課程代碼 ：

　0517 70 09 9

　 研究生課程試卷

　 2017－2018學(xué)年 第一學(xué)期期末

　 《飛行力學(xué)實(shí)驗(yàn)I》 飛行原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

　考試時(shí)間 2018 年 11 月 1 日

　 姓名：

　蘇雨

　學(xué)號(hào)：

　 ZY1805316

　 專業(yè)：

　 飛行器設(shè)計(jì)

　指導(dǎo)教師：

　王維軍

　 北京航空航天大學(xué) 航空科學(xué)與工程學(xué)院

　 2018 年 11 月

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　 飛機(jī)失速尾旋現(xiàn)象研究

　第一章：失速尾旋現(xiàn)象介紹

　在我從事航模生涯這些年以來(lái)，有一種十分危險(xiǎn)的飛行現(xiàn)象，導(dǎo)致了我多架模型飛機(jī)墜毀。這就是在飛行中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)飛機(jī)突然失去控制，一邊下墜，一邊偏側(cè)翻轉(zhuǎn)，操縱無(wú)效直到墜地。經(jīng)查閱資料，了解到這種飛行現(xiàn)象稱為失速尾旋。

　失速：失速是當(dāng)機(jī)翼攻角（迎角）增大到一定的程度（臨界迎角）后，機(jī)翼上表面氣流分離，導(dǎo)致升力減小所發(fā)生的現(xiàn)象。飛機(jī)將低頭下沉，直至獲得足夠升力飛行。在高度低時(shí)發(fā)生失速是危險(xiǎn)的，高度足夠高時(shí)，可以練習(xí)失速的改出，改出失速的基本操作是迅速推桿到底采用俯沖姿態(tài)，等速度大于等于 1.3 倍失速速度時(shí)，緩慢向后拉桿改出至平飛。

　尾旋（螺旋）：當(dāng)一側(cè)機(jī)翼先于另一側(cè)機(jī)翼失速時(shí)，飛機(jī)會(huì)朝先失速的一側(cè)機(jī)翼方向沿飛機(jī)的縱軸旋轉(zhuǎn)，稱為螺旋或尾旋。發(fā)生螺旋式非常危險(xiǎn)的事情，有些飛機(jī)在設(shè)計(jì)制造時(shí)是禁止飛機(jī)進(jìn)入螺旋的，這樣的飛機(jī)進(jìn)入螺旋姿態(tài)后，很難改出。可以改出的飛機(jī)改出尾旋的基本方法是推桿到底，并向相反方向拉桿，如果發(fā)動(dòng)機(jī)以高速運(yùn)轉(zhuǎn)，必須立即收油門到慢車，向螺旋相反方向蹬滿舵，螺旋停止后，使用失速改平的方法。成功的關(guān)鍵是飛行員的技術(shù)和飛機(jī)的性能。

　全世界每年飛機(jī)事故中因失速發(fā)生的占事故總數(shù)約 30%～40%，如果飛行員認(rèn)知不清、處置不及時(shí)準(zhǔn)確，飛機(jī)很可能在極短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入失速尾旋，若在低空小高度時(shí)飛機(jī)進(jìn)入失速尾旋處置不當(dāng)，很可能會(huì)造成機(jī)毀人亡的等級(jí)事故，研究失速與尾旋的預(yù)防措施與改出方法，對(duì)考核飛機(jī)邊界飛行的操控性、安全性，挖掘飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性能以及保證戰(zhàn)斗生存率與飛行安全意義重大。

