[科普中國(guó)]-過(guò)失速區(qū)

失速區(qū)

在流體動(dòng)力學(xué)中，失速是隨著迎角增加而由產(chǎn)生的升力系數(shù)的減小。當(dāng)超過(guò)臨界迎角時(shí)，會(huì)發(fā)生這種情況。臨界迎角通常約為15度，但根據(jù)流體和雷諾數(shù)不同，它可能會(huì)有很大變化。

由于飛行員增加機(jī)翼的攻角并超過(guò)其臨界迎角（可能是由于降級(jí)低于水平飛行中的失速速度），固定翼飛行中的失速通常會(huì)隨著升降機(jī)的突然減小而經(jīng)歷。一個(gè)攤位并不意味著發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作，或者飛機(jī)停止移動(dòng) - 即使在沒(méi)有動(dòng)力的滑翔機(jī)中也是如此。載人和無(wú)人駕駛飛機(jī)的推力用于超越失速極限，從而引起后失速問(wèn)題。

由于失速是與航空有關(guān)的最常見(jiàn)的問(wèn)題，我們主要討論涉及飛機(jī)的失速，特別是固定翼飛機(jī)。

失速是空氣動(dòng)力學(xué)和航空中的一個(gè)條件，其中攻角增加超過(guò)某一點(diǎn)，使升力開(kāi)始下降。這種情況發(fā)生的角度稱(chēng)為臨界迎角。這個(gè)臨界角度取決于機(jī)翼的翼型部分或輪廓，其平面形狀，其縱橫比和其他因素，但是對(duì)于大多數(shù)情況，相對(duì)于進(jìn)風(fēng)（“相對(duì)風(fēng)”）通常在8至20度的范圍內(nèi)亞音速翼型臨界攻角是對(duì)升力系數(shù)與最大升力系數(shù)出現(xiàn)角攻角曲線的攻角。

流動(dòng)分離開(kāi)始發(fā)生在小的迎角，而附著在機(jī)翼上的流動(dòng)依然占主導(dǎo)地位。隨著迎角的增加，機(jī)翼頂部的分離區(qū)域的尺寸會(huì)增加，并阻礙機(jī)翼產(chǎn)生升力的能力。在臨界的攻角下，分離的流動(dòng)是如此重要，以致額外的攻角增加產(chǎn)生較少的升力和更多的阻力。

攤位期間的固定翼飛機(jī)可能會(huì)遇到震動(dòng)或態(tài)度改變。大多數(shù)飛機(jī)的設(shè)計(jì)都有一個(gè)逐漸失速的特征，它會(huì)警告飛行員，并給予他或她的時(shí)間作出反應(yīng)。例如，在攤檔之前不自助的飛機(jī)可能安裝有聲音報(bào)警器或安裝了搖桿，以通過(guò)振動(dòng)前后搖擺來(lái)模擬自助餐的感覺(jué)。對(duì)于給定的條件，“自助邊際”是指給定水平的自助餐可以施加的“g”數(shù)量。只有在低空速時(shí)，才能在穩(wěn)定的直線和水平飛行中達(dá)到臨界迎角。在更高的空速下增加攻角的嘗試可能導(dǎo)致高速失速或者只能使飛機(jī)上升。

飛機(jī)進(jìn)入失速狀態(tài)時(shí)的任何偏航可能導(dǎo)致自轉(zhuǎn)，這有時(shí)也被稱(chēng)為“旋轉(zhuǎn)”。由于空氣在失速期間不再順利地流過(guò)機(jī)翼，所以副翼的控制變得不那么有效，同時(shí)副翼產(chǎn)生不利偏航的趨勢(shì)也增加。這種特性增加了從前進(jìn)翼的升力，并增加了飛機(jī)進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的可能性。2

過(guò)失速區(qū)飛機(jī)敏捷性評(píng)估隨著全方位近距空空導(dǎo)彈的出現(xiàn)，離軸發(fā)射能力的提高，近距空戰(zhàn)范圍在逐漸向低速甚至失速范圍擴(kuò)展。尤其是在近年來(lái)發(fā)展的近視距空中格斗中，飛機(jī)的作戰(zhàn)效能主要取決于過(guò)失速狀態(tài)下的飛機(jī)性能及飛行品質(zhì)。因此，過(guò)失速機(jī)動(dòng)技術(shù)已成為當(dāng)前各國(guó)在戰(zhàn)斗機(jī)改裝、研制和設(shè)計(jì)中頗受重視的熱點(diǎn)之一。3

在近距格斗過(guò)程中，可離軸發(fā)射的全方位導(dǎo)彈的軸線無(wú)需精確對(duì)準(zhǔn)敵機(jī)，只要目標(biāo)在射程之內(nèi)和一定離軸發(fā)射角之內(nèi)，就有一定等級(jí)的殺傷概率。因此，利用過(guò)失速機(jī)動(dòng)，飛機(jī)可盡早取得角度優(yōu)勢(shì)，使得敵機(jī)盡早進(jìn)入離軸發(fā)射角范圍，以獲得更多更快以致更久的攻擊敵機(jī)的機(jī)會(huì)，提高空戰(zhàn)效能?？梢?jiàn)，在提高戰(zhàn)斗機(jī)敏捷性諸多措施中，最為有效的是采用過(guò)失速機(jī)動(dòng)。

過(guò)失速機(jī)動(dòng)具有兩個(gè)明顯特點(diǎn)：一是機(jī)頭指向目標(biāo)迅速；二是迅速轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)動(dòng)。4

過(guò)失速區(qū)極限環(huán)振蕩眾所周知，飛機(jī)在大迎角下的氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)會(huì)變?yōu)榉蔷€性的，尤其在接近和超過(guò)臨界迎角的區(qū)域，即所謂失速和過(guò)失速區(qū)，升力曲線會(huì)呈現(xiàn)出明顯的非線性，有時(shí)力矩特性也為非線性的。有關(guān)研究表明，當(dāng)過(guò)失速區(qū)的負(fù)升力線斜率足夠大時(shí)，飛機(jī)在特定的初始狀態(tài)下，會(huì)出現(xiàn)舵面固持下的所謂“搖擺座椅”或“前后振蕩”現(xiàn)象，即存在縱向極限環(huán)振蕩。5