1失速及其应对方法的讨论解析.docx

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1失速及其应对方法的讨论解析

编号

南京航空航天大学

毕业论文

题目

1.失速及其应对方法的讨论

学生姓名

顾军

学号

070750526

学院

民航（飞行）学院

专业

飞行技术

班级

0707505

指导教师

蔡中长实验师

二〇一二年九月

南京航空航天大学

本科毕业设计（论文）诚信承诺书

本人郑重声明：

所呈交的毕业设计（论文）（题目：

1.失速及其应对方法的讨论）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。

尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

作者签名：

年月日

（学号）：

*********

失速及其应对方法的讨论

摘要

飞机失速是飞行中可能出现的危险情况。

一旦进入失速，飞机将会失去控制，飞机进入危险状态。

这个时候飞行员只有立即做出恢复程序，飞机才能改回正常状态。

否则飞机则有可能进入螺旋状态，将会变得更难改出。

失速虽然危险，但是只要我们能够及时发现，并做出对应的改正措施，飞机就不会有危险。

本文中首先介绍了飞机失速的定义、察觉、改出以及其影响因素，然后是失速的种类及其应对措施，然后一些失速的案例并进行分析，最后概略的描述了本人在法国将近两年飞行训练中的失速改出训练。

本文让大家了解到了失速对飞机安全的影响以及如何应对，希望能对后来者的飞行学习有所帮助。

关键词:

失速,螺旋，临界迎角,改出措施

DiscussionofStallandtheRecoveryProcedure

Abstract

Stallisadangeroussituationofaircraft.Itmayappearinflightnormally.Wewilllosethecontrolofaircraftiftheaircraftstall.Thenthepilotshallmaketherecoveryproceduresimmediately.Andtheaircraftcanbechangedbacktoanormalstate.Otherwise,theaircraftmayenterthespin.Thatwillbehardertorecover.Stallisdangerous,buttheaircraftwillnotbeindangeroussituationifwepromptlydiscoverandmakethecorrespondingrecoveryproceduresassoonaspossible.

Thearticlefirstlyintroducesthedefinitionoftheaircraftstallanditsinfluencingfactorsfollowedbythestalltypesandrecoveryprocedures.ThenIdiscusssomestallcaseswithanalysis.Finally,thetrainingonthestallandrecoveryIacceptedinFrance.Thisarticlemakeuslearnedtheimpactofstallonaviationsafetyandhowtodealwithit.Ihopethisarticlecanhelpthefollowers.

KeyWords:

