飛機失速了是什麼樣的?會翻個底朝天嗎? - 飛行訓練科目筆記 | 空域篇 - 失速

2021-02-09 五花肉愛飛行

   什麼是失速?

失速,是翼面攻角超過失速攻角後,翼面所產生的升力大幅下滑、阻力大幅增加的現象。

當翼面超過失速攻角後,通過上翼面的氣流被打破成紊亂狀態,無法平整地附著在翼面上。因此翼面失速時,伴有抖動,這抖動會通過翼面傳導到機體座艙,被乘員所感受。由於攻角過高,機翼的受風面積較大,因此阻力大幅上升;因為平整附著在機翼上表面的氣流被打破,伯努利原理不再起作用,升力大幅下滑

這段視頻是從youtube截屏下來的,拍攝者在上翼面布滿繩子,直觀地反映了翼面失速時的氣流紊亂狀態:

視頻中可見攻角逐漸增大的過程中氣流越來越紊亂;另外,飛行員在失速過程中錯誤碰了副翼,是錯誤示範。

從事態發展上看,正常情況下,失速是慢飛進一步降低空速後的新發展階段。當慢飛的空速減小、攻角繼續增大,超過失速攻角時,慢飛就發展為失速。

慢飛 ---> 失速 ---> 失速尾旋/俯衝螺旋

當然,任何其他飛行狀態下翼面攻角達到失速攻角都會導致失速。

失速科目訓練的重要意義不言而喻,失速是航空器最危險的特情之一,不但失速本身極其危險,而且不正確的改出動作會導致失速發展成另外兩種更致命的險情。因此,飛行人員必須學會進入失速、識別失速、改出失速。

   失速時的飛行特性

失速可以發生在任何空速、任何飛行階段,但必定發生在失速攻角。這句話的實操含義是:正常怠速失速速度可能在三四十節左右,但如果在大坡度轉彎中,失速速度可能在七八十節左右,因為飛機在更大的空速可以達到失速攻角。

那麼,一段飛行中飛機需要經歷各種階段,起飛,離場,平飛,下降,著陸,以及所有以上階段的轉彎。我們如何在訓練中模擬真實情景中的失速呢?把所有情景分類組合後,飛行訓練的失速科目可以分為以下三種:

無動力失速,適用於模擬著陸的拉平、平飄階段的失速,以及較大下滑角中飛越跑道頭之前就收光油門的情景。比如油門收光之後帶飄(Balloning)/拉平高度過高(Flare Too High),且未採取有效改出措施,飛機失速後拍在跑道上;

半油門失速,適用於模擬進近著陸(Arrival Stall)或起飛離場(Departure Stall)時失常仰角導致的失速;

轉彎失速,適用於模擬任何轉彎中的失速,尤其是本場起落航線轉彎中的失速。

無論是哪一種失速,都有這些共同點:失速時機體抖動掉高度、同時可能伴有機翼下沉(也可能沒有),取決於失速時兩邊機翼的攻角是否大小不一。如果出現機翼下沉,蹬反向舵來恢復機翼水平(左機翼下沉則蹬右舵,右機翼下沉則蹬左舵)。

另外,無論哪種類型的失速,在完成改出動作後,都需要爬回進入科目時候的高度。嚴禁在空速還未穩定在安全爬升速度的時候過快拉杆建立爬升,否則會發展為二次失速(Secondary Stall)。由於二次失速發生的高度低於進入科目的高度,可能導致失速徹底不可挽救。

圖中上方軌跡為錯誤示範,下方軌跡為正確軌跡

由於失速時機翼效能極大降低,因此副翼被認為在失速中變得不可靠(在慢飛階段副翼效能已經大打折扣)。另外,失速時,若錯誤使用副翼,會導致航空器徹底翻覆進入俯衝螺旋,徹底從失速發展為另一個更危險的狀態。因此,失速的進入和改出,全程禁止使用副翼(禁止做壓杆操作,全程保持杆中立)。

下面具體分類討論。

   無動力失速

無動力失速是失速訓練中學員第一個接觸並學習的失速科目,在平飛狀態下,油門回收至怠速,柔和帶杆維持高度直到失速、掉高度並改出,期間不動副翼、靠蹬舵維持機翼水平。

進入和改出程序:

1、HASEL check完成(即高度、非聚居區地域、鬆散件固定、引擎和駕駛艙總檢查、航空器避讓檢查,點此跳轉看詳細);

