[科普中國]-氣動失速

簡介

氣動失速，由于高、低壓壓氣機之間的相互影響，當飛機前進時產(chǎn)生的升力沒有飛機的重量大時飛機就會下降、或摔機。超過臨界迎角后，產(chǎn)生嚴重的分離，升力急劇下降而不能保持正常飛行的現(xiàn)象。

背景無論是民用還是軍用飛機目前廣泛采用的是雙軸或多軸結構的渦輪風扇或者渦輪噴氣發(fā)動機,對于這種結構的航空發(fā)動機,存在的一個主要問題就是高、低壓壓氣機之間的相互影響,尤其是對各自失速邊界或喘振裕度的影響。

在高低壓壓氣機相互影響中,低壓壓氣機出口非均勻壓力波動對高壓壓氣機穩(wěn)定性的影響是一個非常重要且非常突出的問題.80年代中期,Sch.ffler和Miatt首先對三軸結構的RB-199發(fā)動機的高低壓壓氣機的相互影響進行了初步的實驗和理論研究.其研究結果表明,在低壓壓氣機的出口存在著非均勻的壓力波動,而且隨著低壓壓氣機向其失速邊界的趨近,這種波動的強度不斷增大.當?shù)蛪簤簹鈾C進入旋轉失速狀態(tài)時,高壓壓氣機的進口更是處于一種高強度的非均勻壓力波動狀態(tài).高低壓壓氣機在發(fā)動機中共同工作時,雖然其節(jié)流特性表現(xiàn)為:隨著流量的減小,低壓壓氣機的工作點首先迅速向其失速邊界趨近,而高壓壓氣機的工作點相對較穩(wěn)定.但由于隨著低壓壓氣機工作點向其失速邊界的趨近,其出口非均勻壓力波動的強度不斷增大,而這種壓力波動可使其下游的高壓壓氣機的失速邊界下移(喘振裕度的損失可高達20%),故可使全臺發(fā)動機的高低壓壓氣機全部進入失速狀態(tài),造成嚴重后果1。

影響(1)飛機抖動并左右搖晃：這是因為機翼上表面氣流強烈分離而產(chǎn)生大量渦流，引起升力時大時小，和左、右翼的升力變化不均造成的。

(2)桿舵抖動、操縱變輕：飛機超過臨界迎角時，機翼上表面的氣流強烈分離，產(chǎn)生了大量渦流，影響到各個舵面，所以桿舵發(fā)生抖動；渦流區(qū)內的壓力較小，所以桿舵變輕。

(3)飛機下降、機頭下沉：超過臨界迎角后，會使氣流分離，升力下降；另外，由于阻力增大，速度減小，也使升力降低。當升力不能維持飛機的重力時。就會使飛機下降；促使機頭下沉。

解決方法提力（舉力或升力）不足無法支撐飛機的狀態(tài)。因提升速度或縮小AOA（攻角的略稱，指風接觸機翼的角度）導致的失速可以恢復。

飛機在平飛的時候，機翼產(chǎn)生的升力和飛機的重力是平衡的，舉力的方向總是垂直于機翼中心平面的。 而在大角度爬升或俯沖的時候，飛機的機翼下部產(chǎn)生的舉力不再和重力方向一致，飛機失去了部分舉力，造成了飛機下墜。

戰(zhàn)斗機在特技飛行時，也不會時間過長的大角度爬升或俯沖，必須很快的轉入平飛。特技飛行中的倒飛，是完全拋棄了舉力，而是相反的受力，也是表演一會。大型飛機不僅是不能長時間作這樣的動作，就是過急的拐彎，飛機翼傾斜過度，產(chǎn)生的后果和這一樣。

飛機失速后，下墜時進入螺旋，大型飛機是很難改出這種狀態(tài)，直致墜毀。