关于飞机侧风着陆问题的分析

引言
正方法。
天气的突变, 微下冲气流的侵袭, 以及在复杂 气象条件下的飞行、迫降等, 都有可能使飞机遭遇 到侧风。 在侧风中飞行, 如果不加修正, 飞机的航 迹将偏离飞机的对称面, 产生偏流, 使飞机随侧风 一起向侧方移动。 侧风越大, 产生的偏流、侧移就 越大。进场着陆遇到侧风时, 若不及时有效地修正 侧风带来的影响, 飞机一般就很难对正跑道接地。 侧风较大时, 飞机将会落在场外。 着陆滑跑时, 侧 风易使飞机偏转方向, 若处置不当, 飞机将会偏离 跑道; 另外, 侧风过大时, 如不向侧风方向压住杆, 侧滑前翼有可能被掀起, 甚至整个飞机可能被掀 翻。因此, 深入分析侧风对着陆各阶段 (着陆下滑、 拉平、平飘、接地和滑跑) 的影响, 明确其修正原 理, 掌握其修正方法、操纵特点等, 将会对侧风着 陆安全具有十分重要的指导作用。
采用航向修正法, 由于飞机随侧风一起向侧 方运动, 飞机不带侧滑。 所以, 飞机阻力没有额外 增加, 下滑点不后移, 目测也不变低。因此, 用航向 修正侧风如果一直到接地的话, 应该说侧风对拉 平和平飘阶段的影响不大。但采用航向修正法, 由 于航迹与飞机对称面有交叉, 不便于根据机头保 持下滑方向, 以及接地前需消除交叉角等, 所以, 存在一个偏转机头使其对正跑道的问题, 亦即需 要由航向修正转入侧滑修正。实际飞行中, 如若在 开始拉平前操纵飞机对正跑道, 以后改用侧滑法 进行修正, 那么侧风对拉平、平飘阶段的影响及其 修正方法和应注意的问题就与侧滑法相同了。 这 样, 二者的不同之处仅在于航向法转入侧滑法的 过程中产生了飞机的侧向移动, 即是说, 用航向法
用在飞机上的力和力矩有如下平衡关系:
G co s Ηco s Χ= Y
G sin Η+ P = X
(1)
G co s Η sin Χ= Z
M yΒΒ +
M
∆ ∆y
yy
=
0
M xΒΒ +
M
∆ ∆x
xx
=
0
(2)
M z0 +
M zΑΑ+
M
∆ ∆z
zz
=
0
可见, 用侧滑法修正偏流, 只有当杆舵的操纵
量适当, 飞机纵轴才能恰好与航迹一致。如果杆舵
= -
vM
∆y y
5713M
∆Β ym ax
y
(4)
可见, 用侧滑法所能修正的最大侧风要受到
方向舵最大舵偏角 ∆ymax的限制。若方向舵已蹬满,
而侧风再增大时, 飞机就会向带坡度的方向转弯,
而不能再保持直线下滑了。所以, 用侧滑法修正侧
风风速是有限的。
112 航向修正法
所谓航向修正法就是操纵飞机向侧风来向偏 转一个航向角的方法。其具体动作是: 飞行员先杆 舵一致地向侧风来向压坡度转弯, 使空速方向和 机头方向同时改变。 当改变的航向角接近于偏流 角时, 再手脚一致地回杆回舵, 使改出转弯后改变 的航向角等于偏流角。此时, 地速方向正好同跑道 方向一致。用航向法修正时, 空速方向在飞机对称 面内, 飞机不带侧滑, 不需要保持一定的压杆、蹬 舵量, 可以大大减轻飞行员的杆舵负荷。适应于修 正较大的侧风。通常, 歼击机在较大的侧风条件下 使用航向法, 大型运输机在一般侧风下也使用此 方法[1, 2]。 由于在航向法中, 飞机对称面与航迹有 交叉, 故飞行员不便于根据机头保持下滑方向。采
还会减小等。为此, 飞行员不论采用航向法还是侧
滑法, 应时时根据侧风及下滑速度的变化情况, 适
当地操纵飞机, 使地速方向始终与跑道方向一致
就可以了。
113 侧滑与航向结合法