2、進入前,識記進入高度,在航向正前方選取地標參照物;

3、油門柔和收至怠速,柔和帶杆維持進入高度,右舵維持航向和機翼水平,不碰配平,不壓杆;

4、指示空速在失速速度+5到+10之間航空器失速警告汽笛會想起,喊出「即將失速」(Approaching Stall);

5、宣告「即將失速」後,切實拉杆到底並帶住,不壓杆,修正舵量維持機翼水平,此時可能開始掉高度;

6、航空器開始抖動、掉高度或高度以更快速度往下掉,可能有一邊機翼下沉,在這個瞬間喊出「失速」(Stalled);

7、改出:松杆至略微低頭姿態,油門第一時間補滿,蹬反舵將機翼恢復水平(如果出現機翼下沉);

8、空速確認處在綠色區間並持續增加,柔和帶杆建立最佳速率爬升(塞斯納172R為仰角8度左右的姿態),回到進入高度並改平,動作完成。

特性解析:

無動力失速是最容易最簡單的一種失速,通常很少會出現機翼下沉,機翼在接近失速時容易維持水平,在進入失速後也一般是水平狀態。如果改出足夠及時,高度只會掉200英尺左右。

   半油門失速

在掌握了無動力失速後,下一項就是半油門失速。模擬的是進近和離場階段的失速,一般進近多一些,並且會要求學員設置進近著陸構型。在平飛狀態下,油門回收至1500轉,柔和帶杆降低空速並打20度襟翼,在空速降低的過程中,航空器會抬頭進入爬升,並且發動機轉速會開始降低,根據考試員的要求補轉速至1500或者不補。直到航空器失速,飛機會從抬頭狀態迅速往下掉,伴隨著改出動作的進行,在半油門的狀態下,高度會掉得更多。除此之外,半油門失速由於帶了動力,單發螺旋槳引擎在攻角增大的情況下,左偏側效應也會增強,扭矩也比怠速時更強,需要更大的右舵舵量來維持機翼水平,這使得航空器進入失速的瞬間穩定性非常差,最終的結果是導致一定會發生機翼下沉。另外,由於設置了襟翼,相對氣流被偏轉向下,方向舵的有效性進一步減弱,給失速改出動作的進行製造了更大的難度。因此,強烈建議改出動作必要情況可以蹬滿舵。

總結:相比於怠速失速,半油門失速會導致:

1、更大幅度更快速度的丟失高度

2、一定會發生機翼下沉;

3、保持操縱和改出的難度更大。

應對:

1、將機頭推出俯角的同時滿反舵制止機翼下沉;

2、全程下意識強迫自己維持杆中立,並在姿態穩住的第一時間補滿油門

進入和改出程序:

1、HASEL check完成;

2、進入前,識記進入高度,在航向正前方選取地標參照物;

3、油門柔和收至1500轉,柔和帶杆降低空速,此時航空器開始緩慢爬升,右舵維持機翼水平,不碰配平,不壓杆;空速低於110節(白線)時,打10度襟翼;低於85節時,打20度襟翼;

4、指示空速在失速速度+5到+10之間航空器失速警告汽笛會想起,喊出「即將失速」(Approaching Stall);

5、宣告「即將失速」後,切實拉杆到底並帶住,不壓杆,增大右舵維持機翼水平;

6、航空器開始抖動、掉高度或高度以更快速度往下掉,左機翼或右機翼出現迅速下沉,在這個瞬間喊出「失速」(Stalled);

7、改出:推桿蹬滿反舵同時進行,防止航空器進入失速尾旋,一旦穩住航空器姿態,第一時間把油門補滿;

8、空速確認處在綠色區間並持續增加,柔和帶杆建立最佳速率爬升(塞斯納172R為仰角8度左右的姿態),確認正上升率、高度表讀數遞增,襟翼收至10度;5秒後再確認正上升率、高度表讀數遞增,襟翼收回0度,回到進入高度並改平,動作完成。

特性解析:

和怠速失速相比,半油門失速最大的特性是一定會有機翼下沉,如果不在改出時及時蹬反舵,航空器會進入失速尾旋。因此,儘管改出的三個動作總共只需兩三秒即可完成,但順序必須調整:蹬反舵必須和推頭同時進行,確保航空器姿態穩定(不會進入尾旋)之後,第一時間補滿油門。因此,半油門失速會有更大的高度丟失(比如進入高度3000英尺,爬到3150英尺開始失速,掉到2700英尺完成改出),因為失速的時候本身會掉兩百英尺左右,推頭的時候還帶著半油門的動力,又會往下掉兩百英尺左右,失重感會加劇,需要克服恐懼心理。

