[科普中國]-飛機(jī)失速

定義通俗解釋

飛機(jī)機(jī)翼在攻角超過某個(gè)臨界值后，舉力系數(shù)(見舉力)隨攻角增大而減小的現(xiàn)象。當(dāng)失速時(shí)，飛機(jī)會(huì)產(chǎn)生失控的俯沖顛簸運(yùn)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生振動(dòng)，駕駛員感到操縱異常。

簡單來說，飛機(jī)失速意味著機(jī)翼上產(chǎn)生的升力突然減少，從而導(dǎo)致飛機(jī)的飛行高度快速降低。注意失速并不意味著引擎停止了工作或是飛機(jī)失去了前進(jìn)的速度。1

專業(yè)解釋1、當(dāng)飛機(jī)前進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的升力小于飛機(jī)所受的重力時(shí)飛機(jī)就會(huì)下降.或摔機(jī).即飛機(jī)迎角大于臨界角，出現(xiàn)大迎角失速

2、高速飛機(jī)飛行時(shí)，由于飛行速度超過臨界速度造成激波失速

補(bǔ)充：攻角（Angle of attack）： 也叫迎角。即翼弦與自由流/相對(duì)風(fēng)流的夾角。

大迎角失速內(nèi)容超過臨界迎角(或臨界攻角，多數(shù)飛機(jī)為18°，即氣流開始與失速機(jī)翼分離的角度)后，翼型上表面邊界層將發(fā)生嚴(yán)重的分離，升力急劇下降而不能保持正常飛行的現(xiàn)象，叫失速。

很多的航空事故都是由于失速引起

失速本質(zhì)上并非指飛機(jī)速度不足，而是指流經(jīng)翼面的氣流由于逆壓梯度與粘性作用發(fā)生分離，造成上翼面分離處壓力上升，因而致使升力驟然下降。

原理飛機(jī)失速的原因是機(jī)翼在大迎角下出現(xiàn)了氣流分離．而左右兩翼因種種原因(如側(cè)滑、或構(gòu)造有微小的不對(duì)稱)．氣流分離并不對(duì)稱，因此就會(huì)出現(xiàn)下述失速特性：

1．飛機(jī)抖振，駕駛桿、腳蹬抖動(dòng)，機(jī)身搖晃，飛機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)。飛機(jī)接近失速時(shí)．已開始呈現(xiàn)抖動(dòng)．這就是失速的警告信號(hào)。隨著迎角的進(jìn)一步增大．抖振、搖晃進(jìn)一步加劇，飛機(jī)加速進(jìn)入失速。作機(jī)動(dòng)動(dòng)作進(jìn)入失速的抖振、搖晃要比平飛進(jìn)入失速更為猛烈。

2．失速成迎角接近臨界迎角的飛機(jī)，當(dāng)其加速失速時(shí)．法向過載或法向加速度會(huì)突然中止。

3．出現(xiàn)迅速而非指令性的轉(zhuǎn)動(dòng)，如機(jī)翼下墜，機(jī)頭上仰．俯仰振蕩，偏機(jī)頭等等至于出現(xiàn)哪種運(yùn)動(dòng)，視飛機(jī)型別各不相同。如殲五飛機(jī)由于超過失速迎角以后的升力系數(shù)下降和緩，飛行員對(duì)失速下墜沒有明顯感覺，但對(duì)緊接著出現(xiàn)的坡度，偏轉(zhuǎn)和下俯，會(huì)看得很清楚。

4．飛行速度迅速下降。但如果是向下的機(jī)動(dòng)，如半滾倒轉(zhuǎn)進(jìn)入失速飛行速度并不致很快減慢。

5．無助力裝置的飛機(jī)，會(huì)感到操縱桿舵變輕。操縱開始失常。失速的特性及現(xiàn)象。

在流體動(dòng)力學(xué)中，失速是指翼型氣動(dòng)攻角（Angle of attack）增加到一定程度（達(dá)到臨界值）時(shí)，翼型所產(chǎn)生的升力（lift force）突然減小的一種狀態(tài)。翼型氣動(dòng)迎角超過該臨界值之前，翼型的升力是隨迎角增加而遞增的；但是迎角超過該臨界值后，翼型的升力將遞減。

