究竟,什麼才是「客機低空殺手」———失速?

2021-01-18 locksAviation

有很多人都私信我,說他們對「失速」的概念不太理解。今天就大概說一說,僅做科普。

失速,一直隨著民航業走到了今天。從萊特兄弟發明飛機以來,失速這個問題一直困擾著航空業者們。

很多空難都是由於失速引起,這些在介紹部分慢慢地講。

但今天講的,還有一點。我個人認為,大家想聽的失速絕對不是簡簡單單的攻角上升這麼簡單,所以,今天就把整個「丟失升力」都給講一下。個人講的太複雜,大家也未必懂(我也未必懂),所以,今天就用最簡單的語言來表述一下。

1

駕駛艙的警報

在駕駛艙的一系列警報中,一定能看到一個獨立的警報:stall,失速。

在有些機型上(比如衝-8-Q-400)中,失速警報的大小比主警報(Master warning)還要明顯。

這就體現出來了失速的致命性。

按照通俗易懂的話來說,失速,相當於「失去升力」

一架客機之所以能飛上天,是因為機翼的構造。機翼上部距離長,流速快,壓強小,下部距離短,流速慢,壓強大。上下流速差直接導致了上下壓力差,合力使得客機擁有升力F1,F1大於重力G,飛機才能飛起來。

機翼構型
飛機升空原理圖

而隨著速度的下降,機翼上下表面的壓力差也下降,合力(升力)F1下降,當F1小於重力G的時候,客機失速。(在攻角a保持不變的情況下)

而在低空失速,往往意味著自由落體,此時沒有足夠的高度來恢復速度,就會墜毀。土耳其航空1591正是如此。

而失速的原因不單單是因為速度慢,而還有其他的幾種。

示意圖

在上面的這張圖裡,a是客機的攻角,通俗來說就是上仰的角度。在a的角度增大的時候,通常會迎面的阻力大,引擎推力F1(本來因該和客機平行,為方便解釋與地面平行)不變,速度v減小,升力F2減小,G不變,可能導致失速。

但如果a的值過大的話,那就是另外一個故事了。

當a的值繼續增大,達到一定程度的話,那麼氣流就不會從機翼上面流過,導致上發壓力驟然增大,下方壓力不變,升力減小,極容易導致失速。

升力與抬升角度的關係

升力和攻角的關係大概如上圖所示,到12度的時候,機翼的升力達到頂峰,隨即慢慢減少。

對於以上這種攻角過大而引起的失速,我們可以象徵性地將其理解為之為「平垂失速」

遇到這種情況時,飛機會自由落體式的下降,而機頭則始終有攻角

法航447就是這樣。由於副機長博南的錯誤操作,客機以5度的攻角和只有50節的地面速度拍向水面,最終墜毀。(感興趣的我上一篇文章就是寫的這個)

2

這種也能算做升力不足,但是就不算嚴格意義上的失速了。不歸按照我們的標準,這個也可以算。

由於傾斜角(b)過大而引起的升力不足。

在這種情況下,b過大,機翼所產生的升力F3可以被理解為悲憤為垂直的升力F1和水平的力F2。此時由於F1小於重力G,即使F3大於G也會失去升力。

這種失去升力的墜毀方式是所有7000英尺以上的客機中空難最多的。

一些典型的空難,如美國航空191(明天會發文)

美國航空191

這種類型的失去升力的警報其實不是「stall-all」而是「bank angle-bank angle」。這樣做的原因還是因為這不歸於嚴格的「失速」範疇。

如果這算失速的話,可以被理解為「側旋失速」

其實,還有一種失速形式

機翼汙染(汙染物多為冰,霜)

在這種情況的空氣動力學非常的複雜,在被汙染的機翼上,氣流會被幹擾,導致升力不足,最終墜毀。

值得注意的是,這種失速算做真正的失速,嚴格來說算做「aerodynamic stall」(空氣動力學失速)而不是典型的「wings stall」(機翼失速)

在這種情況下,警報一般不會想起(失速警報是根據攻角傳感器和空速管綜合判斷,而機翼汙染的情況只能通過飛行員自行判斷),極其有迷惑性。

如美鷹航空空難就是由於機翼結冰沒有得到妥善的處理而導致的。

3

一般來說,防止失速的方法一共有兩種:

1.增大推力

2.攻角向下

而這兩種情況在低空都不能有效地解決。只增大推力速度慢,而低空又沒有足夠的時間來減小攻角。

高度就是速度。」

人們為了減小失速速度,也有方法:襟翼和前沿縫翼。(flaps and slats)

這兩種裝置可以增大上表面的面積,但是會帶來阻力。這種設備一般在降落時候使用。

當然,人類的努力遠不止有這些,不一一列舉。

結尾

時間不早了,先說這麼多吧。

人類航空業和失速的鬥爭還在繼續。

人們有了電傳,有了襟翼縫翼,有了警報和新的臨界機翼。

而失速,也在隨著人類的改變變得越來越少。

我們有了設備,有了新方法,有了新的體系,我們也就更加的安全,這,就是航空業的進步。」————鮑勃·本森,NTSB調查主任。

2019.9

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