AA82276761 2014-10-31 01:37
飛機失速
2013年4月29日，一架貨運型波音747飛機，在阿富汗美軍基地起飛後墜毀，從飛機墜毀過程的視頻看，這是一起失速引發的起飛階段飛行事故，聯想到近年來頻繁發生的戰鬥機失速事故，人們似乎容易產生這樣一個疑惑：我們對失速的了解到底有多少，失速的理論和技術問題真正解決了嗎？
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波音747在爬升中失速，然後就一頭栽向地面
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起飛後不久，當飛機剛剛爬升到1200英尺(370米)空中時，機組人員接到報告，貨艙內停放著的五輛重型軍用車從固定位置脫落掉落到飛機尾部，造成飛機重心後移，並失速墜毀，機上7名機組人員全部遇難
談到失速，還要從人類的早期航空實踐說起。在上世紀20年代之前，人類還處於飛行的蹣跚學步階段，那時，由於飛機技術的落後和人們對飛行知識的缺失，失速所引發的飛行事故司空見慣的，“失速”這種伴隨飛行而來的“死亡夢魘”，成為阻礙飛行事業發展的“技術之謎”。隨著大工業的蓬勃興起，航空製造業由早期的作坊式經營演化成大工業的生產模式，在前蘇聯、歐洲和美國，航空製造公司紛紛成立，並迅速發展成為具有巨大生產能力的大型航空製造企業。高技術與規模生產，飛行實踐的不斷拓展深化提供了條件，現實的需求驅使人們對飛行進行深入的研究，而如何破解失速之謎就是一個重要的研究方向。
通過研究人們發現，導致失速的真正原因並不是升力的不足，而是迎角的增加，由迎角超過失速迎角後所引發的飛機失穩，才是發生飛行事故的真正原因。通過研究人們還發現，由於飛機的不同和飛行狀態的差異，飛機的失速呈現出不同的機理和形態。弄清楚了飛機失速的原因，就容易找出預防和處置失速的方法，針對機頭失速、機翼失速和偏航失速等不同的失速現象，採用推桿、蹬舵等方法可以有效地改出失速從而避免事故的發生。
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導致失速的真正原因並不是升力的不足，而是迎角的增加，由迎角超過失速迎角後所引發的飛機失穩
上世紀40年代德國人發明了噴氣發動機並運用於戰鬥機，人類航空進入了噴氣時代，通過駕駛巨大動力的高速噴氣戰機，人們發現了現代戰機與傳統活塞式飛機不同的失速特點，從而推動了失速理論的研究，到上世紀50年代，關於失速的理論發展到了成熟階段。
人們了解了失速的相關理論，但在操作層面要對失速進行有效的應對，卻是比理論研究本身要復雜得多的問題。這涉及到失速的環境、失速的條件、飛機的狀態、可供處置的時間窗口等等，由於真實飛行條件的相對複雜性，飛行員要做出相對正確的應對是一件非常困難的事情。
上世紀70年代，隨著先進飛行控制技術的引入，如何在技術上對失速進行防範和自動改出，成為飛機技術研發的一個重點。迎角監控、迎角限制、反尾旋（螺旋）控制技術的出現，使飛行控制技術進入到“無憂慮”操控的先進水平。然而，飛行控制技術的發展，並不能一勞永逸地解決失速問題，飛行畢竟不是飛行器獨立的活動，環境的因素、人的因素依然是影響飛行安全的最關鍵因素，因此，如何適應環境的複雜性，應對突發風險的複雜多變，依然需要人的智慧和能力。
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倒飛尾旋中的飛機
一、 失速的原因
具有現代航空先進技術的大飛機，為什麼會被一個小小的失速擊倒？懷著這樣疑問的人一定不少。要回答這個問題，首先還要從失速產生的原因說起。其實，關於失速的基本原理是再簡單不過的了——迎角超過了失速迎角。問題是在實際飛行中迎角擴展的真正原因又是什麼呢？
