發信人: cobrachen (mustang) 看板: Aero 日期: Tue Oct 20 22:29:58 1998 標題: 轉貼 : 飛機運動性能雜談 發信人: dasha@Palmarama (大俠), 信區: Military 標 題: 關於飛機運動性評估的雜談 發信站: 台大計中椰林風情站 (Mon Dec 23 09:48:19 1996) 轉信站: Palmarama (local) 這篇post答應LVT兄要打也快要滿週年了吧？想想這時才打也有點不好 意思,不過俗事纏身......本文只是以一種隨便的形式談談如何以有限的資 料去粗略估計一架飛機的運動性能,不會太精確,請大家指教. 首先,由能量運動性的觀點來看吧！這是現在最常用以比較飛機運動性 的理論.理論基礎很簡單,就是飛機無論做任何運動,都必須要消耗掉能量; 動作越激烈則消耗的能量越多.因此,如果一架飛機在某種高度速度狀態之 下的可用能量(一般稱為剩餘能量)比另一架飛機多的話,它就可以比另一架 飛機做更激烈的動作,也就是說它的纏鬥性能會比較佔優勢(至於另一些由 氣動力設計造成的能量轉換效率上的差別,後面再說).而一架飛機在飛行時 所受的力,大致就是以下四種:1.推力.2.升力.3.重力.4.阻力.在這裡面,供 應能量最重要的就是推力(不過升力可以把推力所作的功轉為位能),而減低 能量的最大變數就是阻力(重力是不太會變化的,而且做評估時都是假定好 在一個固定重量比率狀態下才能比較,這時根本沒有重力變化的問題),因此 在算剩餘能量時,主要就是看推力及阻力的關係.但是在台灣,非專業人士要 拿到這些數據,實在是有些困難,那有沒有甚麼代替性的數值可用呢？有一 個可以勉強代替的,就是“加速性“.飛機的加速就是在推力及升力克服了 重力及阻力之後以剩下的能量所作的行為,因此加速性就是在1G之下飛機的 剩餘能量的一個指標.加速時間越短者,剩餘能量越大.而另外還有一個更容 易取得的數據也可供作參考,就是“爬升率“.由於不同飛機的水平加速性 常常是在不同的高度速度下公佈,不容易做公平比較,只有爬升率幾乎都是 公佈海平面爬升率,因此可以是一個相當公平的比較標準.以上這兩個數值 是評估推力+重力+阻力的綜合效應的參考數據.不過這只是在1G下的狀況. 因此實在是不太好用,只是易取得且反應廣泛因素而已...... 要提到比較廣泛運用的推力供應的話,推力重量比是個不錯的參考值, 也是目前常用的一個參考數值.不過這個數值就需要用估算的了,因為每架 飛機的製造商公佈戰鬥重量時用的狀態並不相同,有時會有很大的差別,比 如F-16就是:F-16A的11ton空戰重量大致是在燃油全滿之下,而F-16C的10.6 ton空戰重量卻是在燃油半滿之下,這樣當然推重比會不同了.因此要做推力 重量比的估測,就要先找出飛機的大概空重,以及內載燃油重量,然後才能比 較.至於比較時要用何種基準來比,我個人看過兩種估計法:一種是拿飛機空 重直接加上燃油總重,假設纏鬥時的外載武器重量等於耗掉的燃油重量.這種 估計法很方便,缺點是很多飛機這樣一估計之下推重比會變得很低,尤其是 重型戰機,因為他們的載油量通常很多.另一種方式是拿60%燃油重量,加上 短程飛彈2~4枚的重量,及機砲彈加人員重量(假設500kg吧?!),這可以是估計 攔截任務時的一個好方法,缺點是不太易算,且條件也僅限於在攔截作戰半徑 邊緣行動的狀態.還有,進氣道的設計要列入加權考量中,像F-14的進氣道可 以讓F-14在1Mach時推力增加30%,MiG-29的話更高達40%(不過這和引擎設計 也有關,且有些問題),這點會對推力影響頗大,尤其高速或低空.Mirage2000 的M-53雖說推力比F-16的F100或F110低了起碼1ton,但是在0.85Mach以上時, 卻可藉著進氣道的衝壓推力及引擎設計上注重高速性能的效益而使得剩餘能 量相等,不過F-16的進氣道設計好像蠻爛的...... 