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淺談襟/縫翼原理及操作

 悟空MrLi 2024-07-01

——東航安徽分公司 何孝兵


航空器起降的過(guò)程中,飛行員通過(guò)操縱襟縫翼以增加飛行的安全性和舒適性。在操縱襟縫翼手柄的過(guò)程中,往往會(huì)這樣一個(gè)有趣現(xiàn)象——襟翼,作為增升裝置,在進(jìn)近時(shí)放出形態(tài),飛機(jī)會(huì)有明顯的姿態(tài)增加趨勢(shì),但是起飛時(shí)收回形態(tài),為什么飛機(jī)姿態(tài)也會(huì)增加呢?

下面結(jié)合一個(gè)案例來(lái)分析其中原理。

某航班運(yùn)行,在飛機(jī)起飛抬輪離地后,PM發(fā)口令“正上升”,PF下口令“收輪”。PM此時(shí)并未按照程序要求去執(zhí)行收輪動(dòng)作,而是錯(cuò)誤地將襟翼手柄從二檔移至一檔。PF未能及時(shí)制止,發(fā)現(xiàn)后控制飛機(jī)狀態(tài),SRS和速度無(wú)明顯變化,本場(chǎng)凈空條件較好,保持靈活推力繼續(xù)起飛。150英尺左右,再次發(fā)口令“收輪”,PM完成收輪動(dòng)作,后續(xù)飛行正常。

Question1:此時(shí)能否滿足性能要求?

Question2:在誤收掉襟翼后飛機(jī)的爬升梯度能滿足要求嗎?

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01
理論分析

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圖一 縫翼和襟翼對(duì)升力系數(shù)對(duì)應(yīng)圖

結(jié)合上圖,不同襟翼構(gòu)型在相同迎角下,襟翼放出越多升力系數(shù)越大,但同時(shí)臨界迎角也在減小,縫翼的放出在小迎角情況下,升力系數(shù)變化并不明顯;但是隨著縫翼的放出,飛機(jī)的臨界迎角不斷增大且大迎角下升力系數(shù)不斷增加。飛機(jī)處于正常飛行狀態(tài)下,迎角相對(duì)偏小,縫翼的放出對(duì)飛機(jī)的升力系數(shù)影響不大,不會(huì)出現(xiàn)姿態(tài)增加現(xiàn)象;但是在失速改出程序中,飛行員在選擇形態(tài)一后,隨著縫翼的放出,臨界迎角增加,在大迎角的狀態(tài)下,飛機(jī)升力系數(shù)得到提升,因此會(huì)產(chǎn)生姿態(tài)增加趨勢(shì)。

襟翼放出會(huì)增加飛機(jī)升力系數(shù),但是為什么圖中顯示飛機(jī)的臨界迎角會(huì)減?。空ow機(jī)的臨界迎角大多數(shù)在15度左右,迎角是相對(duì)氣流與機(jī)翼弦線之間的夾角,而機(jī)翼弦線是翼型的前緣點(diǎn)和后緣點(diǎn)之間的連線。隨著襟翼偏轉(zhuǎn),飛機(jī)的弦線就會(huì)發(fā)生變化,即有效弦線,飛機(jī)在相同姿態(tài)的情況下,隨著翼弦的變化,飛機(jī)實(shí)際的迎角就會(huì)增大。總的來(lái)說(shuō),飛機(jī)的臨界迎角沒有發(fā)生太大的變化,相對(duì)于光潔形態(tài)的基準(zhǔn)弦線,襟翼放出而產(chǎn)生的有效弦線本身就會(huì)增加迎角。

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02
案例解析

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圖二

ANSWER 1

發(fā)動(dòng)機(jī)推力可以參考起飛性能表,形態(tài)二起飛的靈活溫度與形態(tài)一起飛的靈活溫度相差不大,且V2設(shè)定為單發(fā)情況下飛機(jī)性能滿足的條件,在雙發(fā)正常的情況下,飛機(jī)性能滿足。

