引言 最小操纵速度 多发飞机一台或多台发动机停车时,由于推 力不对称产生偏转力矩, 使飞机倾斜并偏航, 偏离 预定飞行航线。飞行员为了按预定航线飞行, 必须 用方向舵和副翼去平衡由于推力不对称产生的偏 转力矩。 方向舵和副翼产生的力矩能否平衡推力 不对称产生的偏转力矩, 关键取决于故障 (停车瞬 速度及该飞机最小操纵速度的大小。若故障速度高于最小操纵速度, 飞机在飞行员的操纵下通 常能保持原来的飞行方向; 若故障速度低于最小 操纵速度, 飞行员即使蹬满舵也不能保持原来的 飞行方向。 最小操纵速度对飞行安全有一定的影 如起飞上升阶段)的安全 影响很大, 处置不好, 有可能发生飞行事故甚至严 重的事故。 文献1 分析了多发飞机不对称推力飞行的 动态特性和基本操纵原理, 但未涉及不对称推力 飞行的另一个不容忽视的问题, 即最小操纵速度 及其对飞行的影响。为此, 本文专门讨论了不对称 推力飞行条件下的最小操纵速度, 以及考虑最小 多发飞机一台或多台发动机停车, 导致推力 左右不对称的飞行称为不对称飞行。 而双发飞机 一台发动机停车, 以致推力不对称的飞行, 称为单 发飞行。 多发飞机停车发动机的位置不同 例如处于飞机对称面左边还是右边, 处于内侧还是外侧) 飞机运动的影响不同。停车使飞机的动态特性、操纵性和起飞剩余功率产生最不利变化的那台发动 机叫关键发动机。 喷气式飞机, 对飞行影响差别较小,故在一般情况下, 任何一发 均可视为关键发动机。螺旋桨飞机, 由于外发螺旋 桨滑流产生的影响较大, 所以外发为关键发动机。 不对称推力飞行有不对称推力滑跑和不对称 推力飞行两种情况。 不对称推力飞行的最小操纵 速度分为地面最小操纵速度 (vM CG 和空中最小操纵速度 (vM CA 地面最小操纵速度是指飞机在地面滑跑时,一台关键发动机停车, 飞行员瞬即蹬满舵产生的 操纵力矩刚够平衡飞机由于推力不对称而产生的 偏航力矩时的最小速度。 地面最小操纵速度可以 收稿日期: 1999203215; 修订日期: 1999212223 者简介:张立彬 讲师,从事飞行动力学 工作发动机推力形成的偏转力矩, 几乎不随飞行 速度而变化; 对于螺旋桨飞机来说, 在油门位置不 变的条件下, 速度增大, 拉力反而逐渐减小, 形成 的偏转力矩也逐渐减小。 由于蹬舵产生的操纵力 矩随滑跑速度平方 的增大而增大。显然,滑跑 时存在这样一个速度, 高于它用方向舵和副翼能 够保持直线滑跑; 低于它即使蹬满舵也不能制止 飞机的偏转, 即低于它不能保持滑跑方向了, 这个 速度就是地面最小操纵速度。 同理, 空中最小操纵速度是指一台关键发动 机空中停车, 工作发动机油门最大, 飞行员瞬即蹬 满舵产生的方向操纵力矩刚够平衡飞机由于推力 不对称而产生的偏转力矩时的最小速度 中的第一式可求得飞机带小侧滑时的地面最小操纵速度和空中最小操纵速度为: vMCG ymax ymax vMCA ymax 动机,单台地面额定推力为 74 970 推力作用线距飞机重心的距离为 11876 停车发动机附加阻力相对发动机推力很小, 计算时可忽略不计。 单发飞行侧滑角的峰值只有1左右, 可取 140644 0100262 ymax 可求得:vM CG 14819km vMCA 14418km 飞机的地面最小操纵速度和空中最小操纵速度相差不大, 常起飞离地速度小。主要是由于 飞机工作发动机推力形成的偏航力矩 较小;而且由于飞 侧向摩擦力形成的力矩更小。计算时忽略了因发动机停车而产生的附加阻力所形成 的偏转力矩, 计算 vM CG 时没考虑主轮滚动摩擦阻 力差形成的偏航力矩。实际上, 最小操纵速度 vM CG 一台关键发动机停车, 可用推力减小, 工作发 动机推力和停车发动机附加阻力力图使飞机产生 偏转, 形成侧滑并滚转。 为保持飞机平衡, 不论在 滑跑阶段还是在空中飞行, 飞行员通常向推力大 的一侧蹬舵, 用方向操纵力矩 制止飞机滚转;为保持速度不变, 还应及 时加大工作发动机油门。 地面滑跑时飞机不带坡 的作用,飞机不侧移。 中飞行时飞机容易产生侧移,为了保持飞行方向, 飞机可带坡度以使重力分力 总之,在飞机取得力矩平衡 并保持直线飞行的情况下,地面 滑跑和空中飞行的横航向运动方程分别为: vMCA 比上述计算值大一点, 其中 vM CG 更大一些。 影响最小操纵速度的因素 影响最小操纵速度的主要因素有发动机的安装位置、飞行高度、方向舵效 率和飞行员处置特情的能力等。 311发动机的安装位置 运输类飞机的发动机通常均匀分布于飞机对称面的两侧; 有的双发运输机安装位置距飞机对称面 近些 飞机为11876 飞机为314 为不对称推力形成的偏航力矩,lm 为主轮接地点至飞机重心的距离, 为飞机重心距地面的高度, 为侧向摩擦力。另外,由于交叉力矩 速度为150 km 260km 似估算时,可忽略不计。 由最小操纵速度的定义, 飞机的发动机安装在翼根部,单发飞行引起的偏转力矩不大。H 飞机的发动机推力线距飞机重心较远, 致使其空中最小操纵 速度高达 230~ 250 km 很接近飞机的离地速度和最小平飞速度 。