飛機失速

飛機失速

飛機或機翼在迎角大于最大升力迎角時工作的情況
飛機的升力由機翼在空氣中運動産生,也就是說要有氣流流過機翼才有可能産生升力。當大于一定速度的氣流平滑地流過機翼時,會在機翼的上表面和下表面産生不同的壓力,上下表面的壓力之差就産生了升力。如果飛機的速度不夠,機翼上下表面沒有足夠的壓力差,也就産生不了足夠的壓力。這種情況就叫“失速”。除了速度之外,機翼的迎角,即機翼與氣流方向的夾角也會對機翼的升力産生影響。一般來說,迎角越大,機翼所産生的升力也就越大。但是當機翼迎角大于一個臨界值以後,機翼上表面的氣流會發生嚴重分離。産生的升力也迅速降低,這同樣被稱為失速。
  • 中文名:飛機失速
  • 外文名:plane stall
  • 所屬學科:
  • 特 點:氣流分離、操縱失效
  • 注 意:大型飛機很難脫離這種狀态
  • 實 質:飛機不能保持正常飛行的現象
  • 原 因:氣流分離并不對稱

飛機失速釋義

通俗解釋

飛機機翼在攻角超過某個臨界值後,舉力系數(見舉力)随攻角增大而減小的現象。當失速時,飛機會産生失控的俯沖颠簸運動,發動機發生振動,駕駛員感到操縱異常。

簡單來說,飛機失速意味着機翼上産生的升力突然減少,從而導緻飛機的飛行高度快速降低。注意失速并不意味著引擎停止了工作或是飛機失去了前進的速度。

專業解釋

1、當飛機前進時産生的升力小于飛機所受的重力時飛機就會下降,或摔機。即飛機迎角大于臨界角,出現大迎角失速。

2、高速飛機飛行時,由于飛行速度超過臨界速度造成激波失速。

補充:攻角(Angle of attack): 也叫迎角。即翼弦與自由流/相對風流的夾角。

失速内容

大迎角失速内容

超過臨界迎角(或臨界攻角,多數飛機為18°,即氣流開始與失速機翼分離的角度)後,翼型上表面邊界層将發生嚴重的分離,升力急劇下降而不能保持正常飛行的現象,叫失速。

很多的航空事故都是由于失速引起

失速本質上并非指飛機速度不足,而是指流經翼面的氣流由于逆壓梯度與粘性作用發生分離,造成上翼面分離處壓力上升,因而緻使升力驟然下降。

失速原理

飛機失速的原因是機翼在大迎角下出現了氣流分離,而左右兩翼因種種原因(如側滑、或構造有微小的不對稱),氣流分離并不對稱,因此就會出現下述失速特性:

1.飛機抖振,駕駛杆、腳蹬抖動,機身搖晃,飛機結構振動。飛機接近失速時,已開始呈現抖,這就是失速的警告信号。随着迎角的進一步增大.抖振、搖晃進一步加劇,飛機加速進入失速。作機動動作進入失速的抖振、搖晃要比平飛進入失速更為猛烈。

2.失速成迎角接近臨界迎角的飛機,當其加速失速時,法向過載或法向加速度會突然中止。

3.出現迅速而非指令性的轉動,如機翼下墜,機頭上仰,俯仰振蕩,偏機頭等等至于出現哪種運動,視飛機型别各不相同。如殲五飛機由于超過失速迎角以後的升力系數下降和緩,飛行員對失速下墜沒有明顯感覺,但對緊接着出現的坡度,偏轉和下俯,會看得很清楚。

4.飛行速度迅速下降。但如果是向下的機動,如半滾倒轉進入失速飛行速度并不緻很快減慢。

5.無助力裝置的飛機,會感到操縱杆舵變輕。操縱開始失常。失速的特性及現象。

在流體動力學中,失速是指翼型氣動攻角(Angle of attack)增加到一定程度(達到臨界值)時,翼型所産生的升力(lift force)突然減小的一種狀态。翼型氣動迎角超過該臨界值之前,翼型的升力是随迎角增加而遞增的;但是迎角超過該臨界值後,翼型的升力将遞減。

由於大部份有關失速的讨論都與航空有關,以下集中論述失速與飛機(固定翼飛機)的關系。簡單來說,飛機失速意味着機翼上産生的升力突然減少,從而導緻飛機的飛行高度快速降低。注意失速并不意味著引擎停止了工作或是飛機失去了前進的速度。

産生失速情況

對于失速的防範與應對,并不是讓你無時無刻都處于一種高度緊張狀态,由無知而産生的緊張不僅于事無補,反而會導緻更壞的結果。因此,了解容易産生失速的基本條件和時機非常重要。