V2是當(dāng)單發(fā)時(shí)飛機(jī)最遲離地35ft時(shí)達(dá)到起飛安全速度,并且在起飛第二階段期間維持該速度,案例中飛機(jī)處于SRS狀態(tài),飛機(jī)速度維持(形態(tài)一)V2 10kt,參考起飛性能表,一般來(lái)說(shuō)形態(tài)一的V2大于形態(tài)二V2,但不會(huì)超過(guò)10kt。相同氣象條件,飛機(jī)起飛重量相差14噸,形態(tài)一下V2比形態(tài)二下V2速度大8kt,拋開極端條件,飛機(jī)依然是滿足性能要求的,但是飛機(jī)的Vls速度,可能會(huì)超過(guò)當(dāng)前管理速度。形態(tài)二飛機(jī)最小V2=1.13倍形態(tài)二下VS,相當(dāng)于當(dāng)前Vls,但當(dāng)襟翼收至形態(tài)一后,Vls變?yōu)?.23倍形態(tài)一下VS,如果飛機(jī)起飛V2速度沒有留夠足夠裕度,錯(cuò)收襟縫翼后飛機(jī)的Vls是存在超過(guò)當(dāng)前速度的可能。

ANSWER 2

在飛機(jī)離地后,PF操縱飛機(jī)跟隨SRS指引,飛機(jī)建立正上升軌跡,此時(shí)飛機(jī)形態(tài)二變?yōu)樾螒B(tài)一,飛機(jī)的軌跡姿態(tài)不變的情況下,飛機(jī)的迎角減?。ń笠淼氖栈赜行揖€將會(huì)發(fā)生變化),機(jī)翼面積減小,飛機(jī)的升力會(huì)在瞬間減小,相比于之前的運(yùn)動(dòng)軌跡,飛機(jī)會(huì)有一種陡然下沉的感覺。但是隨著襟翼的收回,飛機(jī)的阻力也隨著減少,飛機(jī)的升阻比增大。隨著狀態(tài)的穩(wěn)定,飛機(jī)姿態(tài)會(huì)增加,上升率會(huì)增加,飛機(jī)的爬升梯度實(shí)際上是增加的。

綜上所述,形態(tài)改變后的推力,滿足形態(tài)一的起飛推力,且可以設(shè)置推力手柄TOGA增加推力,滿足速度性能要求;在形態(tài)收回后,飛機(jī)升阻比增大,相應(yīng)的氣動(dòng)性能得到提升,飛機(jī)爬升梯度增加,滿足起飛第二階段越障要求。但錯(cuò)誤地收回襟縫翼手柄,會(huì)衍生其他風(fēng)險(xiǎn):

1.低于Vls速度飛行風(fēng)險(xiǎn),機(jī)組在錯(cuò)誤設(shè)置了襟翼手柄后,低高度飛機(jī)的陡然下沉,可能會(huì)導(dǎo)致飛行員應(yīng)激增大側(cè)桿向后的輸入量。在飛機(jī)Vls增大的過(guò)程中,粗猛向后帶桿可能會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)速度過(guò)小,進(jìn)一步增加了速度低于Vls的風(fēng)險(xiǎn);

2.降低了起飛過(guò)程中對(duì)復(fù)雜天氣的應(yīng)對(duì)能力。例如,當(dāng)遭遇風(fēng)切變時(shí),過(guò)小的速度會(huì)加大飛機(jī)進(jìn)入非預(yù)期航空器狀態(tài)的可能;

3.飛行員剩余精力減小,非預(yù)期的操作會(huì)分散機(jī)組注意力,增加工作負(fù)荷,減少剩余精力,打亂正常飛行節(jié)奏,增加了“錯(cuò)、忘、漏”的風(fēng)險(xiǎn)。在錯(cuò)誤的執(zhí)行程序后,控制好飛機(jī)狀態(tài),正常執(zhí)行程序。此時(shí),機(jī)組可以通過(guò)設(shè)置推力手柄TOGA,在滿足越障要求后,提前開始增速;又或者是將襟翼手柄放回至形態(tài)二位置,來(lái)補(bǔ)救先前差錯(cuò)。