講完了剩餘能量後,講到飛機運動時的能量轉換效率.飛機的運動有三個 向度:1.俯仰.2.滾轉.3.偏航.俯仰通常最複雜,討論及使用也最多.在能量轉 換方面,升力就變得重要了,因為提供飛機轉向動作的向心力的,就是升力(向 量噴嘴先不考慮).因此若能提供飛機的升力越大,則飛機本身就能做出越激 烈高G的動作.但是要計算升力並不容易,首先翼剖面就不易得知,但是由於任 務形態類似的飛機,常常會採用類似的翼剖面,因此這點(在無可奈何之下)可 以忽視不計,而同科技層次的飛機所會用的升力提升裝置如翼前緣延伸或前 翼的效率大致也不會差太多(雖說如此,F-16的LEX只能提升升力30%,MiG-29 則是40%,EF2000及F/A-18達到50%,F-15近氣道上緣頂多10%,還是會差很多), 為了做定量性的比較,我們採用“翼負荷“作為持續升力供應率的指標,可以 說合適.如果不知道主翼的翼面積的話,那就要找“翼展“,然後用三角函數 來算出翼面積了.另外,瞬時迴旋率則是用展荷比來估計.作為定量化估計,這 些是可行的方法.除此之外,還有一些比較非定量的方式,比方說比較的兩個 機種若主翼後掠角差距太大,像F/A-18與Mirage2000的話,那最好加上主翼後 掠角的cos值來加以修正(升力係數和主翼後掠角的cos值大致成正比).而一 些關於LEX或Canard的使用也要加入判斷,不過不要太過去影響有數學值的部 份的判斷結果.要注意的是,有尾翼及無尾翼機,後者由於俯仰配平通常是由 主翼來負責(瑞典的飛機例外),因此升力衍生阻力會比較大,這點也會影響到 它的運動性,尤其是迴旋率,Mirage2000就是有名的例子. 再來講到滾轉及偏航,滾轉控制就比較找不出容易看到的參數,只能憑這 架飛機的重心分配及翼展等因素來評估.像F-14或MiG-29,Su-27這種雙引擎 離得很開的飛機,滾轉上會比不上F-15,F/A-18這種雙引擎靠得近的飛機,更 不能和F-16,Mirage2000這些單引擎機比.另外翼面積小的飛機或展弦比小的 飛機在滾轉上也有利點,作戰重量比較重的飛機更不用講,因為轉動慣量太大 ,滾轉起來比較不利.偏航的話目前是只有JAS-39,F-2A(FSX)及一些用上向量 噴嘴的飛機有這方面的飛行控制機能,其他的都只是注重穩定而已,不多提了. 最後提一些雜的.水平尾翼的大小對於飛機的控制權能影響不小,如Su-27 ,F-14及F/A-18的高攻角性能優良,主要在於他們的水平尾翼面積很大或是升 力係數很大,因此可以有效的提供飛機優良的俯仰方向瞬間改變能力,不過水 平尾翼太大的話會產生過多不必要的阻力.而前翼雖說是流行的翼形,但是前 翼的配平能力卻因氣動力矩通常比較小的關係,配平權能並不好,因此美國人 不太愛用,法國的Rafale從錄影帶上來看,前翼也是隨氣流而自由浮動,只有 在機鼻上仰時會自動下打以免失速. -- 克勞塞維茲:戰爭不過是政策的一種延續手段而已 克里孟梭:戰爭是太嚴重的事,以致無法完全委交於軍人 孫子:兵者,國之大事,死生之地,存亡之道,不可不察也 約米尼:當流血保衛國家的人的地位尚不如大腹商賈時,這個國家的滅亡就指日可待了 拿破崙:精神之於物質,是三與一之比 版權所有 拷貝必究 140.113.30.91 DOS/V版新任版主 大 俠 -- [Origin: ◎椰林風情◎] [From: 140.121.175.77 ] [Login: **] [Post: **] 發信人: dasha@Palmarama (大俠), 信區: Military 標 題: Re: 關於飛機運動性評估的雜談 發信站: 台大計中椰林風情站 (Fri Dec 27 08:36:04 1996) 轉信站: Palmarama (local) 好像沒有人在版上回這篇post......