當飛機失速時會發生什麼?

2021-01-09 飛行視界

「Stall, Stall,Stall……」,在觀看空難紀錄片《空中浩劫》和一些航空災難電影時,經常會聽到這種連續且不可取消的機組告警。重複播放的Stall語音告警提醒飛機已經處於非常危險的境地,需要飛行員立刻執行應急程序以防止災難性墜機事故的發生。

Stall的意思是失速,意味著飛機進入了失速狀態,即飛機當前的升力已經無法維持與飛機本身重量之間的平衡,造成飛機下墜。

飛機失速會造成嚴重的後果

什麼是失速?

當飛機飛行時,機翼上下表面產生的空氣壓力是不同的。關於飛機如何建立起升力涉及到流體力學,空氣動力學多學科的知識,在這裡不做贅述。簡單地說,機翼下表面產生的壓力比通過機翼上表面的空氣壓力高,由此產生了升力並「拖著」飛機向上。

然而,當飛機迎角增大時(迎角即飛機機翼與迎面而來的空氣之間的角度),機翼就相當於在水平的空氣流動中插入了一塊豎直的平板,導致原本經過上翼面的氣流無法連貫而產生分離。分離的氣流在帶動下最後會在原本到高低壓氣流的交匯處形成封閉的渦流。而在渦流中的氣體壓力是一樣的,所以導致飛機升力的減小。

機翼達到臨界攻角原理簡圖

那麼,一旦這個封閉的渦流達到一定的質量,就會抑制飛機升力的產生。飛機達到失速狀態的角度稱為臨界攻角,一般都在15度以上,所以飛機很少以很大的迎角起飛或降落,就是為了防止造成飛機出現失速。因為如果沒有了升力,那麼無論飛機的發動機有多麼強勁的推力,飛機當時的飛行速度有多快,飛機都會開始墜落。

當一架客機失速時會發生什麼?

客機一般會在三種情況下出現失速情況。

在起飛和著陸過程中,由於飛機本身的空速較低,同時飛機的迎角又較大,升力較小,是出現失速最常見的過程,尤其是當飛機處於起飛後轉彎和進近時。

當飛機在降落過程中出現特殊情況,而執行「復飛」程序重新爬升時,也可能發生失速現象。因為飛行員此時必須將飛機從降落的低空速迅速轉換到拉伸的高空速狀態,同時也需要調整迎角使飛機轉彎以偏離降落跑道。

最後一種情況是,當機翼結冰、或被其他材料覆蓋時,相對更粗糙的表面會產生更大的迎角,使飛機更容易出現失速。這也是為什麼飛機的防冰系統影響著飛控系統的原因。

機翼結冰會增加飛機失速的可能性

在冬天,某些高寒區域的機場,飛機出現起飛延時是家常便飯的事,因為飛機在起飛前必須要經過除冰程序,保證飛機起飛時不會出現失速現象。

雖然每一種失速情況都不太一樣,但出現緊急情況後的解決方案是類似的,一般的程序就是讓飛行員降低飛機機頭,從而減小迎角,同時提高速度。

飛機失速對乘客有危險嗎?

那麼,飛機失速是否會給乘客帶來重大風險?經歷過模擬失速訓練的飛行員在現代高科技駕駛艙儀表及計算機的幫助之下,能否讓飛機迅速從失速狀態恢復呢?

戰鬥機失速墜毀

前者是肯定的,而後者的答案卻是否定的。

我們只需要看看2009年法航447航班,就可以知道當一架商用飛機遇到失速情況時會發生什麼。

這架空客A330飛機在從巴西裡約熱內盧飛往法國巴黎的途中,因為空速管結冰而導致空速傳感器失效,機組人員在駕駛艙無法收到明確的空速信息,而飛機的自動駕駛系統也因為無法得到有效的信息而斷開。慌亂之後一名副飛行員錯誤地加大了飛機的迎角,抵消了正駕駛的正確操作,造成飛機一直處於失速狀態。最終,飛機墜入了大海,216名乘客和12名機組成員全部喪生。

法航A330客機(並非出事那架)

世界航空業從這次事件中吸取了幾點教訓:

首先,警告信息未能提醒機組人員或是警告邏輯還不充分,讓機組人員收到了錯誤的反饋信息。當飛機的迎角太大,超越告警信息的邏輯界限時,沒有出現相應的額告警。而當飛行員放下機頭時,由於迎角數據變得看起來更加「合理」,所以失速警報又重新響起。

其次,飛行員面對高空飛行過程中空速指示丟失情況的訓練不足。錯誤的空速讀數告訴飛行員他們的飛機處於失速狀態。如果飛行員經過訓練,在失速時將機頭放回水平位置,空速就會隨著較低的迎角而增加,這樣,飛機將保持在空中,也就避免了這起事故的發生。

自事件發生以來,空客公司已告知各航空公司更換A330和A340上至少一半的傳感器,以確保它們不會結冰。

同時,這一災難性事件目前現在也是飛行員培訓過程中必修課。

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