第七节 民用飞机的性能
民航对飞机性能的要求包括很多方面，从飞行性能到经济性、舒适性、可靠性等，都提出了很高的要求。其中最重要的是必须能满足完成规定任务的飞行性能，在此基础上才谈得到经济性、舒适性等。本节主要介绍飞机的载重性能和飞行性能。
一、飞机的载重性能
飞机的载重能力，是航空运输经营者最关心的性能。载重能力越强的飞机，往往其自身重量也越大。我们需要了解飞机各种重量的关系，在使用中可以灵活运用，减少没必要的重量，增大业务载重量。
（一）飞机的几种重量
1.最大起飞重量（MTOW）
指飞机起飞时结构允许的最大重量。业务载重能力越大的飞机，最大起飞重量一般也越大，如最大的客机空客A-380最大起飞重量为560吨。目前世界上最大的飞机是苏联安东诺夫设计局（现乌克兰安东诺夫航空科研技术联合体）研制的安-225“梦幻”运输机，最大起飞重量为640吨（一说700吨），该机仅生产一架，最初是为运载“暴风雪”号航天飞机而设计的军用运输机，苏联解体后，已于2001年成功转为民用型（见图2-146）。
图2-146 世界最大的飞机“安-225”
2.最大着陆重量（MLW）
指飞机在着陆时允许的最大重量。最大着陆重量主要是考虑到着陆时起落架和地面间碰撞的冲击力对飞机结构的影响，最大着陆重量小于最大起飞重量，大型飞机二者之间的差别较大，中小型飞机差别较小，甚至没有差别。如波音747-400ER的最大起飞重量达418.65吨，最大着陆重量只有289.85吨，二者相差128.8吨。飞机重量必须小于最大着陆重量才能保证着陆安全，有时在起飞后飞机出现故障，重量又比较大时，不得不进行空中放油降低重量后紧急着陆。
3.最大无燃油重量（MZFW）
指飞机没有燃油时的最大重量。由于民用飞机在机翼内储存了大量燃油，飞行中飞机将产生足够的升力来平衡重力，也包括平衡机翼内那部分燃油的重力。升力主要由机翼产生，并通过翼根传递到机身，翼根就会受到很大的应力，因此必须有足够的结构强度。而平衡在机翼内的燃油那部分重力是不需要传给机身的，最大无燃油重量其实也就是翼根结构强度允许的承力限度，是机翼传递升力到机身的最大限度。如果飞机重量超过这个值，超过的只能是燃油重量，尽管飞行中要产生克服它的升力，但这部分升力不会传递给机身，不影响翼根受力。这和前面谈到的机翼下吊装发动机有减轻翼根受力的功能是一个道理。
使用空机重量（OEW）：指飞机上除燃油和业载之外的全部重量，包括机组人员、机上设施以及全部服务所需用品的重量。
业载（PL）：指飞机可以用来赚取利润的商业载荷，航空运输中只有这一部分重量会付给航空公司运费，它包括旅客、行李和货物三部分。民航在计算飞机载荷时，旅客重量往往是一个估算值，我国民航将每名旅客估算为75公斤。行李和货物混装在飞机货舱，为充分利用有限的货舱容积，一般利用集装设备来装运。
飞机最大载油量是油箱容积确定的，为油箱容积与燃油密度的乘积。
（二）飞机几种重量间的关系
飞机的各种重量里，最大起飞重量和最大无燃油重量是受到飞机结构强度限制的，无论什么情况下都不允许超过。
航空公司希望在不超过飞机重量限制、不影响飞机续航能力的情况下，尽可能多地装载商业载荷，这样可以降低运营成本，提高经济效益。我们知道，在使用空机重量里已经包含了机上服务设施和机组人员，只需要装上不超过重量限制的业载和燃油，就可以进行商业飞行了。由此可见，在不超过限制的情况下，适当减少燃油装载量，可多装业载。
最大业载要受到最大无燃油重量限制，还要受到客货舱容量限制。受最大无燃油重量限制时，最大业载为最大无燃油重量与使用空机重量之差，即MZFW-OEW，装载达到这个值时，翼根处受力将达到安全限制的极限。受客货舱容积限制时，对客机来说，最大业载为全部旅客的重量加上装满货仓货物的重量，对货机来说就是货舱容积与货物密度的乘积。世界最大的客机空客A-380的最大业载为90.8吨，世界最大的飞机安-225“梦幻”运输机最大业载为250吨。如果遇到承载密度很小的货物时，即使装满了货舱，货物重量也很轻，会在一定程度上影响航空运输的经济性，影响航空公司的收入。为减轻类似情况对航空运输的影响，民航出台了“轻泡货物”的规定，如果每6000立方厘米货物重量不到1公斤，按1公斤计收运费。
小贴士
安-225“梦幻”运输机在运载体积过大无法装入货舱、重量不超过限制的物体时，还采用“背运”的方式，如背运“暴风雪”号航天飞机（见图2-147）。