低速機動

低速飛行時飛行員對于失速具有一定的警覺性,這種警覺是非常重要的,因為低速飛行階段,飛機機動能力弱,很容易産生由姿态改變而引發迎角的急劇增加。這一點其實很好理解,由于速度的減小導緻向心力的不足,使得軌迹的改變不能跟随姿态的變化,導緻迎角的急劇增加,從而超越失速迎角引發失速。對于低速失速的防範和警覺,可以使我們有效地避免失速的發生,但有時由于飛行員專注于其他環境和飛機狀态的變化,會使他的這種警覺性降低,從而産生無意識的錯誤操控。因此,在低速飛行時飛行員要防止注意力高度集中、單打一,要時刻關注飛機迎角和狀态的變化,敏銳地感知飛機狀态的異常,一旦發現飛機由進入失速的趨勢,要及時終止機動。

危險天氣

危險天氣條件下的飛行,對飛行員的駕駛技術提出了更高的要求,側風、強對流、風切變等天氣情況,會使飛機的氣動力發生顯著的變化,這些變化從一定程度上影響了飛行員的操控,有些天氣條件下盡管能夠完成飛行,但需要特殊的技術,如大側風着陸,需要飛行員采用位置、航向、坡度的綜合修正,而且在着陸後迅速改變駕駛動作,對飛行員的駕駛技術提出了特殊的要求。由于不能勝任氣象條件,在操控上出現重大失誤,是引發的失速事故的一個重要原因。

弱動力飛行

動力不足是導緻飛機失速的重要原因,一方面由于動力不足速度難以增加,飛機的機動能力較弱,容易産生由于操作失誤所引發的失速;另一方面,弱動力飛行時很容易産生速度的急劇衰減和能量的急劇損耗,在飛行員沒有察覺的情況下進入低速飛行狀态。為此,飛行員需要加強弱動力飛行的理論學習和模拟訓練,掌握弱動力飛行的特點:(弱動力飛行理論為我獨創,相關知識請閱讀附文)

1. 控制合理的飛行速度(殲擊機450公裡/小時以上)

2. 了解弱動力飛行時機動飛行速度消失快的特點,柔和操控

3. 進場階段控制軌迹,而不是試圖改變飛機的下沉趨勢,避免不自主的拉杆,使飛機進入失速狀态

4. 沒有再次挽救的機會,确保操控的準确性,一次成功。

起降階段

飛機在起降階段,一方面處于低速飛行狀态,容易産生失速,另一方面由于放下了起落裝置,改變了飛機的構型和氣動外形,使得飛機的操縱性和穩定性降低,特别是在轉彎階段和離陸、降落階段,飛行員的操控頻繁複雜,容易産生狀态的突然變化,從而引發失速。

應對的方法是确保飛機在安全的起降速度範圍内飛行,合理利用技術修正側風和偏差,避免粗猛的操控動作。

另外在起降階段如遇到突發情況,确保安全是首要原則,要努力将故障控制在跑道上,如果飛機離陸則要迅速安全地控制飛機着陸,避免危機狀态下長時間在空中停留。

非常規構型

非常規構型是指在飛機結構、氣動外形和重量等方面,不同于常規狀态的飛機構型。其中特别需要強調的是飛機重心、重量的特殊變化。4月29日的波音747失速事故,很重要的原因就是飛機重載起飛。重載起飛、非正常重心起飛,飛機的操控特點與常規起飛完全不同,需要特殊的駕駛技術,沒有經過特殊訓練的飛行員是難以勝任的,另外,這種特殊構型下的起飛,對氣象條件要求也比較嚴,不能按照一般的起降條件進行掌握,在大風、強對流天氣下進行重載起飛是非常危險的。從4月29日的飛行事故現場看,當時機場處于強對流天氣,側風較大、氣流颠簸,這是引發事故的另一個重要原因。

人機耦合震蕩

從飛行控制的角度講,起降階段是操作頻繁複雜、操縱精度要求較高的“高增益”操縱階段,“高增益”操縱的一大特點是容易産生人機耦合,由此産生的震蕩會嚴重威脅飛行的安全。

預防人機耦合震蕩要求飛行員熟悉和适應飛機和飛控系統操控特點,避免急劇、粗猛、下意識和反複無常的操控。一旦産生人機耦合震蕩,不要試圖消除每一次震蕩,而應按照人機耦合的處置方法,以緩慢連續的單向操控加以克服。

避免失速方法

判明失速後,應立即推杆減小迎角,恢複升力。待飛機獲得速度後,即可轉入正常飛行。

提力(舉力或升力)不足無法支撐飛機的狀态。應提升速度或縮小AOA(ADF中AOA的解釋:攻角的略稱,指風向與機翼弦線的夾角。注意,角度過大會使機翼無法提升揚力而導緻失速)導緻的失速可以恢複。

飛機在平飛的時候,機翼産生的升力和飛機的重力是平衡的,舉力的方向總是垂直于機翼中心平面的。

而在大角度爬升或俯沖的時候,飛機的機翼下部産生的舉力不再和重力方向一緻,飛機失去了部分舉力,造成了飛機下墜。 

戰鬥機在特技飛行時,也不會時間過長的大角度爬升或俯沖,必須很快的轉入平飛。特技飛行中的倒飛,是完全抛棄了舉力,而是相反的受力,也是表演一會。大型飛機不僅是不能長時間作這樣的動作,就是過急的拐彎,飛機翼傾斜過度,産生的後果和這一樣。

