CN110733664A

CN110733664A - 一种水上飞机起飞性能验证方法

Info

Publication number: CN110733664A
Application number: CN201910931096.6A
Authority: CN
Inventors: 吴仁民; 程志航; 王士飞; 黄领才
Original assignee: China Aviation Industry General Aircraft Co Ltd
Current assignee: South China Aircraft Industry Co Ltd of China Aviation Industry General Aircraft Co Ltd
Priority date: 2019-09-29
Filing date: 2019-09-29
Publication date: 2020-01-31

Abstract

本发明属于飞机设计领域，适用于水面飞机、水陆两栖飞机及水面高速运动体的气水动设计，涉及一种水上飞机起飞性能验证方法。本发明水上飞机起飞性能验证方法验证时，水上飞机从静止状态下，加速达到离水速度V_GW时，拉杆抬头，保持水上飞机姿态稳定范围内，达到腾空速度V_LOFW时，飞机完全离水但贴近水面飞行，速度达到V_EFW时进行关键发动机停车，然后加速到决断速度V_1W，并继续加速到抬头速度V_RW时，拉杆抬头，飞机爬升至安全高度，此时飞行速度不小于安全速度V₂，然后继续爬升。本发明水上飞机起飞性能符合性验证方法通过确定了飞行航迹以及各分段的特征速度，为水上飞机的设计满足安全标准提供了依据。

Description

一种水上飞机起飞性能验证方法

技术领域

本发明属于飞机设计领域，适用于水面飞机、水陆两栖飞机及水面高速运动体的气水动力设计，涉及一种水上飞机起飞性能验证方法。

背景技术

水面飞机及水陆两栖飞机在水面起飞的过程与在地面跑道上起飞过程具有完全不同的特点，飞机在水面起飞时受到静浮力、水动力和气动力的共同作用，并且这三个作用力随着飞行速度变化会发生巨大的变化。由于水陆两栖飞机的自身特点所致，飞机在水面滑行姿态过大或者过小都会发生危险的纵摇运动，即水面飞机在水面起飞过程存在一个稳定滑行范围，飞机在水面加速起飞时只有在此范围内，才能保证飞机能够安全离水起飞。同时，飞机在水面起飞时容易受到波浪和风的影响，尤其在比较恶劣的水面环境起飞更容易发生纵摇，为减小飞机在水面颠簸，要求飞机在保证安全的前提下尽可能以最小的速度，快速离水。

在操纵上，水陆两栖飞机从水面和地面起飞过程的最大不同之处在于，飞机从地面起飞时有起落架支撑，在到达抬前轮速度之前，飞行员可通过操纵舵面控制飞机不会抬头起飞，达到抬前轮速度后，飞行员拉杆起飞。而当飞机从水面起飞时，由于飞机所受到的作用力不断变化，使飞机在水面滑行姿态先增大后减小，出现明显的纵倾峰。在纵倾峰之前，飞行员应当拉杆以促使飞机尽快达到纵倾峰值，当飞机达到纵倾峰后，飞行员应适当顶杆使飞机尽快低头，当飞机开始低头时，飞机的姿态会随着速度增大不断减小，此时飞行员应注意飞机的运动状态。根据实际情况，通过操纵升降舵控制飞机的姿态，确保飞机在稳定范围内滑行，当飞机加速至气动力完全支撑飞机的重量时，飞机自然脱离水面。飞机离水之前，在确保安全的前提下，飞行员可以适当的带杆来帮助飞机离水起飞。此外，由于飞机离水速度一般较离地速度小，为了确保飞机在到达10.7米(35英尺)高度之前速度达到V2，飞机在水面离水以后，需要一段时间加速后才能够拉杆爬升。

因此，试航法规CCAR-25-R4中对陆基飞机起飞速度要求的条款不完全适用于水上飞机在水面起飞，需增加对水面飞机或水陆两栖飞机在水面起飞速度的相关要求。

发明内容

本发明的目的是：提供一种水上飞机起飞性能验证方法，确保水上飞机或水陆两栖飞机的研发和运行安全。

本发明的技术方案是：一种水上飞机起飞性能验证方法，水上飞机从静止状态下，加速达到离水速度V_GW时，拉杆抬头，保持水上飞机姿态稳定范围内，达到腾空速度V_LOFW时，飞机完全离水但贴近水面飞行，速度达到V_EFW时关键发动需停车，然后加速到决断速度V_1W，并继续加速到抬头速度V_RW时，拉杆抬头，飞机爬升至安全高度，此时飞行速度不小于安全速度V₂，然后必须以尽可能接近但不小于V₂的速度继续爬升至120米时，进行平飞加速，加速到有利爬升速度并收起襟翼，继续爬升至绿点高度450m，此为水面起飞飞行航迹。