图2-147 安-225背运航天飞机
为保证飞机的航程，飞机必须加足够量的燃油，为获得最大航程，还需按最大燃油量来加油。飞机的最大燃油量主要受油箱容积限制，最大油量为油箱容积与燃油密度的乘积，如空客A-380受油箱容积限制，最大燃油量约为245吨（310立方米）。
最大燃油量和最大业载往往还会互相牵制，这也就决定了飞机的使用者想多运载业载就必须少装燃油，想多装燃油增加航程就必须少拉业载。以波音747-200飞机为例，它的最大起飞重量（MTOW）为378吨，最大无燃油重量（MZFW）为238吨，使用空机重量（OEW）为170吨，受油箱容积限制最大燃油量为168吨。飞机的最大业载MZFW-OEW=238-170=68吨，如果装上这些业载，最大无燃油重量就为238吨，此时最大燃油量受最大起飞重量限制为MTOW-MZFW=378-238=140吨。如果要将飞机加满燃油，则最大业载为MTOW-OEW-最大燃油量=378-170-168=40吨。
在实际运营中，飞机很少将燃油加满，即使在不影响业载的情况下，也很少全油起飞（如上面例子中加140吨油的情况）。通常加油量为执行任务的航程、备份航程的需要并加上一定备份油量即可，下一段航程需要的燃油可在下一个起飞机场加注。
二、飞机的飞行性能
民用飞机在执行航空运输飞行任务时，完整的飞行过程包括起飞、上升、巡航、下滑（下降）、进近和着陆六个过程，衡量飞机的飞行性能，往往也就是看它在这几个过程里的表现。
（一）起飞性能
起飞是指飞机从加速滑跑到抬前轮离地，并上升到一定高度的运动过程。起飞性能主要包括起飞离地速度、起飞滑跑距离和起飞距离。
飞机起飞过程中离地瞬间的速度叫起飞离地速度。飞机要从地面升至空中，必须要产生足够的升力才能实现这个过程，从升力公式可知，要产生足够的升力必须有一定的速度和适当的迎角，起飞离地速度就是为产生升力而需要的速度。这个速度越大，说明飞机起飞过程中需要加速的时间越长，所需跑道就越长，对机场条件的依赖程度越大，起飞性能越差。一般来说，飞机起飞重量越大，起飞所需升力也越大，起飞离地速度就越大。随着飞机动力装置性能越来越好，飞机的加速性越来越好，有时尽管离地速度大，但加速时间短，所需跑道也不长，起飞离地速度已不再是衡量飞机起飞性能的主要因素。
起飞距离指飞机从跑道上开始滑跑到离地并上升到一定高度（10.7米，35英尺）所经过的水平距离，包括地面的起飞滑跑距离和空中段距离。起飞滑跑距离的长短决定了飞机对机场跑道的依赖程度，这个距离越短，说明飞机对机场条件依赖性越小，起飞性能越好。起飞空中段距离的长短表明飞机对机场净空条件的依赖程度，这段距离越短，对机场净空条件依赖越小。一般来说，起飞滑跑距离越短，空中段距离也越短。现在航空制造技术的发展，要求飞机朝大型化、高速化等方向发展，不得以增加起飞滑跑距离和起飞距离为代价。
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为降低对机场的依赖，英国曾研制出可垂直起降的“鹞” 式战斗机，起飞着陆可以不需要跑道（见图2-148）。使用中发现追求“零距离”起降所付出的代价太大，实战意义不大，故该机型没有得到很好的发展，现已全部退役。
图2-148 “鹞”式战斗机
（二）上升性能
通常说的上升是指飞机沿倾斜向上的轨迹所作的等速直线飞行，飞机的上升性能包括上升角、上升率和升限。
上升角是指飞机上升轨迹（飞行速度）与水平面的夹角（见图2-149）。上升角越大，飞机上升过程中的越障能力越强，飞机上升性能越好。现代飞机基本不再追求大上升角，许多战斗机的最大上升角已经达到90°，即垂直上升。
图2-149 上升角
上升率是单位时间内飞机上升的高度，通常以“米/秒”或“英尺/分”为单位。最大上升率越大，飞机获得高度越快，上升到同样的高度需要时间最短，飞机的上升性能越好。民用运输机对上升率的要求不高，目前上升高度最快的飞机是俄罗斯的苏-27战斗机（见图2-150），海平面最大上升率为330米/秒。
图2-150 苏-27战斗机
