航空百科:飛機空速管堵了會咋樣?

2020-12-04 航空之家AH

司古如是說/ 雲端春秋

當飛機在爬升或下降中(有時候也可能在作業高度)穿越過冷水區域時很可能遭遇結冰現象。冰層如果附著在飛機主翼和尾翼等升力面上,就會破壞飛機的氣動特性,嚴重時可能導致飛機失控;如果結冰發生在飛機空速管這類大氣數據傳感器的開口部位,也會造成無法準確測量大氣數據,給飛行員操作帶來嚴重安全隱患。

空速管通過測量迎面氣流的壓力來衡量速度,這個道理並不算複雜。

冰層如果逗留在機翼部位,機翼就無法正常產生升力,這個道理應該不難理解。但是空速管如果結冰,究竟會產生怎樣的後果,可能有些人就不明就裡。說起來,小小的空速管結冰還是個非常值得探究的問題,這一切都和空速管的功能相聯繫。我們知道空速管是幫助你測定飛機空速的裝置,一旦它們結冰,空速的測定也就出了問題,說白了就是測不準了。那麼空速測不準這種問題嚴重麼?

您還真說對了,空速測不準對於飛機而言絕對比跑車更可怕,跑車速度測不準,基本上出不了大事兒,因為你可以根據地物的相對位移速度推測車子的實際速度。即便你推測不出來,也盡可以停車檢修。速度不準不至於立即讓您翻車或撞車。但是飛機就完全不同,首先你沒法從1萬米的巡航高度上通過地物位移推斷速度,更要命的是,飛機的速度與飛機的合理構型、操縱手段/響應以及升力水平都密切相關,速度可謂是牽一髮而動全身的關鍵技術參數。要知道飛機與跑車不同,跑車沒速度可以停在道邊,飛機沒速度就會變成秤砣。

空速管通過軟管連接到膜盒來衡量壓力,另外靜壓孔也有專門的膜盒來衡量。

先進的顯示系統也要依託這種基本的壓力測量方式來換算速度。

如果想要知道空速管結冰之後究竟會造成怎樣的後果,你必須首先弄清楚空速管是如何工作的。你肯定有過跑步的經驗,你也肯定知道,自己跑動的速度越大,你的臉上身上感受到的風也就越大,這就是大氣產生的阻力,在空氣動力學上這種阻力有一個學術名字——動壓(Dynamic Pressure)。飛機也是如此,在空氣中高速運動的飛機,會遭遇大氣對其施加的強大阻力,通過測量動壓的大小,就能測得你相對於空氣的速度,對於飛機而言,這個速度就叫做空速,英文叫做AIRSPEED。但是要想測量到準確的動壓並不容易,因為動壓無法直接測量,要想測量足以換算出速度的動壓,你必須首先排除靜壓(Static Pressure)的幹擾。

飛機上的空速管測量到的是一個混合壓力,也就是動壓和靜壓聯合的結果。如果你的飛機還停在跑道邊,那麼空速管測到的壓力只有靜壓(嚴格地說,前提必須是沒有狂風迎頭吹向空速管),如果飛機開始滑行,那麼空速管測到的就是混合壓力。

坐在駕駛艙裡,你面前儀錶板上那塊速度表,無論是機械指針式的還是炫酷的數字液晶式的,其內部機理都是一樣的:它們就是通過把空速管測得的組合壓力與真實靜壓(機身上有好多用於測量靜壓的開口,稱作靜壓口或靜壓管)進行比較,換算出真正的動壓,再依據空氣動力學公式轉換成空速(那個公式不算太複雜,十分鐘應該能記住)。

純粹的動壓力=混合壓力–靜壓力,這個數值與飛機空速成正比。所以空速顯示系統必須在面板後把這道小學生都能算的加減法做好。

如果空速管總壓孔和靜壓孔全部阻塞,那問題就來了。如果阻塞得十分徹底,那速度表指針會僵在某一個位置,或者歸零位,也可能緩慢地移動,但完全「不按常理出牌」。

如果靜壓孔阻塞而空速管總壓孔暢通,那意味著你的混合壓力正常,但靜壓卻出了麻煩。如果周圍氣壓沒有發生變化,你的飛機也沒有爬升或下降,就維持平飛狀態,此時你的空速顯示還能正常。但是一旦你進入爬升或下降,問題就變得複雜起來。

如果爬升,那麼隨著飛機高度的升高,大氣靜壓應該隨之降低。但由於你的靜壓孔被堵塞,那麼孔內的壓力會依然保持在較低高度的水平,也就是說靜壓孔測出的靜壓比實際偏大。這樣以來,空速管用混合壓力減去「測定靜壓」所得到的動壓就會偏小,由此換算出的空速也就會低於實際空速——嚴重時候這種過小的錯誤空速可能會觸發失速警告,想想多可怕!如果飛機下降,一切則正好相反,測定靜壓會比實際靜壓偏小,測定動壓相應偏大,換算空速會比實際空速更大。想想看,此時民航飛行員可能發現客機的速度正昂首逼近音速!