這就要從導致迎角增加的原因說起，從飛機的操縱原理上講，飛行員的操縱並不是直接改變飛機的軌跡，而是改變飛機的姿態，只要飛機具有足夠的飛行速度，足以產生一定的舵面效應，飛機的姿態就會改變，飛機姿態的改變就會改變迎角，但要記住的是，飛行員的操控並不會使迎角無限制地增加，因為，隨著迎角的增加，導致飛機向上做圓周運動的向心力也會增加，這種向心力改變了飛機的軌跡，飛機姿態角增加值和飛機軌跡角增加值的差值，就是迎角的增量，在一定飛行速度範圍內，這種迎角增量並不足以使飛機迎角超過失速迎角，因此一般情況下，飛行員通過拉桿操控飛機是相對安全的。那麼什麼樣的情況會導致迎角超過失速迎角呢，其實，通過以上分析，大家對於這個問題已經有了一個基本的答案：關鍵在於速度，如果飛行速度減小到一定值，或者飛行員的操縱量超過一定值，當軌跡角的增加已經不能跟隨姿態角的增加時，就會導致迎角的急劇增加，從而出現迎角超過失速迎角的情況。
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2008年B-2在關島的墜毀也是由於失速導致的。罪魁禍首是受潮的大氣數據傳感器
我想只要是從事飛行職業的人，都曾經接受過失速理論的教育，對於上述理論的認識是充分的，但我要說的是，如果對於產生失速機理的認識僅僅停留在上述層面是遠遠不夠的。為此，我想要突出強調關於失速的一個重要概念：導致失速的原因有兩種，一種是飛行員主動控制進入的失速，一種是飛機自動進入的失速狀態。
飛機會自動進入失速？回答是肯定的。關於自動失速產生的機理，還要回到飛行的初始年代，由於早期飛機的動力不足，速度減小或者消失是一種常態化的事件，速度的失去直接導致升力的不足，使得飛機難以維持原有飛行狀態，從而發生軌跡下行，也就是進入俯衝狀態，此時如果飛機的姿態不能跟隨飛機的軌跡一起下俯，就會導致迎角的急劇增加從而進入失速狀態。這種升力的不足不僅會發生在早期飛機上，在現代飛機上由於某種條件的促成，同樣會發生這種失速狀態，4月29日的波音客機事故，就是升力不足導致的典型失速事故。
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典型失速姿態
二、失速離我們到底有多遠？
對於那些還沒有從頻繁發生的戰鬥機失速事故中驚醒的人們，近期發生的波音747失速事故不啻為一劑猛藥，我覺得這次事故來的太及時了，對於那些無視失速危險性的飛行員們，該是他們猛醒的時刻了。那些經常在嘴邊掛著“怎麼玩的，把飛機整失速了”的人，當他們因為無知而墮入失速事故時，已經為時已晚了。與其如此，還不如讓我們真正了解失速到底離我們有多遠。
我想要告訴這些人的是：失速離我們很近，有時只差2度迎角，有時只有20公里/小時的速度差。而起飛著陸階段是我們離失速最近的危險時刻！
其實，對於失速的茫然與忽視並不是飛行員天生的性格，在學習飛行的初期，當他們由於駕駛技術的生疏，不自覺的進入抖動、搖擺甚至下墜的時候，他們也曾對失速充滿恐懼。然而，飛行訓練培養了他們的飛行適應性，他們知道什麼時候飛機容易產生不穩定甚至危險狀態，他們的飛行本能使他們不自覺地對這些危險進行了預防，這種本能我姑且稱之為“失速免疫能力”。但如果你因此認為自己對失速無所不知的時候，你離發生危險就為時不遠了。失速是如此的複雜，可能產生失速的時機和機理千變萬化，一個飛行員不可能在其職業生涯中遇到所有失速狀態，說的更直白些，你的“失速免疫力”還不足以使你抵禦所有的失速，從而確保你一生的飛行安全。怎麼辦？沒有別的辦法，唯一可行的是放棄對失速的僥倖心理和對技術的盲目自信，進一步加深對失速的研究，分析各種案例，保有那份對失速的恐懼和警惕，並真正搞清楚應對各種失速的理論，掌握處置失速的飛行駕駛技術。
