飞机复杂状态的分析及改出操作.docx

飞机复杂状态的分析及改出操作中国南方航空公司飞行技术部总经理、机长冯华南飞机复杂状态的定义飞机复杂状态是飞机在飞行中意外地超过了在航线飞行和训练中经历的正常参数。 尽管不同的飞机型号可能有特别的数值。但飞机复杂状态大体可描述为：俯仰姿态超过机头向上25度；俯仰姿态超过机头向下10度；坡度超过45度；空速不正确。1s机进人复杂状态的原因导致飞机进入复杂状态的原因是多方面的。但大体上可以归类为环境影响、飞机部件原因、人为因素影响或这些因素的综合影响。1环境影响飞行员常需对周围环境的快速变化做出辨别和反应。这些环境也可能导致飞机复杂状 态。倒如，快速的环境变化可能是迅速从目视转为仪表气象条件在这个转换过程中，飞行员 经常容易分散注意力。有研究表明，如果机组分散注意力容易发展成飞机进入复杂状态。环境状况也可能导致目视误差，比如错误的垂直和水平目视参考。在这种情况下，仪表可 能被错误地认读，机组可能再次分散注意力。不过，环境情况最大的危险还是直接影响飞机的 飞行航径，比如飞行员可糍遇到的不同的颠簸，经常是气压变化、温度变化和风向风速剧烈变 化的标志。航空工业研究表明，进入飞机滑流区域可能导致飞机进入复杂状态；风切变也被广 瑟地认为是引起飞机复杂状态原因的一种；另外山脉地形的一面强烈向上的气流，另一面向下 的气流，也是可能影响飞机飞行航径的一十环境因素。其它环境因素也可能导致飞机复杂状态，包括雷暴和形成机身结冰的天气条件。对危险 的环境情况最好的解决办法是尽可能避免这种情况。2飞机部件原因现代飞机是非常可靠的，由于部件或设备失效引起飞机复杂状态是非常少见的，因为它有 高度的可靠性。当这些问题出现时，往往使机组大吃一惊。飞机部件问题，比如仪表故障或自1动驾驶故障，负面结果可能是直接的，比如自动驾驶故障导致俯仰变化；也可能是间接的影响， 比如机组被某个部件故障转移了注意力而忽略了对飞机的监控。其它原因包括飞行操纵不正常或系统故障引起不正常的操纵要求，如由于发动机失效、偏 航阻尼故障以及扰泷板、襟翼或缝翼、主飞行操纵或结构性故障产生的结果。3人为因素影响引起飞机复杂状态的原因必须考虑人为因素。仪表的交叉检查和认读是非常重要的，对 仪表的错误认读或过慢的交叉检查可能引起复杂状态发生。飞机复杂状态也可能是由于推力调整、自动功能或操纵输入有误，比如对自动系统不正确 的使甩或飞行员同时与自动系统相反的操作，均可能导袭意外的飞机反应。象前面提到过的，在驾驶舱内不集中注意力或注意力分散不当也可能引起复杂状态，即使 是短暂的时间。空间方向的迷失，缺乏根据地表面确定方向的能力，也是许多飞机进入复杂状态的重要因 素。另一少见的人为因素包括由于身体原因，或更少见的劫机情况下飞行员的失能。这些人 为因素都可能导致飞机进入复杂状态。空气动力分析航空公司的飞行员对飞机在正常飞行情况下的操纵性能是非常熟烈的，一般说如果俯仰 增加(拉操纵杆的结果)，则高度上升；在平飞时如果推力增加，则空速上升。在飞机处于飞行包线边缘时可能会有不同的情况。比如有可能遇到这样的情况，需要增 加推力来保持一十较低的空速，俯角的增加会降低高度。如果航空公司飞行员接受了从复杂 状态改出训练的话，他们在航线飞行中就很少会遇到因复杂状态造成严重后果情况。从空气动力理论分析，必须理解下列三条基本的概念：能量管理俯仰控制水平和方向控制1篱量管理三个能量源可以产生空气动力使飞机运动：动能，随着空速的增加而增加；势能，与高度对 应；化学能，从飞机油箱的燃油中得来。术语“能量状态”描述了飞机在任一给定时间可得到每 种能量的数量。