是看不懂嗎?現在補充一個東西. 無尾翼的三角翼戰鬥機,通常做俯仰控制時需要靠副翼來代替水平尾 翼的效用,因此在高G迴旋時,一般戰鬥機主翼可以用襟翼來增加升力以增 加飛機的總能量,但是無尾翼機頂多只能用上前緣襟翼而已,後緣必須向上 打而減少升力,減少值會是多少呢?基本上,翼後緣的襟翼最多可以增加總 升力值達50%!因此,我們可以假定無尾翼機在迴旋時提供的最大升力值會 比傳統構型的少了50%,這可以用來定量修正靠翼負荷值及主翼後掠角度的 評估用數值,僅供各位參考. -- 克勞塞維茲:戰爭不過是政策的一種延續手段而已 克里孟梭:戰爭是太嚴重的事,以致無法完全委交於軍人 孫子:兵者,國之大事,死生之地,存亡之道,不可不察也 約米尼:當流血保衛國家的人的地位尚不如大腹商賈時,這個國家的滅亡就指日可待了 拿破崙:精神之於物質,是三與一之比 版權所有 拷貝必究 140.113.30.91 DOS/V版新任版主 大 俠 -- [Origin: ◎椰林風情◎] [From: 140.121.175.102 ] [Login: **] [Post: **] 發信人: DCfour@Palmarama (航四第二高手DC4), 信區: Military 標 題: Re: 關於飛機運動性評估的雜談 發信站: 台大計中椰林風情站 (Sun Dec 29 04:28:35 1996) 轉信站: Palmarama (local) ==> dasha@Palmarama (大俠) 提到: > 說合適.如果不知道主翼的翼面積的話,那就要找“翼展“,然後用三角函數 > 來算出翼面積了.另外,瞬時迴旋率則是用展荷比來估計.作為定量化估計,這 > 些是可行的方法. ^^^^^^ 請問一下甚麼叫作展荷比?以前沒教過。 又瞬時迴轉率該怎麼算?我們在飛具設計課上也只有教持續迴轉率的算法而已, 麻煩指導一下,謝謝。 -- 不要愛我 我會傷了你的心 -- ☆ [Origin: ◎椰林風情◎] [From: ts8.ncku.edu.tw ] [Login: 3] [Post: ] 發信人: dasha@Palmarama (大俠), 信區: Military 標 題: Re: 關於飛機運動性評估的雜談 發信站: 台大計中椰林風情站 (Mon Dec 30 08:36:17 1996) 轉信站: Palmarama (local) ==> DCfour@Palmarama (航四第二高手DC4) 提到: > ==> dasha@Palmarama (大俠) 提到: > > 說合適.如果不知道主翼的翼面積的話,那就要找“翼展“,然後用三角函數 > > 來算出翼面積了.另外,瞬時迴旋率則是用展荷比來估計.作為定量化估計,這 > > 些是可行的方法. ^^^^^^ > 請問一下甚麼叫作展荷比?以前沒教過。 我最早是在尖端科技上看到的,後來在日文雜誌上又看到過, 就是把機身重量/翼展長度. > 又瞬時迴轉率該怎麼算?我們在飛具設計課上也只有教持續迴轉率的算法而已, 這個我也沒記,回家看查不查得到.