大侧风着陆时, 单用侧滑法, 不足以修正航 迹; 单用航向法, 与跑道交叉角又过大。此时, 应采 用侧滑与航向相结合的方法修正。 即改出四转弯 后使飞机向侧风方向的跑道边下滑, 并立即向侧 风方向压坡度转弯, 形成偏航角。当飞机继续增大 偏航角时, 蹬反舵制止飞机转弯。当侧滑角与偏航 角之和等于偏流角时, 飞机沿跑道延长线下滑。若 飞机还有偏离现象, 就应增减侧滑角或偏航角进 行修正。 在侧风过大的情况下, 还可结合位置修 正, 即: 使飞机四转弯改出的位置靠向侧风一侧, 其位置的偏转量 ∃S 可根据侧风的垂直分速w 和 形成偏航角、侧滑角 (两者之和为偏流角) 的时间 t
大侧风着陆时, 还可采用单刹车以及迎杆增 大前轮负荷的方法, 协助方向舵制止飞机的偏转。 侧风过大时, 对于向侧风来向偏转的飞机, 由于向 侧风来向压杆, 不利于保持滑跑方向, 在蹬反舵、 单刹车等一系列措施不能制止飞机的偏转时, 可 减小压杆量甚至使飞机内侧主轮轻轻滑跑, 用外 侧主轮摩擦阻力力矩支援制偏力矩。 但需严防侧 滑前翼被掀起。需特别注意的是用此方法时, 要严 格防止飞机被掀翻。待滑跑速度较小时, 再增大压 杆量使飞机内侧主轮接地滑跑; 对于向侧风去向 偏转的飞机, 压杆、蹬反舵、单刹车等均有利于保 持滑跑方向, 一般能在地面修正过大的侧风。
Z=
C zΒΒ
1 2
Θv 2S
=
G co s Η sin Χ
(6)
为保持下滑方向即航迹对正跑道, 飞行员应逐渐
减少坡度。另外, 偏航角或侧滑角不仅与下滑速度
有关, 而且还与侧风的垂直分速w 关系密切。 实
际上, 由于风受地表的影响, 侧风会随高度的降低
而减小, 从而使得侧滑角或偏航角可能不变, 甚至
常的下滑角, 飞行员应注意适当加大一点油门。另
外, 根据力矩关系式M
yΒΒ+ M
∆y y
∆y
=
0 可求出用侧
滑法所能修正的最大偏流角 Ωplm ax, 亦即当舵蹬到
底时所能产生的最大的侧滑角及最大垂直侧
风速:
Βm ax = -
∆ M
∆y y
M Β ym ax y
(3)
w ≈ m ax
v
5713
Βm
ax
用航向法修正侧风, 可依据侧风的方向和风速的 大小, 使飞机提前或延迟改出四转弯。如当飞机左 航线左侧风进入着陆航向时, 可延迟改出四转弯, 即采取让四转弯多转一个角度 (大小等于航向角)
的方法直接形成航向修正角; 而当飞机左航线右 侧风时则需提前改出四转弯。在航向法中, 飞机向 来风方向修正的偏航角为:
操纵量不够, 侧滑角小于偏流角, 飞机仍会随侧风
偏移; 反之, 如杆舵操纵量过大, 侧滑角大于偏流
角, 飞机又会向侧风来向偏移。
由式 (2) 可知, 稳定下降侧滑时, 飞行员需压
收稿日期: 2002203211; 修订日期: 2002208226 作者简介: 张立彬 (19642) , 男, 河北无极人, 副教授, 主要从事飞机飞行力学和飞行安全问题研究;
苏胜昔 (19682) , 男, 河北元氏人, 实验师, 力学实验室主任, 主要从事工程力学试验及仿真研究。
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飞 行 力 学
第 20 卷
住杆、蹬住反舵和带住杆。 其原因是: 压住杆可使
横侧操纵力矩M
∆ ∆x
xx
与横侧安定力矩M
xΒΒ 平衡,
以保持坡度 Χ不变; 蹬住反舵可使方向操纵力矩
M
∆ ∆y
第 20 卷 第 4 期 2002 年 12 月
文章编号: 10022Leabharlann Baidu853 (2002) 0420051205
飞 行 力 学 FL IGH T D YNAM ICS
V o l. 20 N o. 4 D ec. 2002
关于飞机侧风着陆问题的分析
张立彬1, 苏胜昔2