Stall;Spin;Criticalangleofattack;Recoveryprocedure

第一章引言1

第一章引言

随着人类社会的进步，民航事业快速发展，乘坐飞机逐渐成为人们出行的主要方式。

而交通工具的安全性也一直受到人们的关注。

虽说飞机的安全性能相对汽车火车要高的多，但总有一些影响安全的因素存在。

失速就是其中一个。

失速是飞行中的术语。

失速发生时，会对飞机的安全造成威胁。

发生失速的主要原因是飞机的迎角超过了临界迎角。

而造成失速的原因可能有很多种：

风切变，飞机积冰，飞行员操作不当都可能会引起失速。

失速发生后，飞机会在一定程度上难以控制并且会大幅度的掉高度，如果处理方法不当，飞机可能进入更加危险的螺旋阶段。

这个阶段的飞机会变得更加难以改出。

然而现代飞机上有着各种各样的仪器来提醒我们飞机出现问题的原因以及修正的方法。

所以失速虽然危险，只要飞行员认真的按照正常的飞行程序进行飞行，出现问题时按照标准的程序改出，失速对飞机安全的影响就会大大减小。

鉴于失速以及失速后的处理方法对于飞机的影响很大，飞行训练中也会有关于失速的专项训练。

其中包括了有动力失速，无动力失速。

在训练中，我们可以亲身感受到飞机失速前，失速时，失速后的不同感觉。

借此提醒飞行员飞机的状态，飞行员可以根据这些情况做出决断和选择正确的解决措施。

然后让飞行员在不同的阶段根据标准的程序进行改出。

在失速的过程中，飞行员的表现无疑起到了决定性的作用。

除了标准程序外，飞行员还应该沉着冷静对待失速的发生，在短时间内选择正确的改出程序。

现代飞行员在经过系统全面的训练后，失速的发生和其危险性会大大降低，但是报道中仍有失速事故的发生。

第二章失速的定义、判断及影响因素

2.1失速的定义

失速是指飞机的迎角超过了临界迎角后，飞机的升力急剧下降，飞机的阻力大幅上升的状态。

了解失速，我们还要知道几个定义。

迎角，相对气流与机翼翼弦之间的夹角。

临界迎角，能够为飞机提供足够升力的最大迎角。

伯努利定律：

空气的动压与静压之和是一个定值。

飞机的升力主要受到飞机迎角，空气密度，飞机空速的影响。

飞机升力的产生是当气流遇到机翼前缘后，气流分离。

根据伯努利定律，气流流速加快，动压增大，静压变小，飞机的上下表面会产生压差。

当下表面静压大于上表面静压时，飞机就会产生升力。

必须强调的是每个飞机的失速速度在各个飞行条件下都不是固定的值。

然而不管飞机空速，重量，载荷因素，或密度高度大小，一个飞机总会在同一个迎角失速。

根据设计，临界迎角可以从16度到20度变化。

但是每个飞机只有一个特定的迎角发生失速，如图2.1。

图2.1机翼在不同迎角下的气动力性能

图2.2上表面气流

从图2.2中，可以清楚的看出，飞机失速的原因是机翼在大迎角下出现了气流分离，正弯度的机翼，上翼面的流速快，静压小，但是到了机翼后缘，静压是增大的，这样就形成了一个逆压梯度。

翼面上的气流原本是贴着机翼面的，因为逆压的关系，会使得这种层流分离，便变成湍流。

迎角（AOA，angleofattack）增大，原本升力线是几乎线性上升，但是分离点也会向机翼前缘移动，升力作用中心也前移。

到了超过临界迎角之后，因为分离点的前移，升力大大减小，阻力大大提升，升力曲线突然下降，这就是失速。

图2.3升力系数与迎角关系

飞机的升力公式为:

Y=1/2CyρV²S（2-1）

式中：

Y-升力，Cy-升力系数，ρ-空气密度，V-空速，S-机翼表面积

从公式中可以看出，升力与升力系数成正比，所以升力系数与迎角关系如图2.3。

根据升力公式可以得出失速速度（

）可用下式表示，即:

