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2. 速度的優化
2.1. 所有發動機都工作時的巡航速度
2.1.1. 最大航程馬赫數 (MMR)
圖 F1 解釋了在給定重量和恒定高度上,燃油里程與馬赫數的函數關系。
結果,對于給定的重量,有一個最大燃油里程值,對應的馬赫數被稱為最大巡航
馬赫數 (MMR)。
圖 F1: 最大巡航馬赫數
o
T 0
SR =
a M
SFC mg
T
發動機
空氣動力
重量
L
D
Mach
SR (NM/ton)
給定高度
重量
MMR
最大航程
SRmax
掌握飛機的性能 巡航
129
最大航程馬赫數的好處在于給定距離的油耗是最少的。它還對應在給定油量下飛機能
夠飛行的最大距離。
在巡航期間,由于燃油的燃燒,飛機的重量減小。同時,燃油里程增加,但MMR
減小(圖 F2)。因此必須調整馬赫數以對應在恒定高度的整個飛行中的重量變化。
圖 F2: 最大航程馬赫數與重量
• 氣壓高度的影響
圖 F3: 最大航程馬赫數與氣壓高度
最大航程馬赫數的變化情況總結如下:
給定
高度
耗油
給定
高度
氣壓高度
增加
巡航 掌握飛機的性能
130
MR
MR
PA M
M
= ⇒
= ⇒
重量恒定
PA 恒定重量
2.1.2. 遠程巡航馬赫數 (MLRC)
MMR 的另一個方案是僅稍稍增加油耗就增加巡航速度。比較典型的是遠程巡航馬
赫數(MLRC)可以提供這種可能性。
在遠程巡航馬赫數,燃油里程對應的是99% 的最大燃油里程 (圖 F4).從經濟的角
度上講,由于曲線平直,最大燃油里程1%的損失被巡航速度的增加大大地補償了。
圖 F4: 遠程巡航馬赫數的 定義
與最大航程馬赫數相關,當重量降低時,遠程巡航馬赫數也減小。見圖 F5。
MLRC
MLRC > MMR
SR 遠程 = 0.99 x SR 最大航程
給定
高度
重量
掌握飛機的性能 巡航
131
圖 F5: 遠程巡航馬赫數與重量
PA LRC
LRC
= ⇒
= ⇒
重量恒定
PA 恒定重量
2.1.3. 經濟巡航馬赫數 (M 經濟)
遠程巡航馬赫數被認為是最少燃油的區域.若我們考慮直接運營成本,則可以引入
經濟馬赫數 (M 經濟)。
如 §1.1 所述,DOC 由固定的與飛行時間相關的和與油耗相關的成本組成。結
果,對于給定的航程, DOC 可以表達如下:
DOC C C F C T C F T = + .Δ + .Δ
即:
CC = 固定成本
CF = 燃油單位成本
ΔF = 航程油
CT = 與飛行時間相關的飛行小時成本
ΔT = 航程時間
由于DOC 是按每海里計算的,可以依據馬赫數繪出與燃油相關的成本、與飛行時
間相關的成本和直接運營成本的圖表 (圖 F6)。
MLRC
給定
高度
耗
油
巡航 掌握飛機的性能
132
成本
燃油成本
時間成本
固定成本
圖 F6: 馬赫數和成本
最小燃油成本對應的是最大航程馬赫數。最小直接運營成本對應的是一個特定的
馬赫數,被稱為經濟馬赫數(M 經濟)。
經濟
經濟
重量恒定
恒定重量
PA M
M
= ⇒
PA = ⇒
M 經濟 值取決于時間和燃油成本之比。這個比率被稱為成本指數(CI),通常用
kg/min 或100lb/h 表示:
F
T
C
= C
l
(CI) =
燃油成本
時間成本
成本指數
當CT 固定且CF 增加時,減小油耗就變得有意思了。因此,當CI 減小時,經濟
馬赫數減小。
CI ⇒ M 經濟
CI ⇒ M 經濟
CI 的極限值:
• CI = 0:飛行時間成本為0(固定工資),所以M 經濟 = MMR (最下面的邊界).
• CI = CImax:飛行時間成本高,燃油成本低,所以,M 經濟 = 最大速度,以便以
最短的飛行時間完成航程。最大速度通常為(MMO - 0.02) 或 (VMO - 10kt)。
例如,成本指數 30 kg/min 表示每分鐘的飛行時間等于30 公斤燃油的成本。這
不表示燃油流量為30 kg/min。
MLRC
掌握飛機的性能 巡航
133
2.1.4. 恒定馬赫數
飛機常常以恒定的馬赫數運行。
圖 F7: 恒定馬赫數
盡管如此,隨著飛機重量減小,選擇馬赫數與MMR 間的差距變大.結果,油耗增
加,超過最佳值。
3. 高度的優化
3.1. 最佳巡航高度
3.1.1. 在馬赫數恒定的情況下
在檢查保持恒定馬赫數時SR 隨高度的變化時,我們可以明顯地看到,對于每個
重量,都有一個SR 最大的高度。這個高度被稱為“最佳高度”(見圖 F8)。
給給定定馬馬赫赫數數
最佳高度
耗油
圖 F8: 馬赫數恒定時最佳高度的確定
PA
恒定的馬赫數
給定高度
耗
油
巡航 掌握飛機的性能
134
當飛機在最佳高度飛行時,對應所選馬赫數,它是以最佳升阻比運行的(見圖
F9)。
最大L/D
減小
圖 F9: 高速極坐標曲線
當飛機以高速飛行時,極坐標曲線取決于指示的馬赫數,并隨馬赫數的增加而減
小。因此,對于每個馬赫數,都有一個不同的 (CL/CD)max 值,它隨馬赫數的增加而減
小。
當飛機以給定馬赫數在最佳高度巡航時,CL 是固定的并對應所選馬赫數的
(CL/CD)max 。結果,可變元素是重量和最佳高度的外界靜壓 (Ps) .最佳高度巡航的公式
為:
常數
重量=
s P
圖 F10 中所給出的最佳高度曲線是直接從圖 F8 推導出的。
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掌握飛機性能-空客(29)