CN117332512A - 一种飞机等校正空速爬升性能及加速因子的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种飞机等校正空速爬升性能及加速因子的处理方法，属于飞机飞行动力学技术领域，所述加速因子的处理方法包括：根据加速因子的定义式，在加速度为定值的基础上，加速因子为以爬升速度V和速度势为变量的函数；在忽略压缩性修正的情况下得到速度势；将速度势带入加速因子的定义式中得到加速因子转换式：根据加速因子转换式，构建加速因子以高度和爬升速度的平方的函数式；对不同高度、爬升速度条件下端函数式进行拟合得到加速因子处理函数。本申请提供的方法仅需爬升速度和高度即可求出加速因子，进而得到爬升率和爬升梯度，在保证计算结果准确度的前提下，可以大规模简化爬升性能的计算流程及时间。

Description

一种飞机等校正空速爬升性能及加速因子的处理方法
技术领域
本申请属于飞机飞行力学技术领域，特别涉及一种飞机等校正空速爬升性能及加速因子的处理方法。
背景技术
在飞机方案论证与设计阶段需要计算与评估其爬升性能，用来迭代和优化方案。飞机爬升性能计算结果提供不同条件下的爬升结果，包括不同重量、爬升速度、高度及温度下的爬升率及爬升梯度。
根据飞机的受力分析，在等速爬升的情况下，飞机爬升率与爬升梯度的计算方法分别如下：
（1）
（2）
其中，Vy为爬升率，CG为爬升梯度，F N 为推力，D为阻力，W为重力，V为爬升速度（真空速）。
等校正空速爬升是指飞机在爬升过程中保持校正空速不变，是一种适用于民用飞机与军用飞机的爬升方式。在等校正空速爬升过程中，飞机的爬升速度随高度发生变化，爬升率与爬升梯度的计算方法分别如下：
（3）
（4）
其中，g为重力加速度，表示飞行速度随飞行高度的变化率，称为加速因子。
在高度h<11000m的条件下，飞机做等校正空速爬升时的加速因子的计算公式可以写成：
（5）
其中，M为马赫数，R为气体常数，δ为相对压强，k为绝热指数，λ1=-0.0065K/m。标准大气条件下，加速因子可以简化为：
（6）
其中：（7）
马赫数函数 （8）
在爬升过程中采取一定的校正空速或马赫数进行爬升。在对流层内，由于大气温度随高度而变化，飞机的真空速将随高度的变化而变化，因此加速因子也将随高度的增加而发生变化。常规的加速因子的计算方法较为复杂，虽然计算结果准确，但计算模型复杂、工作耗时长，不利于设计阶段的快速评估。
因此，在完成飞机爬升性能计算的过程中，需要一种快速高效地完成加速因子的处理方法，以便能够快速准确的进行飞机等效正空速爬升性能的计算。
发明内容
本申请的目的是提供了一种飞机等校正空速爬升性能及加速因子的处理方法，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。
第一方面，本申请的技术方案是：一种飞机等校正空速爬升加速因子的处理方法，所述方法包括：
根据加速因子的定义式，在加速度g为定值的基础上，加速因子为以爬升速 度V和速度势为变量的函数，式中h为高度；
在忽略压缩性修正的情况下，速度势为：，式中ρ为空气密度；
将速度势带入加速因子的定义式中得到加速因子转换式： ；
根据加速因子转换式，构建加速因子以高度h和爬升速度的平方V 2 的函数式
；
对不同高度、爬升速度条件下端函数式进行拟合得到加速因子处理函数。
进一步的，速度势中近似为线性关系，因此构建加速因子以高度h和爬升速度 的平方V 2 的函数式。
进一步的，所述加速因子处理函数为：
。
第二方面，本申请提供的技术方案是：一种飞机等校正空速爬升性能的处理方法，所述方法包括：
根据飞机爬升校正空速得到当前高度、温度下的飞机爬升速度；
根据如上任一所述的加速因子处理函数，求出当前高度、爬升速度下的加速因子；
根据爬升率和爬升梯度的计算公式及加速因子，求出当前高度、爬升速度下的爬升率和爬升梯度。
进一步的，所述爬升率的计算公式为：；
式中，Vy为爬升率，F N 为推力，D为阻力，W为重力，V为爬升速度，g为重力加速度， 表示飞行速度随飞行高度的变化率，称为加速因子。
进一步的，所述爬升梯度的计算公式为：；
式中，CG为爬升梯度，F N 为推力，D为阻力，W为重力，V为爬升速度，g为重力加速度，表示飞行速度随飞行高度的变化率，称为加速因子。
本申请提供的飞机等效正空速爬升性能及加速因子的处理方法在飞机进行等校正空速爬升时，通过爬升速度和高度就可计算出飞机不同条件下（构型、重量、速度、温度、高度等）爬升的加速因子，进而可以准确的获取飞机的爬升率和爬升梯度，判断飞机的各项爬升性能的好坏，在保证计算结果准确度的前提下，可以大规模简化计算流程及时间，提高设计人员的工作效率，尤其在飞机方案设计阶段需要快速评估时，有利于方案的快速迭代与优化。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请的飞机等效真空速爬升加速因子的处理方法示意图。
图2为本申请示例性的飞机不同高度下的加速因子随真空速的变化曲线。
图3为本申请示例性的不能加速下的加速因子随高度的变化曲线。
图4为本申请的飞机等效校正空速爬升性能处理方法示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