（2-2）

对于某一特定的飞机，飞机重量及其最大升力系数，空气密度和翼展面积已知的情况下，便可得出飞机的失速速度。

在三种情况下，飞机迎角容易超过临界迎角：

低速飞行，高速飞行，转弯飞行。

飞机在平飞时如果飞的太慢也会失速。

空速降低时，必须增加迎角来获得维持高速的升力。

空速越低，迎角就必须越大。

最终，达到一个迎角，它导致飞机不能够产生足够的升力维持飞机重量，飞机开始下降。

如果空速进一步降低，飞机就会失速，由于迎角已经超过临界迎角，机翼上就会出现紊流。

升力会大大下降。

失速时，常常伴随着螺旋，也就是当一侧机翼先于另一侧机翼先失速，飞机会朝先失速的一侧机翼方向沿飞机的纵轴旋转，称为螺旋。

发生螺旋是非常危险的，有些飞机在设计制造时是禁止飞机进入螺旋的，这样的飞机进入螺旋姿态后，很难改出。

可以改出的飞机改出螺旋的基本方法是推杆到底，并向反方向拉杆，如果发动机是高速运转，必须立即收油门，向螺旋相反方向蹬满舵，螺旋停止后，使用失速改平的方法。

2.2失速的判断

在了解了失速的概念后，我们要学会正确判断飞机是否接近或者已经失速。

这就是要求当飞机接近失速时，给飞行员提供一个正确无误的失速警告，唤起飞行员的主意，以便及时采取措施，避免飞机进入失速。

失速警告分为自然警告和人工警告。

自然警告可分为：

1）驾杆抖动，机身摇晃，飞机结构振动。

飞机接近失速时，已开始呈现抖动，这就是失速的警告信号。

随着迎角的进一步增大，抖振、摇晃进一步加剧，飞机加速进入失速。

作机动动嘴进入失速的抖振、摇晃比平飞进入失速更为猛烈，这是因为在飞机接近临界迎角时候，机翼的上表面产生了强烈的扥里，产生了大量的涡流。

2）出现迅速而非指令性的转动，如机翼下坠、机头上仰、俯仰振荡、偏机头等等，至于出现哪种，要看飞机型号。

3）飞机速度迅速下降。

人工警告：

随着机翼翼型设计的改进，流过机翼表面的气流分裂大大推迟，飞机失速前的自然警告很不明显。

单靠自然失速警告很难防止飞机失速。

现在的飞机都安装了人工失速警告，主要形式为：

失速警告喇叭、失速警告灯和震杆器。

2.3失速的影响因素

飞行中，失速会受到飞机重量，载荷因数、飞机动力和积冰等的影响。

随着飞机重量的增加，飞机的失速速度增加。

根据升力公式，空气密度一定，在特定迎角下，飞机的升力系数也相同。

所以随着飞机重量的增加，飞机的空速也会增加。

临界迎角下的飞机失速速度增大。

飞机的载荷因素同样会对飞机的失速速度造成影响，飞机的失速速度随载荷因数的2次方根成比例增加。

飞机升力与重力之比称作载荷因数。

每一架飞机都有自己特定的载荷因数。

当飞机载荷因数超过额定载荷因数时，飞机结构就会受到损坏。

所以我们需要把飞机载荷控制在安全范围之内。

并且在飞机结构损坏前让飞机失速。

根据升力公式，当空气密度、飞机迎角不变的情况下，飞机载荷因数越大，飞机失速速度越大。

从平直飞行或者不加速的直线爬升中飞机失速产生的额外载荷因数将不会超过平直飞行的1G（载荷因数为飞机升力与飞机重之比，1G表示飞机的载荷因数为1）。

然而当失速发生时，这个载荷因数可能降低为0。

在失速恢复后的拉起过程中，又会产生明显的载荷因数。

在过分俯冲和硬拉平到平飞期间载荷因数可能会进一步增加。

在高速俯冲速度下硬拉起飞机会给飞机施加临界载荷，由于迎角持续增加进而产生再次失速或者二次失速，如图2.4。

图2.4飞机的载荷因数

此外，还有一些天气情况会对飞机的失速速度有所影响。

飞机积冰就是其中一个。

飞机积冰时，飞机的翼型发生变化，飞机升力系数变小，导致飞机的失速速度增大。

积冰对升力系数有影响是因为飞机的机翼表面变得粗糙，使得飞机气流提前分离，升力系数减小。

总的来说，当飞机机翼表面出现积冰时，对空气动力的影响是非常大的。

风洞试验表明，当机翼前缘有半英寸厚的积冰时，会减少50%的升力和增加60%的阻力。

积冰的速度是非常快的，有时在严重积冰的情况下，5分钟内的积冰厚度可达2－3英寸。

最严重的积冰情况一般发生在云外飞行时、在结冰温度下遇到降雨的时候。

当尾翼前缘出现积冰时，有可能导致尾翼失速。

积冰引起的尾翼失速一般发生在五边进近阶段，因为五边进近时襟翼全部伸出，作用在平尾上的气动力载荷达到最大。

由于前缘积冰对气流的干扰引起平尾失速，平尾上负升力突然消失，机头急剧下俯[1]。

关于风切变对升力系数的影响是由于相对气流变化引起飞机的迎角超过临界迎角，飞机失速。

目前的空客、波音等公司的客运飞机都装有前缘襟翼，它的作用是干扰气流的分离时间，在飞机大迎角时，前缘襟翼乡下偏转，从而减小机翼迎角，延迟气流分离的时间，避免飞机失速。

第三章失速改出和训练

3.1失速的改出

简单来说，飞机失速意味着机翼上产生的升力突然减少，从而导致飞机的高度快速降低。

注意失速并不意味着引擎停止了工作或是飞机失去了前进的速度。

判明失速后，应立即推杆减小迎角，使飞机将低头下沉，直至获得足够升力飞行。

在高度低时发生失速是很危险的，高度足够高时，可以练习失速的改出，改出失速的基本操作是迅速推杆到底采用俯冲姿态，等速度大于等于1.3倍失速速度时，缓慢向后拉杆改出至平飞。