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03
襟縫翼的實(shí)際應(yīng)用

(一)起降構(gòu)型

起飛構(gòu)型一般來(lái)說(shuō),CONF1 F在長(zhǎng)跑道上性能更好(爬升梯度更好),而CONF3在短跑道(較短起飛距離)上性能更好。有時(shí)候會(huì)受到其他參數(shù)的影響,如障礙物等。在這種情況下,需要在爬升和跑道性能之間進(jìn)行折中,使CONF2成為起飛最佳構(gòu)型。而起飛條件環(huán)境也可能影響起飛構(gòu)型的選擇,因此推薦以下起飛構(gòu)型。

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著陸構(gòu)型一般分為兩種,形態(tài)三和形態(tài)全。正常情況下著陸構(gòu)型為形態(tài)全,在全形態(tài)下飛機(jī)進(jìn)近姿態(tài)小,五邊進(jìn)近過(guò)程中下降率小,飛機(jī)穩(wěn)定性強(qiáng),更利于著陸入口條件的創(chuàng)造 ;形態(tài)三下著陸飛機(jī)升阻比大,機(jī)動(dòng)性能好,在遇到復(fù)雜天氣,嚴(yán)重顛簸等情況時(shí),可以增加飛機(jī)操縱裕度,在復(fù)飛過(guò)程中也可以獲得更大的爬升梯度。在跑道足夠長(zhǎng),著陸性能允許的情況下,使用形態(tài)三著陸可以增加經(jīng)濟(jì)性和減少進(jìn)近時(shí)間。

(二)非正常情況

1.縫翼卡阻

在飛機(jī)遇到一些故障,例如綠加藍(lán)雙液壓失效,飛機(jī)的縫翼無(wú)法伸展或部分伸展卡阻。相比于正常情況,縫翼的卡阻會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)失速速度增大,臨界迎角減小,失速風(fēng)險(xiǎn)明顯增加!以綠加藍(lán)雙液壓失效為例,飛機(jī)的縫翼無(wú)法放出,在進(jìn)近減速過(guò)程中容易觸發(fā)失速警告,機(jī)組可以通過(guò)以下兩點(diǎn)減小觸發(fā)失速的風(fēng)險(xiǎn):

(1)在下降過(guò)程中釋放襟翼。飛機(jī)平飛時(shí),機(jī)組僅能通過(guò)控制油門控制速度,在遇到顛簸環(huán)境時(shí),空速控制較為困難,在建立下滑過(guò)程中,飛行員可以通過(guò)油門和控制飛機(jī)俯仰姿態(tài)的變化(控制下降率),控制速度,以增加了操縱裕度;

(2)利用襟縫翼收放邏輯。在正常選擇襟翼一后,選擇速度205kt,速度穩(wěn)定后選擇襟翼手柄至二位后再迅速收回,控制飛機(jī)在放出襟翼二前,收回襟翼手柄至一位,可成功放出襟翼一,此時(shí)襟翼的放出增大了飛機(jī)升力系數(shù),減小失速速度,降低失速風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)然,這樣的操作手冊(cè)中未有說(shuō)明,仍有待商榷。

2.襟翼卡阻

襟翼的卡阻,使飛機(jī)進(jìn)近過(guò)程中需要增大姿態(tài)和進(jìn)近速度,去彌補(bǔ)升力的損失,在綠加黃雙液壓失效后,飛機(jī)無(wú)法放出襟翼,五邊進(jìn)近大姿態(tài)、大速度,增加了飛機(jī)擦機(jī)尾和著陸重的風(fēng)險(xiǎn),也增大了飛機(jī)落地時(shí)滑跑距離。此時(shí)建議扎實(shí)接地,不必追求過(guò)輕的落地,控制接地下降率不大于360ft/min,這樣做可以在著陸重和擦機(jī)尾兩個(gè)風(fēng)險(xiǎn)間取得平衡,同時(shí)可以減小著陸滑跑距離。

