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《科学大众》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

创办于1937年,是我国创刊最早、影响最大的科普刊物之一。现由江苏省科技厅主管、江苏省科协主办。70多年来,杂志秉承“科学大众化、大众科学化”的宗旨,矢志不渝地为提高中华民族特别是青少年科学素质服务,影响了一代又一代中国人,得到了毛泽东、周恩来等党和国家领导人的肯定。

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完美迫降在停机后

2009-12-27 17:15:06

  2009年1月l5日,一架美国合众国肮空公司空客A320起飞后遭鸟群撞击,两台发动机停车,机长萨伦伯格当机立断,驾机在纽约哈德逊河上迫降,挽救了飞机和所有乘客,他也因创造了一个飞行奇迹而成为美国家喻户晓的英雄。萨伦伯格和他的乘客无疑是幸运的,他们成功迫降的关键恰恰是飞行员选择了合适的迫降场。从飞行轨迹俯视图可以清晰看出,在逆向河流的方向起飞后,飞机发动机瞬间失去了动力,飞行员果断地掉转机头顺着哈德逊河的方向迫降,并最终成功着陆。


  发动机空中停车后最佳的选择当然是在机场迫降。然而,由于停车发生大都比较突然,能够在机场上追降的机会并不多。有些飞行员情急之下选择在野外开阔地迫降,大都造成机毁人亡。2009年2月25日,一架土耳其航空公司的波音737客机,在荷兰阿姆斯特丹的斯希普霍尔机场迫降时发生了惨剧,其原因是在现代的城市和乡村已经很难找到开阔的平坦地带,因此,水上着陆不失为无奈之中的最佳选择。

  在世界飞行界有三大技术难题:失速螺旋桨、发动机空中停车和操纵系统失效。这些难题引起的空难屡见不鲜,相对于失速螺旋桨和操纵失效,飞行中发动机停车的处置尤为困难,前两个故障飞行员比较容易作出决策,无法恢复操纵就可以弃机跳伞。而发动机停车时飞机的操纵基本正常,而要驾机返场迫降却难如登天,历史上这样的尝试大多以惨痛的结局告终。

  发动机停车后,人和飞机就像游乐场的海盗船突然被掀上了天空,此时,利用飞机的滑翔功能,仍然可以安全着陆。滑翔控制的关键是速度和姿态角,驾驶员根据速度高度表控制滑翔速度和滑翔轨迹,根据天地线与座舱的关系位置控制下滑角度。着陆阶段的关键是控制目测,即根据飞行高度和与着陆点的距离,控制进入着陆的转弯点和下降航线。着陆的操纵需要飞行经验和很好的操纵感觉,要求极为精确。

  迫降开始后,飞机几乎是在做俯冲,在无动力的情况下保持20度左右的下滑角度只能维持400千米/小时左右的滑翔速度。而对正跑道在高度200米后,此时飞机需要一边抬头减小下滑角度和速度,一边急速下坠,飞机几乎是拍在了迫降的地方。


  螺旋桨时代的迫降

  在二战结束前的活塞式飞机飞行时代,迫降是飞行员救生的重要手段。那时飞机弹射救生装置还没有发明出来。飞行员要想跳伞,只能自己爬出飞机。比起和高大的垂直尾翼碰撞或是被气流吹袭的风险,驾驶受损的飞机迫降不会是更糟的选择。只要飞机尚可操纵,飞行员大多会选择野外迫降。

  活塞式飞机滑翔迫降成功率在当时还是很高的。成功率高的原因:首先,活塞式飞机采用的是低速飞行、机翼截面比较弯曲有利于产生更大的升力,获得同样的升力只需要较小的飞行速度;其二,由于早期飞机采用较多的轻质材料,例如木材以及织物等,飞机质量较轻,这使得飞机容易获得足以抵消自重力的升力;其三,活塞式飞机相对于现代高速飞机其滑翔性能更好。在人类早期的飞行实践中,成功迫降的事例比比皆是,迫降几乎成为每个飞行员都能掌握的驾驶技术。


  现代战机无动力迫降

  飞机进入喷气时代后,现代科技在不断创造飞行奇迹的同时,也给无动力飞翔带来了新的特点。首先,现代飞机大都采用金属结构,质量大大增加,飞行所需的升力也要增加,因此现代飞机的飞行速度更高;其二,军用飞机为了实现高空高速的飞行性能,在气动设计上采用了高速气动布局,包括后掠翼、小展弦比、薄型机冀等。这些设计使得飞机的滑翔性能降低;第三,现代飞机的结构和系统更为复杂,飞机的操纵系统需要液压动力驱动,机上设备和系统需要电源系统供电。在发动机停车的情况下,必须采用应急动力系统为液压和电源系统提供能源。因此,现代飞机发动机空中停车后的处置和操纵也更加困难。简单地说,现代飞机的无动力飞翔存在缺动力、缺信息、缺时间、缺迫降场地。这也是现代飞机停车迫降罕有成功范例的原因。

  现代战机在飞行中如果没有动

  力是不可想象的。飞机的动力系统大致可分为三种产生向前推力的发动系统,为机上用电设备提供能源的电源系统,以及为操纵系统提供能量的液压系统。现代飞机上这三种动力系统的能源均来自于发动机。那么发动机停车后如何保证电源系统供电和操纵系统油压呢?这就需要应急动力系统,也就是备份动力系统。为确保发动机停车后能维持飞机的操纵和显示,现代飞机在应急动力系统的设计上可谓绞尽脑汁。然而应急动力系统提供动力的时间是有限的,因此,当发动机出现故障或停车时可供飞行员处置的时间很短,需要飞行员果断决策,迅速处置。

  通常发动机发生故障后并不是马上进入停车状态,一个优秀的飞行员会合理地利用这段发动机告警和降级的阶段,为返场和迫降创造有利条件。按照一般的理解,为了减缓发动机的故障扩展,应该把转速减到最小,然而问题并没有如此简单。随着发动机推力的降低,维持飞行速度越来越难;当速度无法维持时,飞行员不得不提高发动机转速,这样做反而会导致发动机进入危险状态。一个老练的飞行员通常会选择一个比较合适的转速,尽可能维持飞机的高度和速度。一旦发动机空中停车,那么飞机的飞行高度和速度就是迫降成功的关键了。

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