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大陸飛豹蒲城墜機疑似進入失速導致
三、容易產生失速的幾種情況
對於失速的防範與應對，並不是讓你無時無刻都處於一種高度緊張狀態，由無知而產生的緊張不僅於事無補，反而會導致更壞的結果。因此，了解容易產生失速的基本條件和時機非常重要。
低速機動
低速飛行時飛行員對於失速具有一定的警覺性，這種警覺是非常重要的，因為低速飛行階段，飛機機動能力弱，很容易產生由姿態改變而引發迎角的急劇增加。這一點其實很好理解，由於速度的減小導致向心力的不足，使得軌蹟的改變不能跟隨姿態的變化，導致迎角的急劇增加，從而超越失速迎角引發失速。對於低速失速的防範和警覺，可以使我們有效地避免失速的發生，但有時由於飛行員專注於其他環境和飛機狀態的變化，會使他的這種警覺性降低，從而產生無意識的錯誤操控。因此，在低速飛行時飛行員要防止注意力高度集中、單打一，要時刻關注飛機迎角和狀態的變化，敏銳地感知飛機狀態的異常，一旦發現飛機由進入失速的趨勢，要及時終止機動。
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2010年，一架C-17在阿拉斯加的飛行表演中因機長過於炫技在轉彎中因失速而墜毀，機組全部罹難
危險天氣
危險天氣條件下的飛行，對飛行員的駕駛技術提出了更高的要求，側風、強對流、風切變等天氣情況，會使飛機的氣動力發生顯著的變化，這些變化從一定程度上影響了飛行員的操控，有些天氣條件下儘管能夠完成飛行，但需要特殊的技術，如大側風著陸，需要飛行員採用位置、航向、坡度的綜合修正，而且在著陸後迅速改變駕駛動作，對飛行員的駕駛技術提出了特殊的要求。由於不能勝任氣象條件，在操控上出現重大失誤，是引發的失速事故的一個重要原因。
弱動力飛行
動力不足是導致飛機失速的重要原因，一方面由於動力不足速度難以增加，飛機的機動能力較弱，容易產生由於操作失誤所引發的失速；另一方面，弱動力飛行時很容易產生速度的急劇衰減和能量的急劇損耗，在飛行員沒有察覺的情況下進入低速飛行狀態。為此，飛行員需要加強弱動力飛行的理論學習和模擬訓練，掌握弱動力飛行的特點：（弱動力飛行理論為我獨創，相關知識請閱讀附文）
1. 控制合理的飛行速度（殲擊機450公里/小時以上）
2. 了解弱動力飛行時機動飛行速度消失快的特點，柔和操控
3. 進場階段控制軌跡，而不是試圖改變飛機的下沉趨勢，避免不自主的拉桿，使飛機進入失速狀態
4. 沒有再次挽救的機會，確保操控的準確性，一次成功
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1994年這架B-52在費爾柴爾德空軍基地墜毀的原因同樣是飛行員炫技在急轉彎中失速，機組無人生還
起降階段
飛機在起降階段，一方面處於低速飛行狀態，容易產生失速，另一方面由於放下了起落裝置，改變了飛機的構型和氣動外形，使得飛機的操縱性和穩定性降低，特別是在轉彎階段和離陸、降落階段，飛行員的操控頻繁複雜，容易產生狀態的突然變化，從而引發失速。
應對的方法是確保飛機在安全的起降速度範圍內飛行，合理利用技術修正側風和偏差，避免粗猛的操控動作。
另外在起降階段如遇到突發情況，確保安全是首要原則，要努力將故障控制在跑道上，如果飛機離陸則要迅速安全地控制飛機著陸，避免危機狀態下長時間在空中停留。
