3.4操縱對(duì)管理能量狀態(tài)的作用

以能量為中心的方法通過模擬油門和升降舵輸入如何影響飛機(jī)的總機(jī)械能，闡明了發(fā)動(dòng)機(jī)和飛行控制的作用，而不僅僅是簡(jiǎn)單的“俯仰代表空速，功率代表高度”。從能量的角度來(lái)看，控制垂直飛行路徑和空速的問題變成了處理飛機(jī)的能量狀態(tài)的問題——總能量及其在高度和速度上的分布。因此，飛行員現(xiàn)在可以問什么控制總能量，什么控制能量在高度和空速上的分布，而不是問什么控制高度和空速。

油門和升降舵在能量管理的主要作用

油門通過增加或減少發(fā)動(dòng)機(jī)推力對(duì)抗阻力，調(diào)節(jié)總機(jī)械能的變化。如上所述，總能量的變化是推力和阻力(T-D)的函數(shù)。然而，阻力主要是由于空速的變化而長(zhǎng)期變化的，或者通過使用高升力/阻力裝置只會(huì)增加阻力。因此，總能量的變化通常是由改變推力引起的，而不是阻力。當(dāng)油門設(shè)置使推力大于阻力時(shí)，總機(jī)械能就會(huì)增加。

當(dāng)油門設(shè)置使推力小于阻力時(shí)，總機(jī)械能就會(huì)減少。一旦確定了所需的路徑-速度剖面，油門就會(huì)設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)推力，以匹配垂直飛行路徑和空速組合所需的總能量。

油門就是總能量控制器。

另一方面，升降舵是一個(gè)能量交換和分配裝置，其主要工作是通過調(diào)節(jié)俯仰姿態(tài)，在垂直飛行路徑和空速之間分配總能量的變化。在這里，一旦選定的路徑-速度剖面是實(shí)現(xiàn)的，升降舵控制適當(dāng)?shù)母┭鲎藨B(tài)，以保持所需的總能量分布在垂直飛行路徑和空速。

升降舵是能量分配控制器。

油門和升降舵實(shí)際上是能量狀態(tài)控制裝置——兩者都不能獨(dú)立控制高度和空速，因?yàn)檫@兩個(gè)變量通過飛機(jī)的總機(jī)械能內(nèi)在地耦合在一起。相反，為了有效地控制高度和空速，飛行員需要協(xié)調(diào)使用這兩種設(shè)備來(lái)管理飛機(jī)的能量狀態(tài)。

以儲(chǔ)水為例（如圖）說明了油門和升降舵的能量作用。在這個(gè)類比中，油門控制著調(diào)節(jié)凈總能量流的“閥門”，而升降舵控制著調(diào)節(jié)能量流入和流出高度和空速“水庫(kù)”的“閥門”?；氐侥芰科胶夥匠蹋ㄉ蠄D），很明顯，油門控制方程的左邊(總能量)，升降舵控制右邊(能量分布)。

如下圖所示，當(dāng)油門在阻力以上增加推力(T-D > 0)時(shí)，飛機(jī)獲得總能量，當(dāng)油門在阻力以下減小推力(T-D < 0)時(shí)，飛機(jī)損失總能量。升降舵然后在高度和空速之間分配總能量的增加或減少。最后，當(dāng)油門調(diào)整推力等于阻力時(shí)(T-D = 0)，總能量沒有變化，但存儲(chǔ)為高度和空速的能量可以通過升降舵在兩個(gè)蓄積器之間交換，而總能量至少在短期內(nèi)保持不變。

（儲(chǔ)水的類比說明了油門和升降舵的主要作用，以管理飛機(jī)的能量狀態(tài)）

升降舵的其他作用

在動(dòng)力需求曲線的正面，飛機(jī)以高速(下圖的1)和低迎角(AOA)巡航，很少或沒有多余的動(dòng)力或多余的推力(下圖的a)，升降舵上偏將導(dǎo)致短暫的能量交換爬升，導(dǎo)致飛機(jī)向動(dòng)力曲線中心減速?gòu)?到2（下圖）。空速的減小導(dǎo)致總阻力的減小;因此可用能量以正過剩功率(PS > 0)的形式出現(xiàn)，其中推力超過阻力(T - D > 0)。有了這個(gè)過剩功率(下圖B)，飛機(jī)現(xiàn)在可以以恒定空速爬升或在增加的負(fù)載系數(shù)下保持恒定空速的水平飛行。

在功率需求曲線的背面，飛機(jī)以低速度飛行(下圖的3)和高AOA飛行，很少或沒有多余的功率或多余的推力(下圖的C)，升降舵下偏會(huì)導(dǎo)致短暫的能量交換下降，導(dǎo)致飛機(jī)從3加速到2，朝著功率曲線的中心。空速的增加導(dǎo)致總阻力的減少;因此可用能量以正剩余功率(PS >0)的形式出現(xiàn)，其中推力超過阻力(T - D >0)。有了這個(gè)過剩功率(下圖的B)，飛機(jī)現(xiàn)在可以以恒定空速爬升或在增加的負(fù)載系數(shù)下保持恒定空速的水平飛行。升降舵的這一作用是至關(guān)重要的，以防止意外的，過度的減速或下沉率，如本章后面所述(請(qǐng)參閱防止不可逆的減速和/或下沉率部分)。

（所需功率曲線的正面和背面，可用功率曲線，以及在不同速度下的相對(duì)多余可用功率(可用功率-所需功率)）

雖然升降舵可以通過上述能量交換的空速變化來(lái)幫助油門改變T-D和PS，但偶爾升降舵可以在水平轉(zhuǎn)彎期間以任何給定速度直接增加T-D中的“D”，從而幫助飛機(jī)快速排出總能量。隨著飛機(jī)傾斜，負(fù)載系數(shù)(升力/重量)增加，因?yàn)榭偵Ρ仨氃黾樱允癸w機(jī)在平衡重量的同時(shí)進(jìn)入轉(zhuǎn)彎。這是通過向后帶桿來(lái)增加AOA來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這將導(dǎo)致在任何給定速度下所需的誘導(dǎo)阻力和功率的增加。這一動(dòng)作將迅速降低飛機(jī)的速度，并減少總能量比只是降低油門設(shè)置為慢車更快。升降舵的這一附加作用顯示在功率曲線上（下圖）。

（在不同空速下，增加的負(fù)載因數(shù)對(duì)總阻力和所需功率的影響）

應(yīng)用油門和升降舵各自的作用來(lái)管理飛機(jī)的能量狀態(tài)，從而形成一套簡(jiǎn)單的“規(guī)則”，用適當(dāng)?shù)挠烷T和升降舵協(xié)調(diào)，以有效地控制垂直飛行路徑和空速。那這些能量控制的基本規(guī)則是什么呢?（未完待續(xù)）