但在改出失速前首先的判断是否已经进入螺旋，如进入还要改出螺旋之后再进行失速改出，上面提到过。

失速警告可以帮助飞行员防止进入失速，若飞行员思想麻痹或者操作错误，仍有可能使飞机进入失速。

所以飞行员必须熟练的掌握失速改出的方法。

还应该注意的是在减小迎角的同时还应该注意蹬平舵防止进入螺旋。

值得注意的是，在推杆时飞机的迎角减小的时候，绝不可以单以飞机的俯仰姿态作为飞机是否改出失速的依据。

因此向前推杆后，机头虽不高，甚至呈下俯状态，但由于飞机运动轨迹向下弯曲，飞机的迎角仍可能大于临界，若此时飞行员误以为飞机已经改出失速，过早的把飞机从不大的俯冲姿态中拉起，飞机必然重新增大迎角，而陷入二次失速，以致更难改出，甚至无法改出。

所以掌握好从俯冲中改出的拉杆时机很重要，一方面要防止高度损失过多，速度太大；另一方面要避免改出动作过快，以致陷入二次失速。

运输机在飞行中，使用的迎角一般不大，即使在起飞和着陆时使用的迎角较大，也达不到飞机的临界迎角。

因此，运输机在正常飞行中出现迎角超过临界迎角而失速的情况是很少的。

但是，若飞行员操纵错误或遭遇强烈的扰动气流等，有可能使飞机迎角超过临界迎角而造成飞机失速或者失速后，如果又受到扰动使飞机自转飞机就会进入螺旋，这样会威胁飞行安全。

所以飞行员应该清楚知道自己飞机的失速性能，这样才能防止飞机进入失速和螺旋。

如果飞机进入失速和螺旋，也能正确及时的改出，以保证飞行安全。

3.2无动力失速训练

在飞行训练中，我们也会有关于飞机失速的训练。

其中主要包括有动力失速，无动力失速。

在失速训练前，我们先学习慢速飞行（slowflight）。

慢速飞行是一种以快接近飞机失速速度的飞行状态。

慢速飞行也是飞机失速的过程中需要经历的状态。

就从我个人经验谈，这个是很必要的，有时地面管制员会要求飞机减速，这时就需要用慢速飞行。

有时还可以用来节省油耗。

在法国的飞行训练中，一开始我们接触的是DA40，单发螺旋桨飞机，我们主要的关于失速训练的项目为approachingstall、stall和失速后的改出。

半年后，我们换飞双发螺旋桨飞机DA42（一架不错的飞机），也有关于失速的一系列训练，多了一个在仪表飞行条件下的失速训练。

接近训练尾声高性能飞机BEECH200的训练中，我们也做了失速的训练。

过程中，飞机重量的增加了，让我们体验了不同飞机的失速感觉。

首先是关于飞机无动力失速的。

开始阶段DA40我们是在目视飞行条件下，在离地面最少3000英尺，首先要做一个安全检查，向左右各转180°，查看确保周围没有别的飞机会受到我们的训练影响。

其次，要选择一个合适的较远的目视参考点。

目视参考点的选择中，应该选择一些比较明显，易于辨别的参考点。

准备工作完成后，要开始训练的程序。

首先将飞机的油门拉到零，因为是螺旋桨飞机，所以会有机头偏转，要用方向舵控制好机头不变，保持参考在正前方，油门减少导致飞机空速减小，为了保持升力和高度，逐渐增加飞机迎角，飞机的空速逐渐降低。