持續回旋率算法一般是假定在定速 之下用簡單的圓周運動方程式推出來的,但是講到能量操作性時就又有另一 套公式. -- 克勞塞維茲:戰爭不過是政策的一種延續手段而已 克里孟梭:戰爭是太嚴重的事,以致無法完全委交於軍人 孫子:兵者,國之大事,死生之地,存亡之道,不可不察也 約米尼:當流血保衛國家的人的地位尚不如大腹商賈時,這個國家的滅亡就指日可待了 拿破崙:精神之於物質,是三與一之比 版權所有 拷貝必究 140.113.30.91 DOS/V版新任版主 大 俠 -- [Origin: ◎椰林風情◎] [From: 140.121.175.102 ] [Login: **] [Post: **] 發信人: dasha@Palmarama (大俠), 信區: Military 標 題: Re: 關於飛機運動性評估的雜談 發信站: 台大計中椰林風情站 (Tue Dec 31 08:30:34 1996) 轉信站: Palmarama (local) ==> dasha@Palmarama (大俠) 提到: > ==> DCfour@Palmarama (航四第二高手DC4) 提到: > > ==> dasha@Palmarama (大俠) 提到: > > > 說合適.如果不知道主翼的翼面積的話,那就要找“翼展“,然後用三角函數 > > > 來算出翼面積了.另外,瞬時迴旋率則是用展荷比來估計.作為定量化估計,這 > > > 些是可行的方法. ^^^^^^ > > 請問一下甚麼叫作展荷比?以前沒教過。 > 我最早是在尖端科技上看到的,後來在日文雜誌上又看到過, > 就是把機身重量/翼展長度. 抱歉!說錯了!瞬時迴旋性的參考是翼荷比,因為只要看能提供的最大升力 就好了,考慮到升力衍生阻力後出來的才是展荷比. > > 又瞬時迴轉率該怎麼算?我們在飛具設計課上也只有教持續迴轉率的算法而已, > 這個我也沒記,回家看查不查得到.持續回旋率算法一般是假定在定速 > 之下用簡單的圓周運動方程式推出來的,但是講到能量操作性時就又有另一 > 套公式. 回去查過了,瞬時迴旋率沒有一條簡單的公式,因為持續迴旋率可以假定Ps (剩餘能量)=0來算,瞬時迴旋率的話要先找出最多能提供多少Ps才能算,這就必 需要做其他的運算了......如果有了Ps的值的話,那其他的就和持續迴旋率一樣 的算式. -- 克勞塞維茲:戰爭不過是政策的一種延續手段而已 克里孟梭:戰爭是太嚴重的事,以致無法完全委交於軍人 孫子:兵者,國之大事,死生之地,存亡之道,不可不察也 約米尼:當流血保衛國家的人的地位尚不如大腹商賈時,這個國家的滅亡就指日可待了 拿破崙:精神之於物質,是三與一之比 版權所有 拷貝必究 140.113.30.91 DOS/V版新任版主 大 俠 -- [Origin: ◎椰林風情◎] [From: 140.121.175.102 ] [Login: **] [Post: **] 發信人: dasha@Palmarama (大俠), 信區: Military 標 題: Re: 關於飛機運動性評估的雜談 發信站: 台大計中椰林風情站 (Mon Dec 15 08:10:31 1997) 轉信站: Palmarama (local) 重貼一次好了,精華區中找不到這篇文章放哪,順便修改一下當初的 錯誤,增加一點X-36的東西...... ==> dasha@Palmarama (大俠) 提到: > 首先,由能量運動性的觀點來看吧！這是現在最常用以比較飛機運動性 > 的理論.理論基礎很簡單,就是飛機無論做任何運動,都必須要消耗掉能量; > 動作越激烈則消耗的能量越多.因此,如果一架飛機在某種高度速度狀態之 > 下的可用能量(一般稱為剩餘能量)比另一架飛機多的話,它就可以比另一架 > 飛機做更激烈的動作,也就是說它的纏鬥性能會比較佔優勢(至於另一些由 > 氣動力設計造成的能量轉換效率上的差別,後面再說).而一架飛機在飛行時 > 所受的力,大致就是以下四種:1.推力.2.升力.3.重力.4.阻力.