必须意识到哪种能量在哪种情况下对飞机作用最大。由于有阻力，飞机在飞行中不断地消耗能量。阻力通常由储存的化学能在发动机中燃烧燃油来消除。着陆时则相反，机轮刹车(摩擦力)和反喷用来消除能量。 在机动飞行时。三种能量类型可以相互交换，通常是以增加额外的阻力为代价。这个有意识的产生飞机能量状态的过程被称为能量管理。空速(动能)可以转换成高度(势能)高度也 可“转换成空速，比如在俯冲时。不过，这种能量交换，必须和预计需要的能量状态达到平衡。 比如。当飞行员用高度换取速度，使飞机下降时，下俯角必须小心选择，根据必须的化学能来取 得最后需要的能量状态。2Fi_；犷瓢鬃动能可以用来转换成势能(爬升)，势躬可以变成动能，化学能通过发动机可以变成势能或 动能，但只在特定的比率。机动飞行的另一意义是管理能量，使动能保持在限制内(失速和标牌速度之间)、势能保持 在限制之内(地形一到一抖振高度之间)、化学能保持在一定标准之上(油箱中有油)。这些概 念对于飞机从复杂状态中改出具有非常重要的指定意义。在管理这些能量状态和在这些能量源中进行转换时，飞行员并不是直接控制能量飞行员 只是控翻飞机以及作用在飞机上的力量。这些力应用于飞机就形成加速度这些加速度导致 飞机方位和飞行航径或它们两者的变化。这个控捌动力改变加速度并产生一个新的能量状态的过程是需要时间的。需要的时间是 一个飞机质量和所用力数量的函数，并且遵循牛顿定律。一般大质量的飞机改变方位比小质 量的飞机需要用更多的时间由于这个更长的时间，大质量飞机的飞行员就要提前预计，保证 采取的动作最后能达到需要的能量状态。推力、重量、升力和阻力是作用于飞机上的力。机动飞行是由这些力的变化来实现的，并 由油门和飞行操纵来控翻。升力，由操纵面产生是由迎角、围绕操纵面的动力气压(是一个空速和密度的函数)和操 纵面形状及其大小决定的。如果速度和空气压力不变。迎角改变，升力也会改变。迎角增加的 话升力也按比例增加，正常情况下这种升力的增加是线性的。不过，在一特定的迎角下，由于 迎角产生的升力表现是不同的，升力并不增加。反而下降。在这个临界迎角下，在操纵上表面 流动的空气无法保持在表面上气流分离断裂表面可视作失速。气流的分离断裂及升力的失 去只取决于操纵面的迎角这与飞机的速度和高度无关。飞机失速表现方式为：抖振缺少俯仰控制能力缺少横滚操纵能力无法控制下降率 这些情况通常伴随着持续的失速警告。失速不能和警告飞行员接近失速给出的失速警告相混淆。从接近失速改出和从真正的失速改出是不同的，接近失速是一个控制之下的飞行机 动，失速是一个失去控制但尚可改出的状态。飞行操纵使飞行员髓管理作用于飞机上的力来作机动飞行，也就是能够改变飞机的飞行航径。2俯仰控制围绕飞机水平轴进行的运动叫做俯仰，通常是由升降舵来控制的。在任何特定的飞机形 态下。重量、重心、速度、所有的力都能在某十升降舵位置达到平衡。在飞行中，最容易改变的 两个因素是速度和升降舵位置，速度改变，升降舵位置也必须调整来平衡空气动力。这个新的 位置所需的操纵力可以通过调整配平装置来保持中立。飞行员要理解的一个重要的概念是如果飞行中飞机是平衡的，处在“配平”的迎角状态，由 于外力或飞行员暂时性的操作使飞行进入复杂状态，飞机会努力回到配平的迎角状态。这是 由于飞机设计中引入的水平安定作用。飞机形态的变化也影响俯仰控制。-例如，襟翼伸出通常会产生机头向下的俯仰运动，襟翼 收上通常产生机头向上的俯仰。减速扳伸出时。通常产生机头向上的俯仰运动。3推力也可以改变俯仰姿态，如果发动机在机翼下方。