　第二章：失速尾旋現(xiàn)象 原理分析

　1 2.1 失速現(xiàn)象原理分析

　飛機(jī)在飛行時(shí)，機(jī)翼翼型中心與氣流來(lái)流方向的夾角為迎角，當(dāng)迎角增加到抖振迎角時(shí)，機(jī)翼上氣流開(kāi)始分離，機(jī)翼開(kāi)始出現(xiàn)了抖振，此時(shí)機(jī)翼升力系數(shù)還在上升，當(dāng)迎角增加到臨界迎角時(shí)，機(jī)翼表面氣流分離出現(xiàn)了嚴(yán)重分離，飛機(jī)升力系數(shù)急劇下降，可見(jiàn)失速根源是由于機(jī)翼表面氣流分離造成，失速也包括平尾、鴨翼等控制翼面的氣流分離，導(dǎo)致機(jī)翼和飛機(jī)其它控制翼面失去部分或全部效能,在失速過(guò)程中如果飛機(jī)升力支撐不了飛機(jī)重量，飛機(jī)就會(huì)掉高度（圖 1、圖 2），臨界迎角表征著飛機(jī)抗失速能力，飛機(jī)臨界迎角越大，飛機(jī)抗失速能力越大，其中一代、二代戰(zhàn)機(jī)臨界迎角約為 10°～25°、三代戰(zhàn)機(jī)約為 25°～50°、四代戰(zhàn)機(jī)約為 50°～70°,飛行中仰角 ，其中θ為俯仰角、φ為偏航角、γ為滾轉(zhuǎn)

　2

　角（下同）。

　 圖 圖 1 1 飛機(jī)失速狀況

　在失速初期，機(jī)翼翼型中心迎角小于抖動(dòng)迎角，機(jī)翼氣流雖然分離，但對(duì)其它翼面無(wú)影響，此時(shí)飛行員對(duì)飛機(jī)操縱感覺(jué)仍正常。

　當(dāng)繼續(xù)增大接近抖振迎角時(shí)，飛機(jī)結(jié)構(gòu)對(duì)翼面上較強(qiáng)的分離氣流產(chǎn)生氣動(dòng)激勵(lì)振動(dòng)響應(yīng)現(xiàn)象，即機(jī)翼抖振，同時(shí)飛機(jī)也可能出現(xiàn)輕微自動(dòng)仰俯和機(jī)頭橫擺等現(xiàn)象。

　在失速中期，機(jī)翼翼型中心迎角介于抖振迎角和臨界迎角之間，飛行員可以明顯感覺(jué)翼面出現(xiàn)較強(qiáng)的抖振現(xiàn)象，但升力仍然隨迎角增大而增大。

　飛機(jī)失速后期，機(jī)翼翼型中心迎角超過(guò)臨界迎角時(shí)，飛機(jī)進(jìn)入深失速，翼面上強(qiáng)烈的氣流分離會(huì)影響到副翼、平尾、方向舵等后翼面的穩(wěn)定性，使飛機(jī)出現(xiàn)了劇烈抖振與顛簸、側(cè)滑、航向發(fā)散（如俯仰振蕩、機(jī)頭搖晃等不穩(wěn)定現(xiàn)象）、飛機(jī)下墜、飛行阻力增加、飛行速度急劇減小等變態(tài)現(xiàn)象。

　2.2 2 尾旋 現(xiàn)象原理分析

　飛機(jī)失速后期，當(dāng)翼型中心迎角遠(yuǎn)超過(guò)臨界迎角后，失速加劇，飛機(jī)速度、升力、舵面操縱性、航向穩(wěn)定性都會(huì)減小，飛機(jī)帶有側(cè)滑現(xiàn)象，當(dāng)一側(cè)機(jī)翼先于另一側(cè)機(jī)翼失速（側(cè)滑時(shí)，側(cè)滑側(cè)機(jī)翼先失速）時(shí)，飛機(jī)會(huì)朝先失速的一側(cè)機(jī)翼方向沿飛機(jī)的縱軸邊滾轉(zhuǎn)邊急劇下滑（側(cè)滑角很大，側(cè)滑小球甚至偏置極限），同時(shí)也繞立軸、橫軸不斷旋轉(zhuǎn)，飛機(jī)出現(xiàn)這種重心沿小半徑螺旋線軌跡急劇下滑的氣動(dòng)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，說(shuō)明飛機(jī)已經(jīng)進(jìn)入失速尾旋，飛行員必須立即處置。可見(jiàn)失速與尾旋的主要危害是來(lái)自飛機(jī)的變態(tài)失控、飛行員失去方向感、飛機(jī)安全高度喪失三個(gè)方面。