为了解决现有技术中对加速因子的处理过程繁琐、计算模型复杂、计算效率低等问题，本申请提出供一种飞机等校正空速爬升加速因子的处理方法，实现等校正空速爬升加速因子的快速、准确计算。该方法将飞机爬升时的加速因子简化为爬升速度与高度的函数，通过对加速因子的简化，快速求解飞机做等校正空速爬升时的爬升率和爬升梯度，在对飞机不同条件下的爬升性能计算时，可以在保证数据准确度的前提下，获得大规模的简化，提高设计人员的工作效率，尤其在飞机方案设计阶段，进行快速评估，有利于方案的快速迭代与优化。
首先，本申请提供了一种飞机等校正空速爬升加速因子的处理方法，该方法包括如下过程：
步骤S101：分解加速因子，根据加速因子的定义公式可知，加速度g为定值， 加速因子可以写成以爬升速度V和速度势为变量的函数形式。
步骤S102：在忽略压缩性修正的情况下，速度势为：；（9）
由于近似为线性关系，因此整个加速因子的结果主要由爬升速度V决定。另外压 缩性、密度变化规律与高度h相关，因此本申请中选择爬升速度V和高度h作为独立的自变量。
步骤S103：将式9代入加速因子的定义公式，加速因子可转化为：
；（10）
步骤S104：由于近似为线性关系式，因此加速因子是高度h与爬升速度平方的 关系式，据此得到初步的加速因子函数式：；（11）
步骤S105：对于不同高度、爬升速度条件（如图2和图3所示）下的加速因子计算结果，以高度h和真空速的平方V 2为自变量进行拟合。考虑到爬升速度的压缩性修正和大气密度的细微变化差异，对自变量进行微调，并且逐步调整拟合参数，产生工程拟合公式。最后获得加速因子的处理函数如下：
；（12）
对于上述的加速因子处理函数，经过计算分析，温度偏差对加速因子的影响在1%以内，为简化公式，本申请中忽略了温度对加速因子的影响。通过大量的实践，本申请的计算结果与精确值的差异在1%以内。
在此基础上，本申请还提供了一种飞机等效校正空速爬升性能处理方法，如图4所示，该方法包括如下步骤：
步骤S201、首先根据飞机爬升校正空速，得到当前高度、温度下飞机的爬升速度V；
步骤S202、根据加速因子的处理函数，求出当前高度、速度下的加速因子
；
步骤S203、根据爬升率和爬升梯度的计算公式，求出当前高度、速度下的爬升率和爬升梯度：
；
；
式中，Vy为爬升率，CG为爬升梯度，F N 为推力，D为阻力，W为重力，V为爬升速度（真 空速），g为重力加速度，表示飞行速度随飞行高度的变化率，称为加速因子。
如表1所示为本申请一实施例中给出的传统方法的加速因子理论计算结果和本申请的方法加速因子计算结果对比情况，从表中可以看出，从高度0m～10000m、速度30m/s～180m/s，基于两种方法计算的加速因子而得到的爬升率/爬升梯度的偏差量最大不超过0.5%，完全满足飞机爬升性能的计算精度要求。
表1 传统加速因子计算结果和本方法计算结果差异对比
本申请提供的飞机等效正空速爬升性能及加速因子的处理方法在飞机进行等校正空速爬升时，通过爬升速度和高度就可计算出飞机不同条件下（构型、重量、速度、温度、高度等）爬升的加速因子，进而可以准确的获取飞机的爬升率和爬升梯度，判断飞机的各项爬升性能的好坏，在保证计算结果准确度的前提下，可以大规模简化计算流程及时间，提高设计人员的工作效率，尤其在飞机方案设计阶段需要快速评估时，有利于方案的快速迭代与优化。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种飞机等校正空速爬升加速因子的处理方法，其特征在于，所述方法包括：
根据加速因子的定义式，在加速度g为定值的基础上，加速因子为以爬升速度V和 速度势为变量的函数，式中h为高度；
在忽略压缩性修正的情况下，速度势为：，式中ρ为空气密度；
将速度势带入加速因子的定义式中得到加速因子转换式：；
根据加速因子转换式，构建加速因子以高度h和爬升速度的平方V 2 的函数式
；
对不同高度、爬升速度条件下端函数式进行拟合得到加速因子处理函数。
2.如权利要求1所述的飞机等校正空速爬升加速因子的处理方法，其特征在于，速度势 中近似为线性关系，因此构建加速因子以高度h和爬升速度的平方V 2 的函数式。
3.如权利要求1所述的飞机等校正空速爬升加速因子的处理方法，其特征在于，所述加 速因子处理函数为：。
4.一种飞机等校正空速爬升性能的处理方法，其特征在于，所述方法包括：
根据飞机爬升校正空速得到当前高度、温度下的飞机爬升速度；
根据如权利要求1至3中任一所述的加速因子处理函数，求出当前高度、爬升速度下的加速因子；
根据爬升率和爬升梯度的计算公式及加速因子，求出当前高度、爬升速度下的爬升率和爬升梯度。
5.如权利要求4所述的飞机等校正空速爬升性能的处理方法，其特征在于，所述爬升率 的计算公式为：；
式中，Vy为爬升率，F N 为推力，D为阻力，W为重力，V为爬升速度，g为重力加速度，表示飞行速度随飞行高度的变化率，称为加速因子。
6.如权利要求4所述的飞机等校正空速爬升性能的处理方法，其特征在于，所述爬升梯 度的计算公式为：；
式中，CG为爬升梯度，F N 为推力，D为阻力，W为重力，V为爬升速度，g为重力加速度， 表示飞行速度随飞行高度的变化率，称为加速因子。
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