在這裡面,供 > 應能量最重要的就是推力(不過升力可以把推力所作的功轉為位能),而減低 > 能量的最大變數就是阻力(重力是不太會變化的,而且做評估時都是假定好 > 在一個固定重量比率狀態下才能比較,這時根本沒有重力變化的問題),因此 > 在算剩餘能量時,主要就是看推力及阻力的關係.但是在台灣,非專業人士要 > 拿到這些數據,實在是有些困難,那有沒有甚麼代替性的數值可用呢？有一 > 個可以勉強代替的,就是“加速性“.飛機的加速就是在推力及升力克服了 > 重力及阻力之後以剩下的能量所作的行為,因此加速性就是在1G之下飛機的 > 剩餘能量的一個指標.加速時間越短者,剩餘能量越大.而另外還有一個更容 > 易取得的數據也可供作參考,就是“爬升率“.由於不同飛機的水平加速性 > 常常是在不同的高度速度下公佈,不容易做公平比較,只有爬升率幾乎都是 > 公佈海平面爬升率,因此可以是一個相當公平的比較標準.以上這兩個數值 > 是評估推力+重力+阻力的綜合效應的參考數據.不過這只是在1G下的狀況. > 因此實在是不太好用,只是易取得且反應廣泛因素而已...... > 要提到比較廣泛運用的推力供應的話,推力重量比是個不錯的參考值, > 也是目前常用的一個參考數值.不過這個數值就需要用估算的了,因為每架 > 飛機的製造商公佈戰鬥重量時用的狀態並不相同,有時會有很大的差別,比 > 如F-16就是:F-16A的11ton空戰重量大致是在燃油全滿之下,而F-16C的10.6 > ton空戰重量卻是在燃油半滿之下,這樣當然推重比會不同了.因此要做推力 > 重量比的估測,就要先找出飛機的大概空重,以及內載燃油重量,然後才能比 > 較.至於比較時要用何種基準來比,我個人看過兩種估計法:一種是拿飛機空 > 重直接加上燃油總重,假設纏鬥時的外載武器重量等於耗掉的燃油重量.這種 > 估計法很方便,缺點是很多飛機這樣一估計之下推重比會變得很低,尤其是 > 重型戰機,因為他們的載油量通常很多.另一種方式是拿60%燃油重量,加上 > 短程飛彈2~4枚的重量,及機砲彈加人員重量(假設500kg吧?!),這可以是估計 > 攔截任務時的一個好方法,缺點是不太易算,且條件也僅限於在攔截作戰半徑 > 邊緣行動的狀態.還有,進氣道的設計要列入加權考量中,像F-14的進氣道可 > 以讓F-14在1Mach時推力增加30%,MiG-29的話更高達40%(不過這和引擎設計 > 也有關,且有些問題),這點會對推力影響頗大,尤其高速或低空.Mirage2000 > 的M-53雖說推力比F-16的F100或F110低了起碼1ton,但是在0.85Mach以上時, > 卻可藉著進氣道的衝壓推力及引擎設計上注重高速性能的效益而使得剩餘能 > 量相等,不過F-16的進氣道設計好像蠻爛的...... > 講完了剩餘能量後,講到飛機運動時的能量轉換效率.飛機的運動有三個 > 向度:1.俯仰.2.滾轉.3.偏航.俯仰通常最複雜,討論及使用也最多.在能量轉 > 換方面,升力就變得重要了,因為提供飛機轉向動作的向心力的,就是升力(向 > 量噴嘴先不考慮).因此若能提供飛機的升力越大,則飛機本身就能做出越激 > 烈高G的動作.但是要計算升力並不容易,首先翼剖面就不易得知,但是由於任 > 務形態類似的飛機,常常會採用類似的翼剖面,因此這點(在無可奈何之下)可 > 以忽視不計,而同科技層次的飛機所會用的升力提升裝置如翼前緣延伸或前 > 翼的效率大致也不會差太多(雖說如此,F-16的LEX只能提升升力30%,MiG-29 > 則是40%,EF2000及F/A-18達到50%,F-15近氣道上緣頂多10%,還是會差很多), > 為了做定量性的比較,我們採用“翼負荷“作為持續升力供應率的指標,可以 > 說合適.