   轉彎失速(平飛、下降、爬升)

轉彎失速在失速的不同科目裡心跳指數最高,危險指數最高,進入失速尾旋的概率最高。因此私照學員一般不教轉彎失速,至少不在最開始教,哪怕教了也只會體驗一下就過去了。

但是,轉彎失速是日常飛行活動中最容易意外進入的失速類型,因為轉彎時飛機帶有坡度,過載比平飛時高,高過載提高了失速速度(也可以理解為轉彎時機翼會在更大的空速下達到失速攻角)。初學還未放單的學員,如果轉彎沒有學好,沒有在壓坡度和蹬舵的過程中協調地拉杆,等到高度掉了、上升下降率出現誤差後猛得一帶杆,非常容易使飛機瞬間在轉彎中失速。如果改出方法不妥當,可能導致失速發展成失速尾旋。更何況,這樣的情景一般發生在起落航線中,學員著急三轉彎、著急四轉彎,猛得把杆一帶,加上本來高度就低,很容易發生致命事故。

不同情況下的轉彎失速,性質上有截然不同的區別。這裡分成兩類:

1、平飛/下降中的轉彎失速

平飛或下降轉彎中,向心側的機翼所接收到的相對氣流速度比離心側的機翼更大,向心側機翼會比離心側機翼先失速。試想一下在三轉彎四轉彎當中猛得一帶杆,向心側機翼先失速並發生下墜,如果一慌一愣,抱住杆不肯松,就真的尾旋了。

看看下面這個視頻,就是下降轉彎失速的典型,從視頻可以看出來就是飛行員可能因為緊張所以沒有意識到自己處在轉彎失速,完全沒有任何改出動作,向心側機翼發生下墜,飛機不但失速了,而且進入了尾旋,只不過離地高度不高,沒有轉過完整的一圈而已。

但是,日常平飛和下降轉彎失速的發生概率比爬升轉彎要小,因為平飛和下降轉彎中,向心側機翼的氣流更大,升力更大,有把飛機拉回水平的趨勢。因此平飛和下降的轉彎失速一般不考。如果考試中要考轉彎失速的話,一般是考爬升中的轉彎失速。

2、爬升中的轉彎失速

爬升中的轉彎和平飛/下降則相反,離心側的機翼接收到的相對氣流速度比向心側機翼要大,在爬升中,離心側機翼有把飛機坡度不斷拉大乃至掀翻的趨勢。因此爬升中的轉彎失速先發生在離心側機翼,發生機翼下沉的也是離心側機翼。這會導致爬升轉彎中的飛機在失速後翻覆到轉彎的相反方向。

看看下面這個視頻,迫降中的飛行員為了對準這條路進行迫降,卻沒有提前計劃右轉對準,然後一著急就做了個大坡度轉彎,中間猛得帶杆,使得下降中的飛機重新進入了爬升,空速迅速減小,然後離心側(左側)機翼先發生下墜,飛機翻覆到左側並墜毀。

綜合平飛/下降轉彎和爬升轉彎的區別後我們可以認為:平飛/下降轉彎失速後果更危險,但比爬升轉彎更不容易進入失速,因為平飛或下降轉彎中飛機趨向於恢復機翼水平;爬升轉彎比平飛/下降轉彎更容易進入失速,因為飛機趨向於擴大轉彎坡度,但比平飛/下降轉彎的失速有較大的安全冗餘。因此從發生概率和實際安全裕度上綜合考慮,爬升轉彎的失速在商照考試中出現概率大一些。

進入和改出程序(爬升轉彎失速):

1、HASEL check完成;

2、進入前,識記進入高度;油門柔和收至1500轉,柔和壓坡度至15度的同時柔和帶杆進入爬升並降低空速,此時航空器開始緩慢爬升;

3、建立好坡度和爬升後,下意識維持杆中立,持續柔和帶杆增大仰角,蹬舵維持球中置,但不做強求;

4、指示空速在失速速度+5到+10之間航空器失速警告汽笛會想起,喊出「即將失速」(Approaching Stall);

5、宣告「接近失速」後,切實拉杆到底並帶住,下意識維持杆中立,蹬舵維持小球中置,但不做強求;