　正螺旋是由正飛進(jìn)入的螺旋，發(fā)生正螺旋時(shí)，飛行員身體一直沒(méi)有離開(kāi)座椅，飛機(jī)座艙蓋基本向上，通過(guò)前風(fēng)擋看到機(jī)頭在地面畫圈，看不到旋轉(zhuǎn)地中心地標(biāo)；反螺旋是由倒飛進(jìn)入的螺旋，發(fā)生反螺旋時(shí)，飛行員身體離開(kāi)座椅，頭盔頂著座艙蓋，飛機(jī)座艙蓋基本沖下，能看到旋轉(zhuǎn)地中心地標(biāo)；根據(jù)尾旋時(shí)飛機(jī)俯仰角的不同，尾旋還可分為陡尾旋、緩尾旋和平尾旋。

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　 圖 圖 2 2 飛機(jī)尾旋

　第三章：

　飛機(jī)失速尾旋的預(yù)防

　1 3.1 飛機(jī)設(shè)計(jì)中預(yù)防 尾旋 措施

　飛機(jī)設(shè)計(jì)中預(yù)防失速尾旋的措施主要有：合理設(shè)計(jì)飛機(jī)增升裝置（如加裝鴨翼、邊條翼、渦流發(fā)生器、吹風(fēng)襟翼、翼刀等），采用新的飛行控制技術(shù)（如放寬靜穩(wěn)定性 RSS 控制技術(shù)、推力矢量控制技術(shù)、主動(dòng)渦流控制 AVC 技術(shù)、機(jī)動(dòng)載荷控 VLC 技術(shù)、多變量重構(gòu)技術(shù)等），能使飛機(jī)臨界迎角不斷擴(kuò)大，飛機(jī)甚至在 0°-360°迎角范圍，飛機(jī)操控性依然穩(wěn)定；優(yōu)化迎角限制器（推桿器或抖桿器）、音響與燈光等失速告警裝置設(shè)計(jì)，使告警鮮明可靠；視情增裝尾旋改出傘和尾旋改出火箭，使飛機(jī)進(jìn)入尾旋后仍然能從容安全地改出。

　3.2 2 飛行操作 中預(yù)防 尾旋 措施

　在飛力實(shí)驗(yàn)課程中操作塞斯納飛機(jī)進(jìn)行飛行時(shí)就能發(fā)現(xiàn)，當(dāng)飛機(jī)速度很低，并且操縱桿控制量較大，打舵較猛時(shí)飛機(jī)容易發(fā)生失速。因此，為了避免飛機(jī)失速和失速尾旋，飛機(jī)在包括盤旋、收斂轉(zhuǎn)彎等特技機(jī)動(dòng)飛行時(shí)，飛行員對(duì)桿舵的動(dòng)作量不要過(guò)大過(guò)猛，否則俯迎角變化速率過(guò)快，在慣性作用下，飛機(jī)很容易出現(xiàn)迎角超控現(xiàn)象，尤其對(duì)于后掠翼和三角翼飛機(jī)或是臨界迎角較小的飛機(jī)，飛行員更應(yīng)依據(jù)飛行速度時(shí)刻掌控好飛行迎角。

　在飛行員訓(xùn)練時(shí)，應(yīng)當(dāng)防患于未然，加入失速尾旋改出科目訓(xùn)練。更換機(jī)型飛行與危險(xiǎn)科目飛行，飛行前要有技術(shù)交底、編寫專門的應(yīng)急處置預(yù)案，并組織必要的飛行預(yù)先演練，飛行員對(duì)抖動(dòng)迎角、臨界迎角、失速告警、演練高度、飛

