在连续下降进近过程中,发动机一般处于小推力状态或慢车推力状态,以达到省油的目的。因此,有必要对燃油消耗的影响因素进行分析。此外,为了提高航迹预测的准确性,实施基于四维航迹的连续下降进近,同样需要研究飞机的下降飞行时间和下降水平距离等性能指标的影响因素。
在2.2节的飞机下降性能数据计算中,分别选择不同的下降方式(等表速下降、等马赫数下降、先等马赫数再等表速下降)进行性能数据计算,其计算模型基本相同。选择等马赫数下降方式时,需要指定下降马赫数;选择等表速下降方式时,需要指定下降的表速;选择先等马赫数再等表速下降方式时,表速和马赫数都需要输入下降性能数据计算模型。其中,表速和马赫数的转换关系如式(2-9)所示:
式中,Ma为马赫数; V cas 为表速; ρ 0 为海平面标准大气下的空气密度; ρ 为飞机所在高度下的空气密度; V a 为在该高度下的声速。
在计算先等马赫数再等表速下降方式下的飞机下降性能数据时,需要对速度控制模式进行转换。当飞机的飞行高度高于交叉高度时,采用等马赫数下降方式;当飞机飞行高度小于交叉高度时,转换到等表速下降方式。交叉高度是指表速和马赫数换算到同一真空速时对应的高度值,可以通过表速和马赫数的插值函数表示。
在下降性能数据计算过程中,对所有的起始高度、起始质量、给定表速和目标高度的组合都进行了计算,计算量很大,影响因素很多。因此,考虑提取出性能数据计算结果的一部分典型值进行分析,并且这些典型值都需要控制其他影响因素,使之相同。例如,在分析质量对飞机下降性能的影响时,要保证给定表速、起始高度和目标高度都相同。
在研究等表速下降方式下不同高度层对飞机下降性能的影响时,从所计算的性能数据中提取出飞机下降起始质量为54000kg、下降表速为 V cas =120m/s、下降高度层为1000m时的数据。在不同下降高度层下飞机下降性能数据(燃油消耗量、下降飞行时间和下降水平距离)计算结果见表2-1。
表2-1 在不同下降高度层下飞机下降性能数据计算结果(等表速下降方式)
从表2-1可以看出,在5000~6000m高度层以下,燃油消耗量先随着高度层的增大而减小;在该高度层以上,燃油消耗量随着高度层的增大而增大。下降飞行时间随着高度层的增大呈微小增大的趋势,下降水平距离也随着高度层的增大而增大。
在研究等表速下降方式下不同起始质量对飞机下降性能的影响时,从所计算的性能数据结果中提取出飞机下降起始高度为5000m、目标高度为500m且下降表速为100m/s时不同起始质量下的性能数据。在不同起始质量下飞机下降性能数据如表2-2所示。
由此可见,采用等表速下降方式时,在给定表速和起始高度的情况下,起始质量的增大对下降飞行时间和下降水平距离没有显著的影响,但会增大下降过程的燃油消耗量。
表2-2 在不同起始质量下飞机下降性能数据(等表速下降方式)
在研究等表速下降方式下不同初始下降表速对飞机下降性能的影响时,从所计算的性能数据中提取出飞机下降起始高度为5000m、目标高度为500m且起始质量为54000kg时不同表速下的性能数据。在不同初始下降表速下飞机下降性能数据见表2-3。
表2-3 在不同初始下降表速下飞机下降性能数据(等表速下降方式)
由表2-3可知,初始下降表速的增大会增加飞机下降过程的燃油消耗量和下降水平距离,而对下降飞行时间的影响不大。
采用与等表速下降的方法对等马赫数下降方式下的性能数据进行分析,从所计算的性能数据中提取出飞机下降起始质量为54000kg、下降马赫数为Ma=0.6、下降高度层为1000m时的数据。在不同下降高度层下飞机下降性能数据见表2-4。
表2-4 在不同下降高度层下飞机下降性能数据(等马赫数下降方式)
续表
同理,从所计算的性能数据中提取出飞机下降起始高度为5000m、目标高度为500m且下降马赫数为Ma=0.5时的数据。在不同起始质量下飞机下降性能数据见表2-5。
表2-5 在不同起始质量下飞机下降性能数据(等马赫数下降方式)
从所计算的性能数据中提取出飞机下降起始高度为5000m、目标高度为500m且起始质量为54000kg时的数据。在不同初始下降马赫数下飞机下降性能数据见表2-6。
表2-6 在不同初始下降马赫数下飞机下降性能数据(等马赫数下降方式)
从等马赫数下降性能数据计算的结果可以看到,起始高度、初始下降马赫数和起始质量对飞机下降性能的影响趋势与等表速下降方式基本相同。
从所计算的性能数据中提取出飞机下降起始质量为54000kg、初始下降马赫数Ma=0.3,表速 V cas =90m/s时的数据,通过插值计算出的交叉高度为2075m。为了仿真计算先等马赫数再等表速下降方式下的飞机下降性能数据,必须使起始下降高度大于交叉高度,而使目标下降高度小于交叉高度。否则,所计算的飞机下降性能数据等价于单纯的等马赫数下降方式或等表速下降方式下的性能数据。为方便起见,把目标高度设为0m,下降起始高度以1000m为步长逐级增大。在不同下降起始高度下飞机下降性能数据见表2-7。
表2-7 在不同下降起始高度下飞机下降性能数据(先等马赫数再等表速下降方式)
同理,从所计算的性能数据中提取出下降起始高度为5000m、目标高度为0m且初始下降马赫数Ma=0.3、表速 V cas =90m/s时的数据。在不同起始质量下飞机下降性能数据见表2-8。
表2-8 在不同起始质量下飞机下降性能数据(先等马赫数再等表速下降方式)
由表2-8可知,超始质量对飞机下降性能的影响趋势与采用等表速下降方式和等马赫数下降方式时基本相似。
从所计算的性能数据中提取出下降起始高度为5000m、目标高度为0m且起始质量为54000kg时的数据。在不同的下降表速/马赫数下飞机下降性能数据见表2-9。
表2-9 在不同的下降表速/马赫数下飞机下降性能数据(先等马赫数再等表速下降方式)
由表2-9可知,下降表速/马赫数的增大会显著增大飞机下降时的燃油消耗量和下降水平距离。由于存在下降表速的限制要求,下降表速/马赫数的增大对下降飞行时间不会有很大的影响。