一定高度(空氣密度)和一定速度下，飛機(jī)可以獲得的最大升力是有限的，當(dāng)飛機(jī)升力接近最大正過載時，就說明飛機(jī)已經(jīng)接近失速仰角，在做劇烈機(jī)動時，仰角傳感器測量得到的飛機(jī)仰角經(jīng)常不夠精確和及時，同時也受風(fēng)力影響較大，不如過載值來的方便快捷。

3. 在飛機(jī)接近最大速度時，情況略有不同。如前所述，飛機(jī)最大速度是受限于速壓和熱障，而這兩個限制條件本質(zhì)上是與阻力有關(guān)，而阻力除了與速度相關(guān)，和飛機(jī)姿態(tài)也很有關(guān)系。雖然平飛時，飛機(jī)可以更大的速度飛行，但當(dāng)飛機(jī)的仰角較大時，飛機(jī)會在更低的速度時達(dá)到速壓或熱障極限。直接測量飛機(jī)阻力非常困難，因此，直接控制大速度下飛機(jī)的可用過載，可以更好的避免速壓或熱障帶來的結(jié)構(gòu)損傷。