　4

　機(jī)最低安全高度、飛行包線邊界等飛行知識(shí)有充分的認(rèn)知。

　3.3 3 飛行環(huán)境中預(yù)防 尾旋 措施

　避免飛機(jī)在惡劣氣象條件下，如風(fēng)切變、垂直陣風(fēng)、颶風(fēng)、晴空湍流、颶風(fēng)、突風(fēng)等大氣亂流，或過(guò)冷雨雪和霜凍等氣象條件下飛行，以免飛機(jī)迎角增大到臨界迎角以上而造成飛機(jī)失速。一旦飛機(jī)不可避免地進(jìn)入結(jié)冰區(qū)時(shí)，通常情況下應(yīng)迅速改變飛行高度、飛機(jī)增速、減小飛機(jī)俯仰角、及時(shí)脫離結(jié)冰層區(qū)域，同時(shí)打開(kāi)飛機(jī)防冰系統(tǒng)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、空速管、迎角與側(cè)滑角傳感器等部件加溫，盡早醞釀失速尾旋改出程序，必要時(shí)拋掉飛機(jī)外掛，同時(shí)要求飛行員柔和操縱桿舵。此外，飛行中應(yīng)避免飛機(jī)進(jìn)入其它飛機(jī)尾流。

　第四章：失速尾旋的處理措施

　4 41 .1 失速的改出措施

　在飛力實(shí)驗(yàn)課程操縱塞斯納飛機(jī)進(jìn)行模擬飛行時(shí)，我有意讓飛機(jī)處于低速大迎角狀態(tài)，使飛機(jī)失速。經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)，我發(fā)現(xiàn)當(dāng)飛機(jī)失速后，應(yīng)當(dāng)停止過(guò)于猛烈的拉桿，讓飛機(jī)先俯沖一段距離，待飛機(jī)速度恢復(fù)至 70-80mile/h 左右時(shí)，柔和將飛機(jī)拉至平飛，再緩緩爬升恢復(fù)高度。切忌猛烈拉桿或打副翼。

　4 4. .2 2 尾旋 的改出措施

　改出尾旋關(guān)鍵是迅速制止飛機(jī)旋轉(zhuǎn)，然后設(shè)法減小飛機(jī)迎角，降低飛機(jī)的姿態(tài)角，通過(guò)下降高度換取速度，要求飛機(jī)心須有足夠安全高度（2000m～2500m以上為宜），然后依據(jù)飛機(jī)滾轉(zhuǎn)速度、載荷、下墜速度、姿態(tài)、剩余高度等情況視情實(shí)施改出。改出尾旋方法很多，基本要點(diǎn)為用腳蹬蹬平方向舵（方向舵中立）或反尾旋滾轉(zhuǎn)方向蹬舵（只有反尾旋方向蹬舵才能滯轉(zhuǎn)，切忌反尾旋滾轉(zhuǎn)方向壓駕駛桿），以修正側(cè)滑和滯轉(zhuǎn)（側(cè)滑帶來(lái)的尾旋滾轉(zhuǎn)是順機(jī)翼失速、旋轉(zhuǎn)一側(cè)）；副翼中立（駕駛桿橫向中立）或順尾旋滾轉(zhuǎn)方向壓駕駛桿（能夠迅速滯轉(zhuǎn)）；如果發(fā)動(dòng)機(jī)以高速運(yùn)轉(zhuǎn)，須立即收油門到慢車，當(dāng)旋轉(zhuǎn)完全被制止、迎角完全減小、飛機(jī)速度恢復(fù)足夠大后，再柔和拉桿改出尾旋，改出過(guò)程中要沉著冷靜注意側(cè)滑儀、速度表、高度表。

　第五章：小結(jié)

　飛機(jī)的失速尾旋現(xiàn)象雖然一度被稱為“死亡陷阱”，但我們只要搞清它的發(fā)生機(jī)理，在飛機(jī)設(shè)計(jì)和飛行員訓(xùn)練中采取預(yù)防措施，研究新的防尾旋措施，例如：“反尾旋傘”，失速尾旋也會(huì)變得不那么可怕。

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