3.積冰條件

在積冰條件下,飛機(jī)進(jìn)近過(guò)程中設(shè)置好形態(tài)全后,如果不是嚴(yán)重積冰,此時(shí)最好關(guān)掉機(jī)翼防冰。在積冰條件下,機(jī)翼防冰只能去除機(jī)翼前緣積冰,而積冰融后會(huì)通過(guò)機(jī)翼流動(dòng)到機(jī)翼后緣和襟翼上,而機(jī)翼后部的積冰無(wú)法去除,長(zhǎng)時(shí)間的堆積會(huì)嚴(yán)重破壞氣動(dòng)性能,增加阻力,減少升力。

4.大重量收形態(tài)

在A320系列機(jī)型中,如A320NEO、A321。在起飛重量過(guò)大時(shí),S速度會(huì)過(guò)于接近甚至超過(guò)VFE(215kt)。在這種情況下,為避免超速,可以利用襟翼在速度大于等于210kt時(shí)自動(dòng)收上的原理,預(yù)防飛機(jī)增速過(guò)快而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)超限。首先,控制速度205kt,判斷當(dāng)前顛簸和風(fēng)速變化情況,在平穩(wěn)條件下直接選擇速度210kt至212kt(留一定裕度預(yù)防超速),觀察襟翼是否自動(dòng)收回。在顛簸或風(fēng)速變化大時(shí),飛機(jī)空速無(wú)法穩(wěn)定保持,選擇速度接近210kt,利用空速不穩(wěn)定反復(fù)變化而導(dǎo)致短暫超過(guò)210kt,觸發(fā)襟翼收回邏輯,其核心要點(diǎn)是利用速度變化趨勢(shì),速度變化大則應(yīng)減小速度,防止因選擇速度與限制速度距離過(guò)小而導(dǎo)致的超速。在襟翼穩(wěn)步收回后,保持選擇速度(此時(shí)飛機(jī)縫翼未收回,不存在速度小于VLS的可能),如果天氣顛簸持續(xù),空速變化依然不穩(wěn)定,可等待天氣平穩(wěn)后選擇速度225kt,操縱襟翼手柄至0位,待縫翼穩(wěn)步收回再速度管理。顛簸情況下,選擇速度大于等于S速度,操縱襟翼手柄至0位,穩(wěn)步增速并保持速度大于VLS且小于限制速度230kt,直至縫翼正常收回后再速度管理。在收縫翼過(guò)程中建議讓飛機(jī)處于爬升狀態(tài),且機(jī)組人工操縱飛機(jī)。當(dāng)飛機(jī)處于爬升狀態(tài),飛機(jī)推力固定,機(jī)組可利用飛機(jī)姿態(tài)變化控制飛機(jī)俯仰,控制速度。相比于SPEED模式下,單依靠推力控制速度,利用姿態(tài)控制更為靈活,而且速度指令至發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)存在延后性,控制速度較為被動(dòng)。利用AP控制飛機(jī)速度,由于自動(dòng)駕駛儀控制飛機(jī)存在內(nèi)部載荷因數(shù)限制,人工操縱機(jī)動(dòng)性會(huì)更高。

本文作為筆者分析考量,提出了許多自己的想法,歡迎讀者朋友們共同討論,共同提高。

參考文獻(xiàn)

圖片

[1]A320FCTM;

[2]A319FCOM;

[3]飛行原理/齊永強(qiáng)主編.——大連:大連海事大學(xué)出版社。

——本文源自《飛行員》雜志2024年第2期 總第124期


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