如果空速管總壓孔堵塞,而靜壓孔暢通,那麼情況又完全不同。在空速管結冰堵塞時,還會因結冰覆蓋部位的不同發生已下幾種可能性。

先要說明的是,空速管上開有很小的洩水孔——如果有水進入或水汽凝結在組合壓力腔內,這些孔可以把水排出去。有些空速管內部本身就附帶有靜壓口/孔,但大多數運營飛機都會在機身兩側設置獨立的靜壓孔來測量靜壓,以保證數據的準確性和冗餘性,因此空速管內部的靜壓孔有時並不會被接通到傳感器。

如果空速管完全被冰封,那麼混合壓力等於被固化。如果飛機爬升,那麼空速顯示會偏大,如果飛機下降,那麼空速顯示又會偏小。

如果迅猛積累的冰層覆蓋了整個空速管外部,而靜壓孔保持倖免,那麼你的混合壓力等於被凍結了,無論您是加速還是減速,速度表都像殭屍一樣紋絲不動——前提是你的飛行高度保持不變的話。如果你進入爬升,倖免的靜壓孔測得的靜壓會開始下降,而空速管內的混合壓力中的靜壓力因為冰封保持不變,傳遞給空速表的修正動壓也就會偏大,空速顯示就偏大。這意味著你飛得並沒有速度表顯示的那樣快。如果下降,那麼速度表會顯示給你一個偏低的速度,你飛得比速度表顯示得要快。

如果冰層僅覆蓋了空速管的進氣口,而排水孔和靜壓孔仍然暢通,那麼情況又有所不同。這種情況下,空速管事實上變成了一個不夠精準的靜壓管。此時空速管測得的「虛假混合壓力」實際上基本等同於靜壓,這樣的數值再減掉正常靜壓孔測得的靜壓,結果基本接近於零,甚至有時是負數。此時你的速度表顯示給你的應該是一個極小到匪夷所思的數值,你可能會以為你是在步行、騎自行車或是開汽車。當然,失速警告可能正在咆哮不止。

如果靜壓孔被冰封,那麼飛機爬升時,顯示空速會因為虛高的靜壓而變得低於實際空速。

如果冰層覆蓋了整個空速管和全部靜壓孔,其結果並不難預測:所有的壓力都被「封裝」了,你的空速表會僵硬地停留在某一個位置。無論你上升還是下降,加速還是減速,都不能讓殭屍般的指針復甦。

保持空速管和靜壓孔清潔和不被阻塞是件大事情。並不是只有結冰會阻塞這些至關重要的傳感器數據源(啟動空速管加熱裝置可以有效對付結冰危險),外來的灰塵、碎屑、蟲子等異物也會惹大麻煩,記得使用口蓋並及時檢查清理。

不要忘記,許多飛機的靜壓孔是沒有防冰裝置的,雖然靜壓孔不止一個,但結冰等危險仍不能完全排除,要千萬小心,避免進入結冰環境。如果你的飛機有獲準挑戰結冰環境的資質,那沒關係,您的空速管和靜壓孔肯定有把握應付這種環境。

空速管有多重要?看看它的聯通儀表。空速表、升降速度表和高度表都要依靠它來提供數據。如果它被冰雪凍僵了,就麻煩了。

總之,善待飛機上這些小管子和小開口,它們直接關係到你對飛機狀態的掌握,操縱手段的選擇,處置措施的決策,和你及飛機上所有人的生命安危。極端案例?其實挺多。2009年法航AF447航班,就是因為空速管被冰晶阻塞造成兩側空速讀數不一致,結果計算機斷開自動駕駛,交給人工造作。兩名飛行員又沒能及時執行空速顯示不一致的應對操作,結果手忙腳亂一頓折騰,把飛機硬是弄失速了,3分多鐘時間裡從萬米高空直墜大海,全機人員罹難。

空速管在飛機上有很多,就是為了保證互為備份。

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