由於大部份有關(guān)失速的討論都與航空有關(guān)，以下集中論述失速與飛機(jī)（固定翼飛機(jī)）的關(guān)系。簡單來說，飛機(jī)失速意味著機(jī)翼上產(chǎn)生的升力突然減少，從而導(dǎo)致飛機(jī)的飛行高度快速降低。注意失速并不意味著引擎停止了工作或是飛機(jī)失去了前進(jìn)的速度。

容易產(chǎn)生失速的幾種情況對(duì)于失速的防范與應(yīng)對(duì)，并不是讓你無時(shí)無刻都處于一種高度緊張狀態(tài)，由無知而產(chǎn)生的緊張不僅于事無補(bǔ)，反而會(huì)導(dǎo)致更壞的結(jié)果。因此，了解容易產(chǎn)生失速的基本條件和時(shí)機(jī)非常重要。

低速機(jī)動(dòng)低速飛行時(shí)飛行員對(duì)于失速具有一定的警覺性，這種警覺是非常重要的，因?yàn)榈退亠w行階段，飛機(jī)機(jī)動(dòng)能力弱，很容易產(chǎn)生由姿態(tài)改變而引發(fā)迎角的急劇增加。這一點(diǎn)其實(shí)很好理解，由于速度的減小導(dǎo)致向心力的不足，使得軌跡的改變不能跟隨姿態(tài)的變化，導(dǎo)致迎角的急劇增加，從而超越失速迎角引發(fā)失速。對(duì)于低速失速的防范和警覺，可以使我們有效地避免失速的發(fā)生，但有時(shí)由于飛行員專注于其他環(huán)境和飛機(jī)狀態(tài)的變化，會(huì)使他的這種警覺性降低，從而產(chǎn)生無意識(shí)的錯(cuò)誤操控。因此，在低速飛行時(shí)飛行員要防止注意力高度集中、單打一，要時(shí)刻關(guān)注飛機(jī)迎角和狀態(tài)的變化，敏銳地感知飛機(jī)狀態(tài)的異常，一旦發(fā)現(xiàn)飛機(jī)由進(jìn)入失速的趨勢，要及時(shí)終止機(jī)動(dòng)。

危險(xiǎn)天氣危險(xiǎn)天氣條件下的飛行，對(duì)飛行員的駕駛技術(shù)提出了更高的要求，側(cè)風(fēng)、強(qiáng)對(duì)流、風(fēng)切變等天氣情況，會(huì)使飛機(jī)的氣動(dòng)力發(fā)生顯著的變化，這些變化從一定程度上影響了飛行員的操控，有些天氣條件下盡管能夠完成飛行，但需要特殊的技術(shù)，如大側(cè)風(fēng)著陸，需要飛行員采用位置、航向、坡度的綜合修正，而且在著陸后迅速改變駕駛動(dòng)作，對(duì)飛行員的駕駛技術(shù)提出了特殊的要求。由于不能勝任氣象條件，在操控上出現(xiàn)重大失誤，是引發(fā)的失速事故的一個(gè)重要原因。

弱動(dòng)力飛行動(dòng)力不足是導(dǎo)致飛機(jī)失速的重要原因，一方面由于動(dòng)力不足速度難以增加，飛機(jī)的機(jī)動(dòng)能力較弱，容易產(chǎn)生由于操作失誤所引發(fā)的失速；另一方面，弱動(dòng)力飛行時(shí)很容易產(chǎn)生速度的急劇衰減和能量的急劇損耗，在飛行員沒有察覺的情況下進(jìn)入低速飛行狀態(tài)。為此，飛行員需要加強(qiáng)弱動(dòng)力飛行的理論學(xué)習(xí)和模擬訓(xùn)練，掌握弱動(dòng)力飛行的特點(diǎn)：（弱動(dòng)力飛行理論為我獨(dú)創(chuàng)，相關(guān)知識(shí)請(qǐng)閱讀附文）