升限是飞机上升中所能达到的最大高度。随着飞行高度的升高，飞机的最大上升率将逐渐降低，当最大上升率降低到0时，飞机再也不能上升高度，此时的高度就是飞机的理论升限。飞机上升到理论升限没有实际意义，也几乎达不到这一高度，实际上升中所说的升限指实用升限。对于喷气式飞机，当最大上升率降低到2.5米/秒时，所达到的高度叫实用升限。现代民用运输机，由于所选取的飞行高度在10000米左右，对飞机的升限要求也不高，只要能达到相应的高度即可，如空客A-380的实用升限为13100米。有的军用飞机实用升限可达30000米以上。
（三）巡航性能（平飞性能）
民用运输机巡航飞行占据了绝大部分飞行时间，因此巡航性能将直接影响到民用飞机在使用中的表现。巡航性能包括最小平飞速度、最大平飞速度、平飞速度范围、远航速度等。
能维持飞机平飞的最小速度叫平飞最小速度。飞机在飞行中需要产生足以平衡重力的升力，因而需要一定速度，小速度飞行时需要较大升力系数，而升力系数随迎角等因素在一定范围内变化，有一个最大值，升力系数最大时对应的飞行速度就最小，速度再小就不可能维持平飞。平飞最小速度越小，说明飞机的低速性能、失速性能越好。
平飞最大速度是飞机在平飞中所能达到的最大速度。通常情况下，平飞最大速度一般受发动机性能限制，当速度增大平飞阻力增大，大到与发动机能提供的最大推力平衡时，飞机就达到最大平飞速度。最大平飞速度越大，说明飞机的高速性能越好。目前民用运输机的最大平飞速度一般不超过时速800～1000千米，不超过临界M数，以免出现激波阻力和操纵上的显著变化，保证飞行安全和飞机的经济性。一些军用飞机的最大平飞速度达到M数3.0以上。
平飞速度范围是最小平飞速度和最大平飞速度之间的范围，范围越大，说明飞机可维持稳定飞行的速度选择面越大，平飞性能越好。
远航速度是指飞机可以达到最远航程的飞行速度，民航通常也称为巡航速度，该速度对应的千米耗油量最小。民用运输机的远航速度接近最大平飞速度，许多军用飞机的远航速度与平飞最大速度的差别较大。
（四）下滑性能
飞机所作的不断降低高度的飞行叫下滑（下降），下滑性能包括下滑角、下降率和下滑距离。
图2-151 下滑角与下滑距离
下滑轨迹（或下滑速度）与水平面的夹角叫下滑角；飞机单位时间内下降的高度叫下降率，单位为米/秒或英尺/分；飞机下滑过程中通过的水平距离叫下滑距离。
从飞行性能的角度，追求的是在发动机丧失动力的情况下，保持下滑能取得的最小下滑角、最小下降率和最远下滑距离。下滑距离与飞机下降高度之比叫滑翔比，下滑性能好的飞机，发动机停车后滑翔比能达到10以上。
（五）着陆性能
进近是指飞机下降时对准跑道飞行的过程。在进近阶段，要使飞机调整好高度和速度，对准跑道、避开地面障碍物，为着陆做准备。着陆是指飞机从安全高度（25米）开始下滑、拉平直到接地并停止运动的过程。着陆性能包括接地速度、着陆距离与着陆滑跑距离。
飞机着陆时接地瞬间的速度叫接地速度。一定的接地速度会保证飞机着陆时产生足够的升力，控制飞机缓慢降低高度、轻轻接地。接地速度越大，通常滑跑距离就越长，但滑跑距离也和飞机减速性能有关，减速性能好的飞机，即使在较大的接地速度下滑跑距离也不长。
飞机从安全高度下滑直至降落在地面并停止运动所经过的水平距离叫着陆距离。飞机从接地直至停止运动所经过的水平距离叫着陆滑跑距离，着陆距离包括着陆滑跑距离和空中段距离。着陆滑跑距离越短，说明飞机对机场跑道的依赖性越小，着陆性能越好；着陆空中段距离越短，说明飞机对机场净空条件依赖性越小，着陆性能越好。由于采取了切实有效的减速措施，目前的大型民用飞机着陆滑跑距离一般在2000米以内。
思考与练习
1.民用航空器的使用现状如何？
2.民航对航空器的使用要求有哪些？
3.什么是迎角？
4.升力是怎样产生的？影响飞机升力的因素有哪些？
5.飞机可以分为哪几大部分？其中构成机体的又是哪些部分？
6.机翼的作用是什么？
7.起落架有什么作用？现代飞机常见的起落架采用哪种配置型式？
8.航空喷气式发动机的种类有哪些？分别用于什么航空器？
9.APU的作用是什么？APU通常安装在飞机什么部位？
10.当空速管结冰，堵塞了全压孔时，将导致哪些仪表的指示不准？如果堵塞了静压孔，又将导致哪些仪表指示不准？
11.飞机起飞、着陆和航线飞行，分别使用什么高度？
12.为什么真速、表速和地速会有不同？
13.头等舱、公务舱、经济舱的区别是什么？一级客舱布局、二级客舱布局、三级客舱布局的含义是什么？
14.客舱内的救生设施有哪些？
15.什么是业载？最大业载和最大起飞重量、最大无燃油重量有何关系？
16.民用飞机的飞行过程由哪些部分构成？