减少推力会产生机头向下的俯伸运 动，增加推力会产生机头向上的俯仰运动。升降舵和安定面位置的配合也影响俯仰。在正常机动时，飞行员用升降舵控制力来使升 降舵运动。然后配平安定面到一个新的位置来消除升降舵的控制力。这个新的安定面位置与 升降舵的位置要协调一致，如果它们位置不协调的话(一个向下。另一个向上)。一方可取消另 一方。出现这个情况就限制了飞机在形成或推力变化时俯仰运动的反应能力。3水平和方向控制飞机的垂直安定面保持迎风。方向舵连着垂直安定面，方向舵运动可产生力并形成围绕 纵轴的运动。这个运动叫做偏航。垂直安定面和方向舵要达到两十目的：在最需要的情况下， (大于v，)在发动机失效时控制不对称推力；在侧风着陆时产生足够的侧滑。为了达到这些目 的。垂直安定面和方向舵必须能够产生有力的偏航运动和大的恻滑角。匿绕水平轴的运动叫做横滚。操纵输入使副翼和扰漉板控制飞行的横滚率。副翼和扰流 板的运动改变了机翼的迎角改变了升力值，导致了围绕水平轴的运动。在飞机进入复杂状态下，可能需要特别大的副翼和扰流板输入量来使飞机改出。使甩全 部横滚输入后。可能有必要在需要的横滚方向使用方向舵，协调动作所需要的方向舵量取决于 飞机的类型和相应的系统。在遇到开始抖杆的迎角时，副翼和扰流板在控制横滚方面依然有效。不过，如果迎角继续 上升超过抖杆开始对应的迎角的话，机翼上表面的气流会分离断裂。一般飞机开始抖振。如 果不降低迎角在这断裂的气流条件下副翼和扰漉板可能无法一直产生足够的力，因此，在某 些机型上会产生水平轴上的小的横转。由于垂直安定面方向舵很少会气动失速，因此仍然有 可能产生力和一定横滚率下的机头转动。不过。在很高的迎角情况下飞行员在使用方向舵协助水平控制时必须非常小心。过大的 方向舵金产生过大的滑可能导致飞行逐渐失去控制。不对称的推力导致偏航和横滚运动。发动机失效导致偏航和横滚。同理。有意的油门杆 移动可以产生期望的偏航运动和横滚运动。使用不对称推力来控制横滚是难以把握的因为 时间的滞后性和油门相应的变化速率，应尽量避免，除非没有其它控制横滚的方法。一般情况 下，飞行员在飞机复杂状态下应尽量恢复对称的推力。改出技术尽管航空公司飞行员在航线飞行中很少会遇到复杂状态，但是，知道在这种情况下怎样应 用空气动力原理会帮助他们控制好飞机。从复杂状态下改出有几种技术，在大多敷情况下， 如果有一种技术有效，就不建议使用其它的技术。几种技术如下：失速改出机头高机翼水平机头低。机翼水平大坡度角d1啊r万疆硼r一1失速改出在所有复杂状态下从失速中改出是最优先的。从失遥中改出，必须降低迎角到低于失速 迎角。必须保持机头俯仰姿态直到机翼不再失逮。在某些情况下，如发动机在机翼下的飞机 上，可能有岿要减少推力来防止迎舟进一步增大，不再失速后再采用复杂状态改出动作和需 要的推力。2机头高机翼水平在飞机俯仰姿态非人为地高于上25度并继续上伸的情况下动能(空速)急剧下降。根据 前面提及的能量管理能量实际上是以势能的形成储存了起来。空速减小时，飞行员机动飞行 的能力也降低。如果安定面配平调定是使机头向上，在低速飞行中，就部分地降低了升降舵使 机头向下运动的能力。这种情况更复杂的是。空速降低时，飞行员会本能地增加推力，对于发 动机在机翼下面的飞机，俯仰就会进一步上升。在大油门低空速情况下，因升降舵与安定面运 动方向相反。在降低俯仰状态方面作用有限。在这种情况下，飞行员应当用高度的势能来交换 空逮可能必须作飞行航径向地面的机动，使用全部机头向下的升降舵和一部分机头向下的安 定面配平。这些动作必须提供足够的升降舵控制力来产生向下的俯仰率。