航程和有效载荷

文摘 2024-11-04 11:01 北京

很多无人机产品的宣传喜欢偷换概念，这导致市场上存在着大量欺骗性宣传的产品介绍。而对于更加注重设计和运行安全的飞机，无疑对于航程和有效载荷能力等性能指标会定义更加清晰和深入，这也是决定基于性能的运行能否成功的基础知识。

Mobility是关于人和物的运动，任何整机的决定性指标都是其储存能量的单次行程工作范围。加油或充电的方式和时间在不同的任务应用中也很重要，但这种任务航程能力对于在现有候选整机中进行选择和设计新系统至关重要。

系统的航程——从起点直接到达目的地的单程距离——与半径不同，半径代表在起点结束的往返距离。半径不仅仅是航程的一半。当在距离基地一定距离处有重要任务需要完成时，半径会被使用，这些任务涉及观察/通信中继或重量传递/回收有效载荷或乘客的变化。虽然距离是整机的一个属性，但必须在中点或航路点根据特定任务指定半径。

通过预测或测试计算整机行驶里程的条件很重要。对于飞机来说尤其如此，因为环境条件和高度对性能有显著影响。通常，预测是在理想条件下进行的，汽车的每加仑英里测量也是如此，正如汽车性能标签上所规定的那样，每个标签都以免责声明开头，实际结果会有所不同。在实际应用中，一加仑燃料不太可能达到这么多英里，因为驾驶习惯和循环将不可避免地与官方规定的测试程序不同，但引用的性能是比较不同候选车辆燃油效率的有用指标。

计算或测量整机行驶里程的速度很重要。声称在最佳行驶速度（Vaa）下运行，该速度与最佳续航速度（Vsa）略有不同，但远低于其最大速度（Vwx）。参考旋翼机所需功率的典型图（见图1），最佳续航能力的速度是在最低功率条件下（除非有任何独特的动力装置特征），最佳航程是从原点到功率极线的切线。

图1 典型直升机功率极坐标

由于飞机必须克服重力，因此引用航程的一个主要因素是进行航程预测或测试运行重量。可实现的航程因总重量而异，如燃油飞机的典型有效载荷航程图（见图2）。该曲线由一系列运行点组成，每个运行点都处于飞机的最大起飞重量能力。

图2 典型的飞机有效载荷和航程性能

在最右边，没有有效载荷，燃料/能量被耗尽，这是最大可实现的目的地。飞机处于空载运行重量（OWE），没有有效载荷，能够将自己带到的最远航程。重要的是要注意，OWE高于飞机的空载重量，因为它必须包括飞行所需的一切（如机组人员）、执行分配任务所需的所有固定设备和任务设备，以及任何/所有被困的不可用液体（如液压和燃料）。一架自主的全电动飞机不会有机组人员或被困的液体，但仍然必须考虑所有设备。

沿着这条曲线向左移动表示燃料/能量重量持续减少，有效载荷重量相应增加的配置。斜率主要是燃料的能量密度。电池供电的飞机数字通常相似，但由于燃烧燃料不会减轻重量，平滑曲线将被代表安装不同数量电池组的阶梯线所取代。它也更陡峭，因为较低的能量密度无法达到相同的航程。

在最左侧的“零航程有效载荷”处，飞机没有有用的燃料/能量，并且承载着最大的有效载荷重量。同样，这必须包括所有机组人员、固定和任务设备以及被困液体，以准确表示最大有效载荷。

通常，现有和新兴飞机的性能声明会同时引用最大速度、最大航程和最大有效载荷，但这些很少代表相同的配置或相同的任务。同样，如果使用空重代替OWE，则有效载荷和距离数据将被夸大。

因此，在评估现有飞机或为新飞机制定规范时，重要的是要单独或一起充分了解每个声称性能指标的条件和背景。

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