当飞机空速降低到某一速度时，飞机会出现失速警告的声音，然后飞机剧烈颤抖，这时，将操纵杆拉到底以保持高度。

在整个过程中，一定要注意保持飞机的航向和转弯侧滑仪中的小球在中间。

飞机接着就会进入失速阶段。

机头迅速下降，飞机在这一过程中会降低两百到五百英尺。

这使得飞机进入危险的状态，必须马上改出。

该训练的改出程序是让飞机机头下俯，同时将油门推到最大，因为是螺旋桨飞机，所有又得保持好飞机的航向同时保持小球在中央。

在飞机空速逐渐增加的过程中，让飞机机头上仰。

当飞机达到最大爬空速时，保持该空速，让飞机爬至原有高度，保证飞机安全后，适当减小油门到巡航所需大小，使飞机回到正常状态。

这个训练中，有襟翼打在up、approach、langding，襟翼位置的不同，失速的速度也会不一样[2]。

3.3有动力失速训练

然后是关于有动力失速的训练。

训练的准备动作与无动力失速的训练相同。

当准备动作完成后，开始使飞机进入有动力失速的状态。

首先将油门杆拉到特定值，保持飞机高度，当飞机空速下降到某一特定值时，将油门杆推到最前，同时拉杆到特定的仰角，飞机会发出失速警告，颤抖。

继续保持拉杆，飞机就会进入失速。

该过程中注意事项与无动力失速相同。

飞机失速后，机头迅速下沉。

飞行员降低飞机迎角，确保飞机油门杆推到最前，当飞机到达最大上升率速度时，保持该速度爬升到原始高度，以确保飞行安全[3]。

另外，教官还带我们训练了在转弯时的接近失速和改出，方法跟上述的差不多，就多了一个在油门打到最大的同时，把飞机拉平。

这个常发现在baseleg转final时，因为当时速度很慢，外加在转弯，如果转弯角过大，很容易进入失速，

关于这两种失速的训练是有依据的。

飞机无动力失速一般是在模拟飞机在进近状态下的飞行，训练飞行员在该状态失速时应该采取怎样的措施。

而有动力失速是针对飞机在起飞爬升状态下的失速。

这两个阶段的失速比较危险，失速后留给飞行员思考的时间不多，所以要加强训练，让飞行员熟悉这样的环境，以备飞行员在实际飞行中遇到情况能沉着冷静迅速的解决问题。

飞机失速之后如果飞行员不能够及时采取行动恢复飞机的状态，飞机可能会进入螺旋状态。

螺旋是由于飞机的迎角超过临界迎角后，发生的一种连续的旋转运动。

螺旋过程中，飞机一边旋转一边高速下降。

螺旋对于飞机是一个非常危险的状态，一旦进入就会很难改出。

所以飞行员应该尽量在飞机进入螺旋前改出飞机，使其处于安全状态。

否则飞机安全会受到严重威胁。

在国外飞行训练中，我们有五个小时的特技飞行，其中我们训练了从螺旋改出，个人认为这是大有帮助的[4]。

飞机失速前后的表现有很大不同，训练失速的操作也有其要求。

1）直到飞机失速时为止，必须能操纵副翼和方向舵产生和修正滚转及偏航，不得出现反操纵现象，不得出现异常的机头上仰，直到失速以及在整个失速过程中，纵向操纵力必须是正的。