1. 控制合理的飛行速度（殲擊機(jī)450公里/小時(shí)以上）

2. 了解弱動(dòng)力飛行時(shí)機(jī)動(dòng)飛行速度消失快的特點(diǎn)，柔和操控

3. 進(jìn)場階段控制軌跡，而不是試圖改變飛機(jī)的下沉趨勢，避免不自主的拉桿，使飛機(jī)進(jìn)入失速狀態(tài)

4. 沒有再次挽救的機(jī)會(huì)，確保操控的準(zhǔn)確性，一次成功。

起降階段飛機(jī)在起降階段，一方面處于低速飛行狀態(tài)，容易產(chǎn)生失速，另一方面由于放下了起落裝置，改變了飛機(jī)的構(gòu)型和氣動(dòng)外形，使得飛機(jī)的操縱性和穩(wěn)定性降低，特別是在轉(zhuǎn)彎階段和離陸、降落階段，飛行員的操控頻繁復(fù)雜，容易產(chǎn)生狀態(tài)的突然變化，從而引發(fā)失速。

應(yīng)對(duì)的方法是確保飛機(jī)在安全的起降速度范圍內(nèi)飛行，合理利用技術(shù)修正側(cè)風(fēng)和偏差，避免粗猛的操控動(dòng)作。

另外在起降階段如遇到突發(fā)情況，確保安全是首要原則，要努力將故障控制在跑道上，如果飛機(jī)離陸則要迅速安全地控制飛機(jī)著陸，避免危機(jī)狀態(tài)下長時(shí)間在空中停留。

非常規(guī)構(gòu)型非常規(guī)構(gòu)型是指在飛機(jī)結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)外形和重量等方面，不同于常規(guī)狀態(tài)的飛機(jī)構(gòu)型。其中特別需要強(qiáng)調(diào)的是飛機(jī)重心、重量的特殊變化。4月29日的波音747失速事故，很重要的原因就是飛機(jī)重載起飛。重載起飛、非正常重心起飛，飛機(jī)的操控特點(diǎn)與常規(guī)起飛完全不同，需要特殊的駕駛技術(shù)，沒有經(jīng)過特殊訓(xùn)練的飛行員是難以勝任的，另外，這種特殊構(gòu)型下的起飛，對(duì)氣象條件要求也比較嚴(yán)，不能按照一般的起降條件進(jìn)行掌握，在大風(fēng)、強(qiáng)對(duì)流天氣下進(jìn)行重載起飛是非常危險(xiǎn)的。從4月29日的飛行事故現(xiàn)場看，當(dāng)時(shí)機(jī)場處于強(qiáng)對(duì)流天氣，側(cè)風(fēng)較大、氣流顛簸，這是引發(fā)事故的另一個(gè)重要原因。

人機(jī)耦合震蕩從飛行控制的角度講，起降階段是操作頻繁復(fù)雜、操縱精度要求較高的“高增益”操縱階段，“高增益”操縱的一大特點(diǎn)是容易產(chǎn)生人機(jī)耦合，由此產(chǎn)生的震蕩會(huì)嚴(yán)重威脅飛行的安全。

預(yù)防人機(jī)耦合震蕩要求飛行員熟悉和適應(yīng)飛機(jī)和飛控系統(tǒng)操控特點(diǎn)，避免急劇、粗猛、下意識(shí)和反復(fù)無常的操控。一旦產(chǎn)生人機(jī)耦合震蕩，不要試圖消除每一次震蕩，而應(yīng)按照人機(jī)耦合的處置方法，以緩慢連續(xù)的單向操控加以克服。2

避免失速的方法判明失速后，應(yīng)立即推桿減小迎角，恢復(fù)升力。待飛機(jī)獲得速度后，即可轉(zhuǎn)入正常飛行。

提力(舉力或升力)不足無法支撐飛機(jī)的狀態(tài)。應(yīng)提升速度或縮小AOA(ADF中AOA的解釋:攻角的略稱，指風(fēng)向與機(jī)翼弦線的夾角。注意，角度過大會(huì)使機(jī)翼無法提升揚(yáng)力而導(dǎo)致失速)導(dǎo)致的失速可以恢復(fù)。

