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飛機失速是什么?很多空難都是由于失速引起
失速,一直隨著民航業(yè)走到了今天。從萊特兄弟發(fā)明飛機以來,失速這個問題一直困擾著航空業(yè)者們。
很多空難都是由于失速引起,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么簡單,所以,今天就把整個“丟失升力”都給講一下。個人講的太復雜,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
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(比如沖-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(xiàn)出來了失速的致命性。
按照通俗易懂的話來說,失速,相當于“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大于重力g,飛機才能飛起來。
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小于重力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。
在上面的這張圖里,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(xù)增大,達到一定程度的話,那么氣流就不會從機翼上面流過,導致上發(fā)壓力驟然增大,下方壓力不變,升力減小,極容易導致失速。
升力和攻角的關系大概如上圖所示,到12度的時候,機翼的升力達到頂峰,隨即慢慢減少。
對于以上這種攻角過大而引起的失速,我們可以象征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。由于副機長博南的錯誤操作,客機以5度的攻角和只有50節(jié)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。
由于傾斜角(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。此時由于f1小于重力g,即使f3大于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,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于嚴格的“失速”范疇。
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...
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飛機失速是由什么導致的?2019年一架客機剛剛起飛6分鐘就墜毀
2019年3月10日埃塞俄比亞航空公司一架波音-737max客機剛剛起飛6分鐘就墜毀,這也是半年以來該型客機的第2次墜毀,引發(fā)了人們對于同型號飛機安全性能的擔憂,波音-737max飛機上一款避免飛機失速的輔助系統(tǒng)受到了質疑。
不管是戰(zhàn)斗機還是民航機飛行時最大的危險莫過于飛機失速陷入尾旋,尤其是對于大型飛機來講一旦飛機失速尾旋通常沒有改出的機會,而飛機失速通常是由于飛機迎角過大或者速度過慢升力不足導致的。飛機的起飛依靠的就是機翼上下表面空氣流速的不同產生升力,而飛機速度不夠或者大迎角狀態(tài)下機翼的升力可能會大幅降低,導致飛機突然下降高度一邊俯沖一邊旋轉。所以不管是戰(zhàn)機還是民航客機都要竭力避免速度過慢或者迎角過大達到失速的臨界點,但飛機終究還是要靠人來駕駛的,是人就可能會犯錯,就可能把飛機帶入危險的境地。
對于戰(zhàn)斗機來講現(xiàn)代戰(zhàn)機機體輕盈,動力強悍,尤其是配備了推力矢量發(fā)動機的戰(zhàn)機本來就可以做出過失速機動動作,即便是失速尾旋也可以依靠強大的發(fā)動機迅速改出,基本上不存在失速尾旋機毀人亡的案例。一些大型軍用飛機如運輸機、加油機在低空飛行表演時一些飛行員如果轉彎過猛的話也會使得飛機升力不足而失速墜毀,在高空飛行時只要按照操作規(guī)程上面要求的速度飛行就不會失速,時至今日失速尾旋也成了一些航展上表演的特技動作。
而對于民航客機來講只能依靠一些設備提醒飛行員注意速度過低或迎角過大造成失速,通常情況下迎角過大失速的概率要遠大于速度過小造成的失速。所以波音-737max型號上就有3個傳感器用來檢測飛機迎角是否過大,一旦傳感器檢測到迎角過大可能會失速時會自動壓低機頭使飛機回到平飛狀態(tài)。按道理說這樣的設置也沒有任何的問題,可壞就壞在傳感器可能會誤報,當傳感器發(fā)生誤報自動壓低機頭時本來平飛的飛機就會陷入俯沖狀態(tài)。這時飛行員面對突如其來的俯沖除了努力抬升機頭外還需要判明問題所在,這時人和自動化系統(tǒng)的博弈就開始了。
如果飛行員此時還沒有發(fā)現(xiàn)問題的話人還是斗不過自動化系統(tǒng)的,畢竟那些冷冰冰的機器是沒有人情味也聽不懂人話,這樣一來原本用來避免飛機大迎角失速的自動化設備這時卻成了危害機組和乘客生命安全的殺手。
只要飛行員不耍酷軍用飛機的失速問題基本上不存在了,倒是一些飛機為了試驗性能有故意進入失速再改出來的科目。而要解決客機失速問題最好的辦法就是最大程度減輕客機重量的同時為客機配備推力更大的發(fā)動機,但這樣一來飛機成本也會不斷提高。因而民用飛機失速問題還需要花費很大的時間和精力去解決,我們也相信總有一天人類航空器會徹底告別失速帶來的風險,讓過失速機動真正成為飛行表演的藝術。
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