可能很难知道到底 应该用多少安定面配平所以必须非常小心，避免使用过多的配平。当飞行员感到飞机的G 力减小或需要的升降舵力减轻的话，就应停止使用配平。大的机头向下的俯仰运动会导致小 于lG的情况。在这一点，必须通过改变操纵输入来控制俯仰率，保持飞机的G力在OI之间。 如果高度允许飞行试验已经表明要达到机头向下的有效的方法是减少一些推力，这种技术的 使用不是通过直觉的，每一个飞机运营者必须根据他们机队的机型来考虑。如果正常的俯仰操纵输入没有停止俯仰而继续上仰的话。可操纵飞机横滚带坡度，来使机 头向下应当是可行的。坡度大约需要45度，最大60度。通过慑持升降舵上机头向下的压力 给机翼卸藏，可以使机翼的迎角尽量保持最小，使正常的横滚操纵效率最高。如果空速低到抖 杆建度可以用正常横滚直到剐翼和扰漉板全部偏转。横滚的机动使俯仰率变成了转弯的机 动使俯仰降低。最后。如果正常俯仰操纵和横滚操纵无效的话，可能需要向期望的横滚的方 向小心地蹬舵来作横滚机动改出。只要少量的方向舵。；I：快、太参的方向舵或曩舵时间过长会导致失去水平和方向控制。 因为低蠢量情况飞行员用方向舵时必须小心。俯仰降低使空速增加，因此改进了升降舵和副翼的效率，在俯仰姿态和空速回到期望的范 围之后。飞行员必须用正常的水平飞行操纵减小坡度并且让飞机恢复正常飞行。3机头低机翼水平在飞机俯仰姿态非人为地低于机头向下lo度并继续降低的情况下，动能(空速)急剧上 升。飞行员可能会碱小推力并伸出减速板，减小油门会导致额外的机头向下的俯仰运动，减速 板伸出会导致机头向上的俯仰运动，阻力的增加以及在相同的迎角下升力减小。在空速高于 vMoMMo时，因为升降舵上过大的空气动力负荷。用升降舵作机头向上的俯伸移动能力会 降低。操作飞机减小机头下俯姿态，在适中的俯仰姿态，使用机头向上的升降舵、减小推力并伸 出减速板，如果有必要的话，改变俯仰姿态到期望的范围。在极低的俯仰姿态和高的空逮(高 于vM0MM0)下，可以用机头向上的升降舵和配平来建立机头向上的俯伸姿态。54大坡度角 尽管复杂状态下的坡度被定义为非人为地超过45度，但坡度有可能会超过90度。 任何时候飞机没有处于。0坡度”飞行，机翼产生的升力就不是全部用来克服重力，就需要大于1G作水平飞行。在坡度大于67度时无法在飞行手册限制的25G负载因素之内保持平 飞。在大坡度空速上升的情况下。主要的目标是通过横滚使机翼水平，使飞行的升力直接克服 重力。在坡度超过60度的情况下，用机头向上的升降舵在俯仰姿态方面不会有显著变化，还 可能会超出正常的结梅限制和机翼的失速限制。升力矢量越接近垂直(机翼水平)，应用的G 在飞机改出方面就越有效。平稳地逐渐使用水平操纵应该提供足够的横滚操纵力来建立横滚 控制。如果使用全部水平操纵量仍不能令人满意可能需萎借助横滚方向的方向舵。只曩要少量的方向舵。太快、太多的方向舵或曩舵时间过长会导致失去水平和方向控制。 机头高，大坡度 机头高，大坡度的复杂状态需要谨慎的飞行操纵输入。大坡度在降低过度的俯仰姿态方面有帮助。飞行员必须考虑到能量管理，用使机头向下的升降舵并且调整坡度来达到希望的 俯仰姿态。当俯仰姿态降到希望的数值上时，再逐步减小坡度，保证有足够的空速，使飞机恢 复平飞。机头低，大坡度机头低，丈坡度的复杂状态需要飞行员立即采取行动，因为势能(高度)正迅速地在转换为 动能(空速)。即使飞机在足够高的高度，不会马上撞地。但空速可能会迅速增加，超出飞机的 设计限制。同时使用横滚和推力调整是有必要的。可能要用使机头向下的升降舵来限制升力 值