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蘇-33在著艦中拉桿過猛，差點失速
人機偶合震盪
從飛行控制的角度講，起降階段是操作頻繁複雜、操縱精度要求較高的“高增益”操縱階段，“高增益”操縱的一大特點是容易產生人機耦合，由此產生的震盪會嚴重威脅飛行的安全。
預防人機耦合震盪要求飛行員熟悉和適應飛機和飛控系統操控特點，避免急劇、粗猛、下意識和反复無常的操控。一旦產生人機耦合震盪，不要試圖消除每一次震盪，而應按照人機耦合的處置方法，以緩慢連續的單向操控加以克服。
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在人機耦合震盪中處理不當也會導致失速
非常規構型
非常規構型是指在飛機結構、氣動外形和重量等方面，不同於常規狀態的飛機構型。其中特別需要強調的是飛機重心、重量的特殊變化。4月29日的波音747失速事故，很重要的原因就是飛機重載起飛。重載起飛、非正常重心起飛，飛機的操控特點與常規起飛完全不同，需要特殊的駕駛技術，沒有經過特殊訓練的飛行員是難以勝任的，另外，這種特殊構型下的起飛，對氣象條件要求也比較嚴，不能按照一般的起降條件進行掌握，在大風、強對流天氣下進行重載起飛是非常危險的。從4月29日的飛行事故現場看，當時機場處於強對流天氣，側風較大、氣流顛簸，這是引發事故的另一個重要原因。
四、失速的預防與應對
就像我前面所描述的哪樣，我們對失速理論與駕駛技術的缺失比我們想像得要嚴重的多。失速的環境因素、飛機因素、人為因素和其他相關因素比我們想像得要復雜得多，預防與應對失速並不是一件簡單的事情。
加強理論學習
失速理論教育不能僅停留在航理層面，飛行員在初始教育階段對這些理論已經有了足夠的了解。我認為需要加強的是對失速案例的進一步分析，對所飛機種的失速相關理論的進一步了解，以及對失速處置技術理論的進一步深化。因為只有通過案例分析，才能使我們真正了解失速的易發性、複雜性和危險性，只有了解了所飛機種的失速特點，才能有針對性的進行失速防範和應對。只有結合環境、條件、飛機和自身技術特點，才能真正掌握有效的處置失誤
模擬訓練
失速畢竟是一種平時飛行中難以遇到的特殊情況，對於失速的了解和應對技術的掌握，想要靠實際飛行來提高是難以實現的。現代模擬技術對於各種特殊情況的模擬已經達到了相當逼真的程度。通過模擬訓練，可以使飛行員通過反複訓練掌握失速特點和處置方法。
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通過模擬訓練，可以使飛行員通過反複訓練掌握失速特點和處置方法
提高失速警覺性
失速的警覺性不是讓飛行員時時設防處處警覺，而是真正了解可能發生失速的時機，有針對性的提高對失速的防範意識。在容易產生失速的條件下，要保持高度的警覺和正確的操控。在處置突發的危險狀態時，要針對環境和飛機特點，採用正確的決策和方法。
正確地應對
在處置失速險情時，很重要的一點是對危險的發展趨勢和可能結果有一個明確的判斷，我們說決策是處置的的關鍵，而飛行突發事件的處置，時間窗口和高度門檻是關鍵中的關鍵，突發情況發生後，飛行員面對的是兩條時間相關曲線，一條是故障擴展曲線，失速的發展引發狀態的急劇惡化和高度的迅速損失；另一條是飛行員處置曲線，你的正確應對不是可以無限期延續的過程，處置的時間窗口隨著高度的降低漸漸關閉。飛行員必須在高度門限到達和時間窗口關閉之前，使這兩條曲線盡快重合，完成危險的處置程序。
結束語
飛行的風險畢竟是不以人們的意志為轉移的，對於失速理論的研究和應對技術的提高，依然無法徹底避免失速事故的發生。從這個意義上講，我們對於失速理論的研究，對失速應對技術的探索永無止境。