可见,发动机推力线距飞机 重心越远, 其最小操纵速度越大。 最小操纵速度时的操纵特点 在滑跑阶段,滑跑速度小于地面最小操纵速 一台关键发动机停车时,用方向舵不能制止飞 机的偏转, 为了防止飞机偏出跑道, 飞行员应中断 起飞。 此时, 飞行员除蹬舵外, 还可以使用单轮刹 或前轮转弯保持滑跑方向。在滑跑速度大于 vM CG 的范围内停车时, 飞行员可中断起飞, 续起飞。因为, 此种情况飞行员完全可以用方向 舵、副翼保持滑跑方向。 在起飞阶段, 由于可用推力较大, 空中最小操 纵速度也较大。从安全考虑, 初始起飞上升速度不 应小于 vM CA。对于最小操纵速度远小于离地速度 飞机)来说, 起飞后段甚至在空中 单发飞行都是很安全的; 但对于最小操纵速度接 飞机)来说, 离地前后 一台关键发动机停车, 为了使初始上升速度大于 vM CA 利用方向安定力矩来弥补方向操纵力矩的不足。为防止侧滑大、坡度大、掉高度多, 一般规定向 工作发动机一边形成的坡度不得大于 vMCA。对于 vM CA 较大的飞机, 飞行员应视情况适当 缩小飞行速度范围, 以保证任务的顺利完成和空 中小速度飞行的安全。 1978 60团曾发生一 飞机起飞离地后左发停车现象。当时, 飞机带弹起飞离地25 时左发停车,随即飞机 左偏。飞行员立即向右蹬满舵并适当压杆, 由于飞 行速度减小, 飞机仍在继续左偏; 飞行员发现带右 上升增速困难,于是果断地由上升转入平飞 增速。由于该机组人员处置正确, 飞机较快增大了 速度, 增大了方向操纵力矩, 并较快地转入无侧滑 飞行。 待速度增大后, 飞行员又逐步增大了上升 最后顺利排除了险情,带弹安全着陆 312飞行高度 发动机推力直接受大气状态的影响。 大气状 态发生变化, 发动机推力随之发生改变, vMCG 特别是 vM CA 也发生变化。大气状态变化主要指大 气压力和大气温度的变化。 发动机推力 0n从地面到 11 000 随着飞行高度的升高,一方面大气压力减小, 使推力减小; 另一方面大气 温度降低又使推力增大。 由于大气压力减小对推 力的影响程度较大, 所以推力随高度升高而减小, 亦即随高度升高 减小,从而使最小操纵速度 随高度的升高而减小。 313 方向舵效率 方向舵效率 若飞机的垂尾相对较小,其位置距飞机重心又近, 方向舵面积与垂尾面积之比值较小, 则其方向舵 效率就低。 若该飞机的发动机推力线距飞机重心 会使空中最小操纵速度有可能大于平飞失速速度, 甚至接近平飞有利速度。空中最小操纵速度 就成为最小允许速度, 从而导致了飞行速度范围 缩小, 机动性变差。当然, 方向舵效率高, 再加上发 动机推力线距飞机重心近, 那么, 空中最小操纵速 此类情况对速度范围大小不起什么影响。 314 飞行员处置特情的能力 最小操纵速度是在飞行员确实蹬满舵和带小 侧滑的条件下计算或试飞出来的, 也就是说地面 最小操纵速度和空中最小操纵速度是有前提条件 的。如果飞行员处置特情的能力较弱, 过大或没有蹬满舵等,都会使最小操纵速度值增 如果飞行员判断停车特情迟缓,操纵动作又 致使飞行速度减小多,飞机带的侧滑较大等也 结束语 虽然发动机停车概率很低,但实际飞行中时 有发生。对于多发飞机来说, 通常存在不对称推力 飞行的问题。 多发飞机的飞行员在明确不对称推 力飞行的动态特性和操纵方法的基础上, 还要弄 飞行人员在理解最小操纵速度基本概念的前提 应学会计算不对称推力飞行的最小操纵速度,了解不对称推力飞行的影响因素, 掌握不对称推 力飞行的操纵特点, 明确不对称推力飞行的注意 事项等。 飞行初探 飞行力学,1997, 15 80~83. 司令部,1985. 137~ 155. 北京: 空军 空军司令部,1991. 行力学,1995, 13 84~89. 空军轰炸、运输机飞行人员成功处置飞行特殊情况典型事例选编 哈尔滨:空军第一 飞行学院司令部, 1992. 16~ 17. Research imum Con tro tric Thrust icssec irforce irst th rela ted co ichcau se icth ru st ircumstan ce icth ru st resta ted, th rela ship tween th icth ru st imum co speed calcu la form imum co speed reco icth ru st late ra l2d irec form calcu la resu lt showth ifferen lydep en icth ru st omen form ed iveen last, th ichref lec imum co speed lysed racte istic icth ru st iletak imum co speed sidera repo canse rve resea rch icth ru st actu Keyword lti2en irplan icth ru st imum co speed