飛機(jī)在平飛的時(shí)候，機(jī)翼產(chǎn)生的升力和飛機(jī)的重力是平衡的，舉力的方向總是垂直于機(jī)翼中心平面的。

而在大角度爬升或俯沖的時(shí)候，飛機(jī)的機(jī)翼下部產(chǎn)生的舉力不再和重力方向一致，飛機(jī)失去了部分舉力，造成了飛機(jī)下墜。3

戰(zhàn)斗機(jī)在特技飛行時(shí)，也不會(huì)時(shí)間過長的大角度爬升或俯沖，必須很快的轉(zhuǎn)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(huì)。大型飛機(jī)不僅是不能長時(shí)間作這樣的動(dòng)作，就是過急的拐彎，飛機(jī)翼傾斜過度，產(chǎn)生的后果和這一樣。

飛機(jī)失速下墜后，軌跡呈螺旋狀，大型飛機(jī)很難脫離這種狀態(tài)，極易墜毀。

加強(qiáng)理論學(xué)習(xí)失速理論教育不能僅停留在航理層面，飛行員在初始教育階段對(duì)這些理論已經(jīng)有了足夠的了解。我認(rèn)為需要加強(qiáng)的是對(duì)失速案例的進(jìn)一步分析，對(duì)所飛機(jī)種的失速相關(guān)理論的進(jìn)一步了解，以及對(duì)失速處置技術(shù)理論的進(jìn)一步深化。因?yàn)橹挥型ㄟ^案例分析，才能使我們真正了解失速的易發(fā)性、復(fù)雜性和危險(xiǎn)性，只有了解了所飛機(jī)種的失速特點(diǎn)，才能有針對(duì)性的進(jìn)行失速防范和應(yīng)對(duì)。只有結(jié)合環(huán)境、條件、飛機(jī)和自身技術(shù)特點(diǎn)，才能真正掌握有效的處置失

模擬訓(xùn)練失速畢竟是一種平時(shí)飛行中難以遇到的特殊情況，對(duì)于失速的了解和應(yīng)對(duì)技術(shù)的掌握，想要靠實(shí)際飛行來提高是難以實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)代模擬技術(shù)對(duì)于各種特殊情況的模擬已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)逼真的程度。通過模擬訓(xùn)練，可以使飛行員通過反復(fù)訓(xùn)練掌握失速特點(diǎn)和處置方法。

提高失速警覺性失速的警覺性不是讓飛行員時(shí)時(shí)設(shè)防處處警覺，而是真正了解可能發(fā)生失速的時(shí)機(jī)，有針對(duì)性的提高對(duì)失速的防范意識(shí)。在容易產(chǎn)生失速的條件下，要保持高度的警覺和正確的操控。在處置突發(fā)的危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)，要針對(duì)環(huán)境和飛機(jī)特點(diǎn)，采用正確的決策和方法。

正確地應(yīng)對(duì)在處置失速險(xiǎn)情時(shí)，很重要的一點(diǎn)是對(duì)危險(xiǎn)的發(fā)展趨勢和可能結(jié)果有一個(gè)明確的判斷，我們說決策是處置的的關(guān)鍵，而飛行突發(fā)事件的處置，時(shí)間窗口和高度門檻是關(guān)鍵中的關(guān)鍵，突發(fā)情況發(fā)生后，飛行員面對(duì)的是兩條時(shí)間相關(guān)曲線，一條是故障擴(kuò)展曲線，失速的發(fā)展引發(fā)狀態(tài)的急劇惡化和高度的迅速損失；另一條是飛行員處置曲線，你的正確應(yīng)對(duì)不是可以無限期延續(xù)的過程，處置的時(shí)間窗口隨著高度的降低漸漸關(guān)閉。飛行員必須在高度門限到達(dá)和時(shí)間窗口關(guān)閉之前，使這兩條曲線盡快重合，完成危險(xiǎn)的處置程序。

相關(guān)發(fā)明為避免失速人類發(fā)明了前緣襟翼。前緣襟翼的作用是干擾氣流的分離時(shí)間。在大迎角時(shí)，前緣襟翼向下偏轉(zhuǎn)，減小機(jī)翼的迎角，延遲氣流分離的時(shí)間，從而避免飛機(jī)失速。4