所述离水速度V_GW不小于飞机失速速度。

所述腾空速度V_LOFW不得超过飞机在水面能够安全可控的最大速度V_MAXW。

腾空速度V_LOFW前，水上飞机姿态稳定范围在3°～10°。

飞机离水贴水飞行时，飞机底部与水面之间的距离在0.5～5m。

飞机单发停车时，离水速度V_RW的定常爬升梯度不得小于0.5％；安全速度V₂的定常爬升梯度不得小于3％。

安全高度为10.7米。

飞行航迹空中部分的斜率必须为正，从飞机高于起飞表面120米的一点开始，沿起飞航迹每一点的可用爬升梯度不得小于1.7％；飞机起飞高度低于120米，除螺旋桨自动顺桨外，不得改变飞机的形态，而且驾驶员不得采取动作改变功率或推力；飞行航迹必须基于无水面效应的飞机性能。

所述离水速度V_GW在150～200KM/H。

所述腾空速度V_LOFW在165～220KM/H。

本发明的技术效果是：本发明水上飞机起飞性能符合性验证方法通过飞行试飞，对起飞阶段的飞行速度进行限定，控制各特征速度和飞行航迹，以保证水上飞机起飞时具有足够的安全性，同时也为水上飞机的设计安全标准提供了依据。

附图说明

图1是本发明水上飞机起飞性能符合性验证方法的飞行航迹示意图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细说明。

本发明水上飞机起飞性能验证方法，进行分段试验飞行时，水上飞机从静止状态，加速达到离水速度V_GW时，拉杆抬头，保持水上飞机姿态稳定范围内，达到腾空速度V_LOFW，飞机完全离水但贴近水面飞行，速度达到V_EFW时关键发动停车，然后加速到决断速度V_1W，并继续加速到抬头速度V_RW，拉杆抬头，飞机爬升至安全高度，此时飞行速度不小于安全速度V₂，然后继续爬升。通过本发明验证方法，可以有效保障水上飞机的起飞安全，并为飞机设计提供依据。

其中，本发明水上飞机起飞性能验证方法中各阶段划分以及各特征速度的确定不是毫无依据或人为主观选定的，而必须严格依据飞机实际飞行状况，通过飞行试验和气动要求，结合航空飞行安全标准要求来确定，因此要求：

1)分段必须明确定义，而且必须在形态、功率(推力)以及速度方面有清晰可辨的变化；

2)飞机的重量、形态、功率(推力)在每一分段内必须保持不变，而且必须相应于该分段内主要的最临界的状态；

3)飞行航迹必须基于无地面效应的飞机性能；

4)起飞航迹数据必须用若干次连续的演示起飞(直到飞机脱离地面效应而且其速度达到稳定的一点)来校核，以确保分段综合航迹相对于连续航迹是保守的。当飞机达到等于其翼展的高度时，即认为脱离地面效应。

5)水面起飞航迹空中部分的斜率在每一点上都必须是正的，以保证起飞各阶段高度在不断上升。

某实施例中，所验证的对象为50吨起飞重量的水上两栖飞机，具体实施时，请参阅图1，本发明水上飞机起飞速度的确定方法以分段形式给出了水面起飞飞行航迹，其具体过程如下：

步骤1：确定水上飞机起飞速度阈值

根据飞机气动力、水动力和发动机计算出失速速度V_S、飞机在水面能够安全可控的最大速度V_MAXW、水面最小操纵速度V_MCW、空中最小操纵速度V_MCA和飞机在水面起飞时可以安全中止起飞的最大速度V_1WMAX，这些速度在飞机设计完成后均定型确定，并可通过飞行试验单独确定，以满足飞行安全标准。本实施例中，失速速度V_S为140km/h，最大速度V_MAXW为180km/h，水面最小操纵速度V_MCW为190km/h，空中最小操纵速度V_MCA为160km/h，安全中止起飞的最大速度V_1WMAX为220km/h。

步骤2：建立离水速度V_GW

通过飞行试验，本实施例中确定离水速度V_GW160km/h，上述离水速度的大小不是主观确定，而是根据水上飞机飞行气动状况，以及飞机自身气动特性，结合飞行试验，研究确定的，需要满足特定技术要求，即离水速度V_GW下限满足：

V_GW不得小于临界发动机失效的失速速度V_S140km/h，以避免离水后飞机立即进入失速，影响飞行安全；

离水速度V_GW上限要求不大于腾空速度V_LOFW，以避免腾空速度过大，降低飞行操纵性能和稳定性；

步骤3：确立腾空速度V_LOFW

继续加速到飞机腾空速度V_LOFW165km/h，并要求从V_GW开始离水得到的飞机实际腾空速度V_LOFW不得超过V_MAXW，以保障飞行安全，其中，V_MAXW是飞机在水面能够安全可控的最大速度。飞机完全离水但贴近水面飞行，距水面高度为1.5至5米，继续加速达到V_EFW时进行关键发动停车(单发停车，剩余发动机继续工作)。