飛機失速下墜後,軌迹呈螺旋狀,大型飛機很難脫離這種狀态,極易墜毀。

加強理論學習

失速理論教育不能僅停留在航理層面,飛行員在初始教育階段對這些理論已經有了足夠的了解。我認為需要加強的是對失速案例的進一步分析,對所飛機種的失速相關理論的進一步了解,以及對失速處置技術理論的進一步深化。因為隻有通過案例分析,才能使我們真正了解失速的易發性、複雜性和危險性,隻有了解了所飛機種的失速特點,才能有針對性的進行失速防範和應對。隻有結合環境、條件、飛機和自身技術特點,才能真正掌握有效的處置失

模拟訓練

失速畢竟是一種平時飛行中難以遇到的特殊情況,對于失速的了解和應對技術的掌握,想要靠實際飛行來提高是難以實現的。現代模拟技術對于各種特殊情況的模拟已經達到了相當逼真的程度。通過模拟訓練,可以使飛行員通過反複訓練掌握失速特點和處置方法。

提高警覺性

失速的警覺性不是讓飛行員時時設防處處警覺,而是真正了解可能發生失速的時機,有針對性的提高對失速的防範意識。在容易産生失速的條件下,要保持高度的警覺和正确的操控。在處置突發的危險狀态時,要針對環境和飛機特點,采用正确的決策和方法。

正确地應對

在處置失速險情時,很重要的一點是對危險的發展趨勢和可能結果有一個明确的判斷,我們說決策是處置的的關鍵,而飛行突發事件的處置,時間窗口和高度門檻是關鍵中的關鍵,突發情況發生後,飛行員面對的是兩條時間相關曲線,一條是故障擴展曲線,失速的發展引發狀态的急劇惡化和高度的迅速損失;另一條是飛行員處置曲線,你的正确應對不是可以無限期延續的過程,處置的時間窗口随着高度的降低漸漸關閉。飛行員必須在高度門限到達和時間窗口關閉之前,使這兩條曲線盡快重合,完成危險的處置程序。

相關發明

為避免失速人類發明了前緣襟翼。前緣襟翼的作用是幹擾氣流的分離時間。在大迎角時,前緣襟翼向下偏轉,減小機翼的迎角,延遲氣流分離的時間,從而避免飛機失速。

失速發現曆程

談到失速,還要從人類的早期航空實踐說起。在上世紀20年代之前,人類還處于飛行的蹒跚學步階段,那時,由于飛機技術的落後和人們對飛行知識的缺失,失速所引發的飛行事故司空見慣的,“失速”這種伴随飛行而來的“死亡夢魇”,成為阻礙飛行事業發展的“技術之謎”。随着大工業的蓬勃興起,航空制造業由早期的作坊式經營演化成大工業的生産模式,在前蘇聯、歐洲和美國,航空制造公司紛紛成立,并迅速發展成為具有巨大生産能力的大型航空制造企業。高技術與規模生産,飛行實踐的不斷拓展深化提供了條件,現實的需求驅使人們對飛行進行深入的研究,而如何破解失速之謎就是一個重要的研究方向。

通過研究人們發現,導緻失速的真正原因并不是升力的不足,而是迎角的增加,由迎角超過失速迎角後所引發的飛機失穩,才是發生飛行事故的真正原因。通過研究人們還發現,由于飛機的不同和飛行狀态的差異,飛機的失速呈現出不同的機理和形态。弄清楚了飛機失速的原因,就容易找出預防和處置失速的方法,針對機頭失速、機翼失速和偏航失速等不同的失速現象,采用推杆、蹬舵等方法可以有效地改出失速從而避免事故的發生。

導緻失速的真正原因并不是升力的不足,而是迎角的增加,由迎角超過失速迎角後所引發的飛機失穩

上世紀40年代德國人發明了噴氣發動機并運用于戰鬥機,人類航空進入了噴氣時代,通過駕駛巨大動力的高速噴氣戰機,人們發現了現代戰機與傳統活塞式飛機不同的失速特點,從而推動了失速理論的研究,到上世紀50年代,關于失速的理論發展到了成熟階段。

人們了解了失速的相關理論,但在操作層面要對失速進行有效的應對,卻是比理論研究本身要複雜得多的問題。這涉及到失速的環境、失速的條件、飛機的狀态、可供處置的時間窗口等等,由于真實飛行條件的相對複雜性,飛行員要做出相對正确的應對是一件非常困難的事情。

上世紀70年代,随着先進飛行控制技術的引入,如何在技術上對失速進行防範和自動改出,成為飛機技術研發的一個重點。迎角監控、迎角限制、反尾旋(螺旋)控制技術的出現,使飛行控制技術進入到“無憂慮”操控的先進水平。然而,飛行控制技術的發展,并不能一勞永逸地解決失速問題,飛行畢竟不是飛行器獨立的活動,環境的因素、人的因素依然是影響飛行安全的最關鍵因素,因此,如何适應環境的複雜性,應對突發風險的複雜多變,依然需要人的智慧和能力。

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