失速的發(fā)現(xiàn)歷程談到失速，還要從人類的早期航空實(shí)踐說起。在上世紀(jì)20年代之前，人類還處于飛行的蹣跚學(xué)步階段，那時(shí)，由于飛機(jī)技術(shù)的落后和人們對(duì)飛行知識(shí)的缺失，失速所引發(fā)的飛行事故司空見慣的，“失速”這種伴隨飛行而來的“死亡夢魘”，成為阻礙飛行事業(yè)發(fā)展的“技術(shù)之謎”。隨著大工業(yè)的蓬勃興起，航空制造業(yè)由早期的作坊式經(jīng)營演化成大工業(yè)的生產(chǎn)模式，在前蘇聯(lián)、歐洲和美國，航空制造公司紛紛成立，并迅速發(fā)展成為具有巨大生產(chǎn)能力的大型航空制造企業(yè)。高技術(shù)與規(guī)模生產(chǎn)，飛行實(shí)踐的不斷拓展深化提供了條件，現(xiàn)實(shí)的需求驅(qū)使人們對(duì)飛行進(jìn)行深入的研究，而如何破解失速之謎就是一個(gè)重要的研究方向。

通過研究人們發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致失速的真正原因并不是升力的不足，而是迎角的增加，由迎角超過失速迎角后所引發(fā)的飛機(jī)失穩(wěn)，才是發(fā)生飛行事故的真正原因。通過研究人們還發(fā)現(xiàn)，由于飛機(jī)的不同和飛行狀態(tài)的差異，飛機(jī)的失速呈現(xiàn)出不同的機(jī)理和形態(tài)。弄清楚了飛機(jī)失速的原因，就容易找出預(yù)防和處置失速的方法，針對(duì)機(jī)頭失速、機(jī)翼失速和偏航失速等不同的失速現(xiàn)象，采用推桿、蹬舵等方法可以有效地改出失速從而避免事故的發(fā)生。

導(dǎo)致失速的真正原因并不是升力的不足，而是迎角的增加，由迎角超過失速迎角后所引發(fā)的飛機(jī)失穩(wěn)

上世紀(jì)40年代德國人發(fā)明了噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)并運(yùn)用于戰(zhàn)斗機(jī)，人類航空進(jìn)入了噴氣時(shí)代，通過駕駛巨大動(dòng)力的高速噴氣戰(zhàn)機(jī)，人們發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)代戰(zhàn)機(jī)與傳統(tǒng)活塞式飛機(jī)不同的失速特點(diǎn)，從而推動(dòng)了失速理論的研究，到上世紀(jì)50年代，關(guān)于失速的理論發(fā)展到了成熟階段。

人們了解了失速的相關(guān)理論，但在操作層面要對(duì)失速進(jìn)行有效的應(yīng)對(duì)，卻是比理論研究本身要復(fù)雜得多的問題。這涉及到失速的環(huán)境、失速的條件、飛機(jī)的狀態(tài)、可供處置的時(shí)間窗口等等，由于真實(shí)飛行條件的相對(duì)復(fù)雜性，飛行員要做出相對(duì)正確的應(yīng)對(duì)是一件非常困難的事情。

上世紀(jì)70年代，隨著先進(jìn)飛行控制技術(shù)的引入，如何在技術(shù)上對(duì)失速進(jìn)行防范和自動(dòng)改出，成為飛機(jī)技術(shù)研發(fā)的一個(gè)重點(diǎn)。迎角監(jiān)控、迎角限制、反尾旋（螺旋）控制技術(shù)的出現(xiàn)，使飛行控制技術(shù)進(jìn)入到“無憂慮”操控的先進(jìn)水平。然而，飛行控制技術(shù)的發(fā)展，并不能一勞永逸地解決失速問題，飛行畢竟不是飛行器獨(dú)立的活動(dòng)，環(huán)境的因素、人的因素依然是影響飛行安全的最關(guān)鍵因素，因此，如何適應(yīng)環(huán)境的復(fù)雜性，應(yīng)對(duì)突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的復(fù)雜多變，依然需要人的智慧和能力。5