此外，必须能以正常的操纵迅速防止失速和从失速中改出。

2）对于机翼水平失速，在失速和完成改出之间发生的滚转大约不得超过20°左右。

3）对于转弯飞行失速，飞机失速后的运动不得过于剧烈或幅度过大，以至难以用正常的驾驶技巧迅速改出并恢复对飞机的操纵[5]。

第四章案例分析

国内外有多起飞行中由于失速而引起的事故。

下面列举了一个法国的飞行事故，以及我在国外飞行训练中，自己亲身遇到的一个小事故。

4.1飞行事故案列

法国航空447号班机（空客A330-200型）于2009年5月31日从里约热内卢起飞，飞往巴黎。

航班在35,000英尺的高空巡航飞行一个半小时之后遇到了风暴，用于测量风速的皮托管被冻住了。

由于风速测量失效，飞行控制系统计算机已无法自行处理，于是它们把飞机控制权移交给了两名飞行员（移交控制权的时候会发出警报声）。

不可思议的是，驾驶飞机的飞行员决定迅速攀升到飞机的最大升限38,000英尺——也就是在这个时候飞机开始失速，飞机进入气流的角度太大以致于机翼无法提供足够的升力。

尽管失速的警报一直在响，但是飞行员对它置之不理，仍然让机头保持朝上——然而事实上飞机正笔直地坠向大海。

飞行员所要做的只是把机鼻拉下来，让飞机重新获得升力——但是他们没有这么做。

这次悲剧共导致228人遇难，其发生的关键性因素就是失速警报被忽略。

法国民航安全调查分析局质疑飞行员对于这样的警报所给予的“最低关注度”。

这个案列中的飞行员听到了失速警报却置之不理，最终导致坠入大海，个人认为他们缺乏处境意识，对失速的知识掌握不够，当听到失速警报时的第一反应应该是把机头往下压。

4.2国外训练遇到的事故

两年的法国飞行训练中，本人遇到了种种不同的飞行中的问题，其中有一件是有关于失速的，当时是在grenoble飞单发的DA40（如图4.1），教官在带飞导航训练。

先介绍下DA40这架飞机，仪表是garmin的，也有自动驾驶仪（AP，autopilot），没有自动油门，所以，当开着自动驾驶仪的时候，油门还得自己控制，问题就出现了。

当时的那段航路经过一座高山，所以会有山波，我当时是开着自动驾驶仪，油门打在巡航的地方，当时正在计算一些飞行数据、耗油等，所以没注意看仪表，因为山波的影响，飞机会掉高度，又因为自动驾驶仪是在“ALT（高度）”这个状态，所以为了保持高度，AP就会把迎角增大来增大升力，保持高度，随着迎角的不断增大，空速减小，DA40没有自动油门，速度不会被AP保持，当时我在埋头计算没注意到空速，当我听到失速警告响起的时候才反应过来，教官也看到了这个，问我接下来我会怎么处理，我赶紧把油门推到最大，同时断开自动驾驶仪并略微推杆，以增大空速。

这次小事故虽然是有惊无险，但让我深深领悟了一个道理：

要时刻关注飞行仪表的显示。

这次小事故也体现出了人工失速警告的作用，如果没有它，飞机很有可能会失速。

图4.1DA40机型

在法国飞行训练的尾声，我们体验了16个小时A320的模拟机，她有自动油门，所以，上述的问题不会再她上面发生，但个人认为，现代的客机自动化的确很高，仍需我们飞行员时刻的关注飞行数据。

模拟机的教官第一次跟我们见面的时候说过一句话很有道理，他说要操纵她，首先你要知道怎么样让她按你说的做，也就是FMGS（flightmanageguidesystem）等一些输入飞行数据的地方，然后你也要知道她跟你说的，这个可以从仪表上、FMGS和警告仪表盘等上看出。

第五章总结

失速可以发生在很多飞行阶段，影响飞行的安全。

失速的发生，可能是由于天气原因，也有可能是因为人为的不当操作。

天气原因我们只能尽量去避免，但操作不当的问题相信我们完全可以克服，只要严格的按照飞行程序做。

通过了解失速的定义和应对，有助于我们在将来的飞行道路上避免和克服失速。

现代的飞机都有针对失速的设备，有的飞机快失速时，操纵杆会自动前推，安全性能是相当高的，但飞行员不能松懈警惕。

个人认为失速并不可怕，可怕的是飞行员慌乱中忘记改出。

从个人飞行经验中，我得出了一个结论就是慌乱中一定要冷静，在飞机上，一个小错误可能会引起一连串的问题。

特别在一些紧急情况下，比如失速、单发失效、引擎着火、机舱失压等，此时飞行员的工作量会大大增大，要学会合理安排注意力的分配，做完一件事后再做后面的，不能同时做两件，并且严格按照紧急程序操作飞机，相信做到这些后，遇到紧急情况也能安全的解决。

失速问题仅仅是影响飞行安全的问题之一，作为一名飞行员，应积极吸取故事中得出的经验教训，学好基础知识，认真对待每次模拟训练，确保将来的飞行生涯安全。

参考文献

[1]JespersenSanderson,Inc.InstrumentManual[M].USA.1994.35~50.

[2]AirplaneFlyingHandbook[M].FAA-H-8083-3A.46~57.

[3]何晓薇，等．航空电子设备[M]．成都：

西南交通大学出版社,2004.82~95.

[4]凌茂芙.民用飞机失速速度的工程预测[J].陕西省西安市，飞行力学，1990,（04）.125~131.

[5]程才凤.关于现代飞机的失速及预防[J].江苏省南京市，江苏航空,2000,（04）.25