V_EFW是假定在水面起飞时临界发动机失效时的校正空速，V_EFW必须由申请人选定，但不得小于按水面操纵特性确定的V_MCW190km/h；

步骤4：确定决断速度V_1W

加速到决断速度V_1W195km/h，其中决断速度V_1W必须根据V_EFW制定，需要满足特定的飞行要求，并通过气动模拟或飞行试验确定，具体如下：

a)V_1W是预先确定的水面起飞决断速度，以校正空速表示，需满足：

ⅰ)V_1W不得小于V_EFW加上在下述时间间隔内临界发动机不工作该飞机的速度增量，此时间间隔指从临界发动机失效瞬间至驾驶员意识到该发动机失效并做出反应的瞬间，后一瞬间以驾驶员在水面加速—停止试验中采取的收油门减速措施为准；

ⅱ)V_1W不得超过V_1WMAX，其中，V_1WMAX是飞机在水面起飞时可以安全中止起飞的最大速度；

以验证，起飞阶段出现飞机故障时，飞机是否满足起飞条件，供飞行员进行起飞决断。

步骤5：飞机抬头爬升

飞机决定继续起飞后，加速到抬头速度V_RW197km/h时，拉杆抬头，V_RW是在飞机离水后的抬头速度，以校准空速表示，该抬头速度根据水上飞机飞行气动情况决定，需要满足以下技术要求，以保证飞行安全：

a)V_RW不得小于下列任一速度：

1)V_1W；

2)V_LOFW；

3)1.05V_MCA；

4)1.03V_SR；

5)使飞机在高于起飞表面10.7米(35英尺)以前速度能达到V₂的某一速度。

b)对于任何一组给定的条件(重量、重心、构型、温度和湿度)，必须确定的同一个V_RW值来表明符合单发停车和全发工作两种起飞状态规定。

在下列条件下V_RW的定常爬升梯度不得小于0.5％；

c)临界发动机停车，而其余发动机处于按水面起飞航迹规定的在速度为V_RW时的可用功率(推力)状态；

b)重量等于按水面起飞航迹规定的速度为V_RW时的重量。

步骤6：加速爬升到安全高度

飞机爬升至安全高度10.7米，此时飞行速度不小于安全速度V₂205km/h，在速度V₂的定常爬升梯度不得小于3％：

步骤7：继续爬升到平飞高度

以尽可能接近但不小于V₂的速度继续爬升至120米时，然后进行平飞加速，此时，可以通过操作襟翼，对飞机外形进行调整，以继续加速爬升；

步骤8：继续爬升到绿点高度

平飞加速到有利爬升速度，操作拉杆抬头继续爬升至绿点高度450m，结束水面起飞飞行航迹。

另外，在整个起飞过程中，要求水面起飞航迹从静止点起延伸至下列两点中较高者：飞机起飞过程中高于起飞表面450米(1,500英尺)，或完成从起飞到航路形态的转变并达到V_FTO的一点。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，对本发明进行详细描述，未详尽部分均为常规技术。但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种水上飞机起飞性能验证方法，其特征在于，水上飞机从静止状态下，加速达到离水速度V_GW时，拉杆抬头，保持水上飞机姿态稳定范围内，达到腾空速度V_LOFW时，飞机完全离水但贴近水面飞行，速度达到V_EFW时进行关键发动机停车，然后加速到决断速度V_1W，并继续加速到抬头速度V_RW时，拉杆抬头，飞机爬升至安全高度，此时飞行速度不小于安全速度V₂，然后继续爬升。

2.根据权利要求1所述的水上飞机起飞性能验证方法，其特征在于，所述离水速度V_GW不小于飞机失速速度。

3.根据权利要求1所述的水上飞机起飞性能验证方法，其特征在于，所述腾空速度V_LOFW不得超过飞机在水面能够稳定可控的最大速度V_MAXW。

4.根据权利要求1所述的水上飞机起飞性能验证方法，其特征在于，腾空速度V_LOFW前，水上飞机姿态稳定范围在3°～10°。

5.根据权利要求1所述的水上飞机起飞性能验证方法，其特征在于，飞机离水贴水飞行时，飞机底部与水面之间的距离在0.5～5m。

6.根据权利要求1所述的水上飞机起飞性能验证方法，其特征在于，飞机单发停车时，离水速度V_RW的定常爬升梯度不得小于0.5％；安全速度V₂的定常爬升梯度不得小于3％。

7.根据权利要求1所述的水上飞机起飞性能验证方法，其特征在于，安全高度为10.7米，此时飞行速度不小于安全速度V₂，然后必须以尽可能接近但不小于V₂的速度继续爬升至120米时，进行平飞加速，加速到有利爬升速度并收起襟翼，继续爬升至绿点高度450m。

8.根据权利要求1所述的水上飞机起飞性能验证方法，其特征在于，所述离水速度V_GW在150～200KM/H。

9.根据权利要求1所述的水上飞机起飞性能验证方法，其特征在于，所述腾空速度V_LOFW在165～220KM/H。