如果不知道主翼的翼面積的話,那就要找“翼展“,然後用三角函數 > 來算出翼面積了.除此之外,還有一些比較非定量的方式,比方說比較的兩個 > 機種若主翼後掠角差距太大,像F/A-18與Mirage2000的話,那最好加上主翼後 > 掠角的cos值來加以修正(升力係數和主翼後掠角的cos值大致成正比).而一 > 些關於LEX或Canard的使用也要加入判斷,不過不要太過去影響有數學值的部 > 份的判斷結果.要注意的是,有尾翼及無尾翼機,後者由於俯仰配平通常是由 > 主翼來負責(瑞典的飛機例外),因此升力衍生阻力會比較大,這點也會影響到 > 它的運動性,尤其是迴旋率,Mirage2000就是有名的例子. > 再來講到滾轉及偏航,滾轉控制就比較找不出容易看到的參數,只能憑這 > 架飛機的重心分配及翼展等因素來評估.像F-14或MiG-29,Su-27這種雙引擎 > 離得很開的飛機,滾轉上會比不上F-15,F/A-18這種雙引擎靠得近的飛機,更 > 不能和F-16,Mirage2000這些單引擎機比.另外翼面積小的飛機或展弦比小的 > 飛機在滾轉上也有利點,作戰重量比較重的飛機更不用講,因為轉動慣量太大 > ,滾轉起來比較不利.偏航的話目前是只有JAS-39,F-2A(FSX)及一些用上向量 > 噴嘴的飛機有這方面的飛行控制機能,其他的都只是注重穩定而已,不多提了. 最後提一些雜的.水平尾翼的大小對於飛機的控制權能影響不小,如Su-27 ,F-14及F/A-18的高攻角性能優良,主要在於他們的水平尾翼面積很大或是升 力係數很大,因此可以有效的提供飛機優良的俯仰方向瞬間改變能力,不過水 平尾翼太大的話會產生過多不必要的阻力.而前翼雖說是流行的翼形,但是前 翼的配平能力卻因氣動力矩通常比較小的關係,配平權能並不好,因此美國人 不太愛用,法國的Rafale從錄影帶上來看,前翼也是隨氣流而自由浮動,只有 在機鼻上仰時會自動下打以免失速,這也有可能是因為當初法國並未完成飛 控軟體的寫作之故,因此讓平時會產生正升力的前翼處在浮動狀態下,這樣可 以暫時用Mirage2000的軟體修改來測試氣動力構形用.還有,雖然美國人說前 翼構形對匿蹤不利,但是在X-36這架無尾翼高機動性實驗載具中,為了能在高 攻角下進行偏航方面的控制,還是必須仰賴巨大的前翼形成的渦流來輔助翼 端控制面的作用.而基於增長氣動力臂的考慮,這架靠翼端操縱面來作偏航控 制的飛機,也不方便用尾翼構形. 另外還有一種三翼面機種,如Su-37,不過現在的Su-37可能還沒完成飛控軟 體的寫作,前翼是處在浮動狀態,幾乎不具飛控能力.在前掠翼機上,由於高攻角 下的翼根失速會造成嚴重的上仰問題,因此除了用前翼的渦流減緩翼根的氣流 分離外,還必須在機尾安排尾翼面以便壓低機首.一般的無尾翼機種雖然也會有 類似問題(翼尖失速),但是三角翼內側翼根在翼尖失速時還可以作用,就不一定 要做這種安排. -- 克勞塞維茲:戰爭不過是政策的一種延續手段而已 克里孟梭:戰爭是太嚴重的事,以致無法完全委交於軍人 孫子:兵者,國之大事,死生之地,存亡之道,不可不察也 約米尼:當流血保衛國家的人的地位尚不如大腹商賈時,這個國家的滅亡就指日可待了 拿破崙:精神之於物質,是三與一之比 版權所有 拷貝必究 140.113.30.91 DOS/V版新任版主 大 俠 -- ☆ [From: 140.121.175.77 ] [Login: **] [Post: **] ◎椰林風情◎ ☆ [From: 140.121.175.77 ] [Login: **] [Post: **] ◎椰林風情◎ -- * Origin: 國立中山大學 Formosa BBS * From: 168.95.4.11 [已通過認證] .