6、航空器開始抖動,飛機迅速往離心側翻覆(轉彎的相反方向),在這個瞬間喊出「失速」(Stalled);

7、改出:推桿蹬反舵同時進行(如果需要,蹬滿反舵),防止航空器進入失速尾旋,一旦穩住航空器姿態,第一時間把油門補滿;

8、空速確認處在綠色區間並持續增加,柔和帶杆建立最佳速率爬升(塞斯納172R為仰角8度左右的姿態),回到進入高度並改平,動作完成。

特性解析:

失速訓練中禁止使用副翼,並要求始終保持機翼水平,這使得學員在操作轉彎失速時非常不舒服,飛機帶著坡度,還要往上帶杆,進入尾旋的危險性非常大。恐懼心理的支配下可能會發生誤操作。但如果把事情一碼歸一碼分清楚,就可以破解恐懼情緒:坡度是穩定的,一旦建立好,不會輕易改變,儘管坡度有很小的改變傾向;另外,爬升中的轉彎失速,外側機翼會先下沉,在這個過程中飛機會從轉彎的方向翻覆至反方向,中間會經過機翼水平的瞬間,如果推頭+反舵操作及時,甚至可以把飛機穩定在巡航姿態並改出。識記了這一點,即可破解恐懼情緒,掌握爬升轉彎失速的改出要領。

部分考試員會要求學員在進入科目的時候設置進近著陸構型,參照「半油門失速」補足構型設置步驟,其實和本場的三轉彎四轉彎相同。

   考試中常見錯誤

1、失速改出時無法克服本能,使用副翼滾轉機翼至水平。若操作失範,會導致飛機進入俯衝螺旋(下篇會講到);

2、蹬舵克服機翼下沉時,因為緊張或任何原因蹬錯舵,導致飛機進入失速尾旋(下篇會講到);

3、未宣告「接近失速」和「失速」,考試員無法確認學員有能力識別失速前徵兆和失速,導致掛科;

4、未及時補滿油門,導致高度丟失超過規定範圍;

5、未完全進入失速時就宣告失速並改出,導致掛科;必須完全進入失速(抖動、丟高度)才能改出,否則算作弊);

6、在進入失速前,蹬舵修舵的反應太慢,以至於航空器進入失速前就已經失去機翼水平,平白無故給自己增加了改出難度和危險性。

   日常飛行中的預防措施

1、正確分配注意力,管理好姿態和油門,同時恰當分配注意力掌握空速信息;

2、在任何轉彎中,推拉杆的動作要儘量柔和,在建立轉彎和退出轉彎的過程中儘可能地同步、協調;

3、下降改平切記油門第一姿態第二,平飛改爬升切勿忘記補滿油門;

4、下降轉彎坡度避免超過30度,爬升轉彎坡度避免超過15度;

5、任何慢速飛行的特性都可視為失速前徵兆:失速告警汽笛、空速低迷、高攻角、副翼和方向舵反饋弱等,pay close attention to them!

   附:著陸帶飄(Balloning)/拉平過高(Flare Too High)的改出

這兩種情況都會導致飛機在離跑道較高的高度(10 - 15英尺)左右失速,並拍在跑道上,正確的改出程序為:

1、帶住杆不要松,不要增加帶杆量,更不能松杆

2、飛機會結束緩慢的爬升而後轉入平穩下沉;

3、下沉至正常的拉平平飄高度時增大帶杆量,帶出著陸姿態

4、如果空速不足,可增加少量油門,並在接地前收光

5、改出完成,正常著陸。

還有一種方法,可以不冒任何風險,那就是不論發生了什麼,直接復飛

無論著陸階段發生任何的非穩定進近(Unstablized Approach)拉平過高(Flare Too High)拉飄(Balloning)著陸彈跳(Bouncing)海豚跳(Porpoising),第一時間指揮航空器復飛(油門補滿恢復一邊爬升)。

從實際運行角度,為了不冒任何風險,公司和航校有理由要求機組和學員在發生任何進近和著陸失誤時無腦執行復飛(我的第一個航校Toronto Airways Inc就是這麼做的),這也符合八該一反對中的第一條:該復飛就復飛;

但從飛行訓練的角度,航校和飛行教員應該在教學中覆蓋著陸失誤的情景和對應的改出方法,這是絕對必要的。試想學員在單飛或日後參加運行時,在執行迫降的過程中不小心發生著陸失誤,那可沒有任何復飛的機會,必須會改出,才能抓住這唯一一次著陸機會。

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