关于飞机的速度和高度限制原则看看重庆航空学校是怎么分析的

关于飞机的速度和高度限制原则看看重庆航空学校是怎么分析的

每一种飞机都有自己的最大速度、最小速度和最大高度的限制，那么，这些限制背后的原则是什么呢？最省事的回答是：当飞机出厂时，厂家会在飞机手册给出像题图那样的飞行包线图，或者简单的视为飞机性能图表，飞机原则上不得超出飞行包线飞行，否则飞机视为结构受到损伤必须进行特殊检查。

显然这个回答是绝(bu)对(fu)正(ze)确(ren)的回答。A. 速度/高度图。注意图中给出的是马赫数。空气动力学分析中，定性分析时，马赫数与速度代表的含义基本一致，定量分析中马赫数比绝对速度更有效，本文为方便起见，不做区分。

如果飞机小于最小速度，会自动降低高度重新达到平衡。

2. 最大速度。受限于两个因素：

(1). 速压与飞机结构强度。速压的简单理解就是推开空气前进时，飞机结构的受到的反作用力，这个力与空气密度成反比，与速度的平方成正比，因此在低空时，飞机速度主要受速压限制，不可超过飞机结构强度允许的最大值。随着高度上升，空气密度下降，速压限制随之提高。

(2). 发动机剩余推力。发动机的推力能够大于飞机阻力，则速度可以继续上升，否则就是最大速度了，由于发动机剩余推力大致与高度成反比，速度增加对发动机推力增大贡献很小，故在高空时，飞机速度主要受发动机最大推力限制。随着高度上升，最大速度随之下降。可以注意到，在最大速度中间部分，有一条垂直线，这条垂线并不是所有飞机都有，其主要原因是“热障”，对于铝合金，强度要求高的战斗机热障约为2马赫，强度要求不高的侦察机约为2.5马赫，对于不锈钢，根据镍含量不同约为2.8-3.2马赫，对于钛合金，我没看到过公开的准确资料，推断数据为3-5马赫。

对于使用螺旋桨的飞机，此马赫线主要受限于螺旋桨的质量，约为0.6-0.8马赫。

3. 最大高度。最小速度随高度递增，最大速度随高度递减，最终他们会在某个高度相连，这个点就是理论最高升限。

最大高度代表的物理意义就是，当发动机达到当前最大推力后，飞机速度不可能进一步提升，飞机所能获得的最大升力已经不可能超过飞机当前重量了，则飞机无法继续爬升。

但实际飞行中，一方面高高度由于发动机剩余推力有限，爬升的非常慢，飞机可能在达到警戒油量时还无法爬升到理论升限；另一方面，飞行员可以采取爬升——俯冲加速——冲刺爬升的波浪形曲线进行跃升，此时虽然飞机不能在超越理论升限以上平稳飞行，但瞬间高度还是可以超过升限的。

B. 过载/速度表。飞机在空中受到4个力作用：重力，发动机推力，阻力和升力。其中重力和发动机推力最大值是恒定的，阻力的极限有限，故谈论飞机的过载在大部分情况下就是指升力减去与升力方向同向的其他三个力的分量。在本文中，为了简化，将过载等价于升力大小。

1. 飞机结构设计完成后，其最大正过载和最大负过载实际上就已经被确定了，任何超越最大过载的使用均被视为对结构造成了一定损伤，在旧的结构安全思想中要求对所有关键结构进行探伤，而在新的结构安全思想中除了检查外，还要求相应的减少飞机结构寿命，并引入载荷谱作为计算依据。

2. 特别的，在小速度情况下，飞机实际上是到不了最大允许过载的，但过载值的测量比其他临界状态值更容易测量，因此加入了这些特殊情况下的临界过载值，以便于监测飞机是否达到了临界状态。

显然，当在一定高度(空气密度)和一定速度下，飞机可以获得的最大升力是有限的，当飞机升力接近最大正过载时，就说明飞机已经接近失速仰角，在做剧烈机动时，仰角传感器测量得到的飞机仰角经常不够精确和及时，同时也受风力影响较大，不如过载值来的方便快捷。

3. 在飞机接近最大速度时，情况略有不同。如前所述，飞机最大速度是受限于速压和热障，而这两个限制条件本质上是与阻力有关，而阻力除了与速度相关，和飞机姿态也很有关系。虽然平飞时，飞机可以更大的速度飞行，但当飞机的仰角较大时，飞机会在更低的速度时达到速压或热障极限。直接测量飞机阻力非常困难，因此，直接控制大速度下飞机的可用过载，可以更好的避免速压或热障带来的结构损伤。