(1. 河北大学 组织部, 河北 保定, 071002; 2. 河北大学 机械与建筑工程学院, 河北 保定, 071002) 摘 要: 首先, 介绍了修正侧风的三种基本方法和基本原理, 指出了着陆下滑阶段修正侧风应注意的问 题。其次, 分析了侧风对着陆拉平和平飘阶段以及对不同机种飞机着陆滑跑方向的影响及其修正方法。再次, 介绍了侧风条件下不同机种飞机减速伞的使用特点。 最后, 重点分析了带偏侧角接地及滑跑的成因、 危害、 预防措施及处理方法等。 侧重于实际操纵特点的介绍与分析, 对侧风着陆安全具有一定的理论指导作用。 关 键 词: 侧风着陆; 修正方法; 操纵特点; 预防措施 中图分类号: V 328 文献标识码: A
Ω≈ 57v13w (°)
(5)
此值实际上也是侧滑法中的侧滑角值。
由式 (5) 知: 如果各个高度的侧风风速及风向 不变即侧风的垂直分速w 不变, 那么对于进场时 速度逐渐减小的飞机来说, 偏航角或侧滑角应逐 渐增大, 才能修正偏流角, 从而保证地速方向与跑 道方向一致。 具体地说, 以侧滑法为例, 随着下滑 速度 v 的不断减小, 侧滑角相应增大。综合上述结 果, 由于飞机侧力减少, 根据
212 侧风对着陆滑跑的影响及其修正方法
211 侧风对拉平、平飘阶段的影响及其修正方法
采用侧滑修正法, 通常应根据侧风影响的大 小及飞机与跑道延长线的位置关系, 可在拉平前、 拉平或平飘中以及接地前杆舵协调地改平坡度、 消除侧滑, 使飞机两主轮同时接地。 其改出动作 是: 先减小压杆量, 使飞机在多余的横侧安定力矩 M xΒΒ 作用下逐渐改平坡度, 随即适量回舵, 保持方 向力矩平衡, 使机头方向不变, 仍与跑道方向一 致, 然后再用侧滑法回杆回舵。 在改平坡度、消除 侧滑过程中, 飞机将随侧风一起向侧方移动。改平 坡度、消除侧滑越早, 飞机出现的偏移量就越大。 通常为了减小飞机的偏移量, 改平坡度应稍晚些, 特别是在侧风较大或跑道较窄的情况下, 在即将 接地时改平为最好。 当然, 侧风过大时, 为防止侧 移量过大, 飞机亦可保持小坡度带侧滑接地。 另 外, 在侧滑中, 由于飞机阻力大, 致使拉平、平飘阶 段减速快, 其中平飘阶段可能会感觉不太明显。但 为弥补拉平和平飘距离缩短的问题, 要求侧风着 陆时, 开始拉平的速度比平常要略大一些。为了不 增加开始拉平时的高度, 其下滑速度一般比正常 下滑速度要大一点。 如 J 6 飞机规定: 在修正侧风 着 陆 时, 下 滑 速 度 一 般 要 比 正 常 时 大 5～ 10 km h [3 ]。
1 下滑阶段修正侧风的方法及应 注意的问题
下滑阶段修正侧风通常采用侧滑、航向等修
111 侧滑修正法
所谓侧滑修正法就是操纵飞机向侧风来向作
侧滑的方法。 其具体动作是: 向侧风方向压杆, 形
成坡度和侧滑, 随即蹬出反舵。当侧滑角 Β 等于偏
流角 Ωpl (空速与地速间的夹角) 时, 飞机正好沿跑 道中心线的延长线直线下降侧滑。下滑稳定时, 作
第 4 期
张立彬等. 关于飞机侧风着陆问题的分析
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而定 (∃S = w t)。 这样, 可防止在形成偏航角和侧 滑角的过程中, 飞机过多地偏离跑道延长线。
2 侧风对着陆性能的影响及其 修正方法
修正侧风时, 飞机的偏移量一般比用侧滑修正时 大些。 因此, 用航向修正侧风时, 为了减小飞机的 偏移量, 飞机的拉平高度可稍低一些, 接地姿态可 稍小一些。
yy
与方向安定力矩M
yΒΒ 平衡,
以保持侧滑角
不变;
带住杆可使俯仰操纵力矩M
∆ ∆z
zz
与零升力
矩M z0、俯仰安定力矩M zΑΑ平衡, 以保持 Α不变。
由 式 (1) 可知, 重力第一、二、三分力分别与升力
Y、剩余阻力 (X - P )、侧力 Z 平衡。由于带侧滑下 降时, 飞机的阻力 X 明显增大, 亦即剩余阻力增 大, 所以飞机的下滑角 Η增大, 致使下滑点后移、 目测变低。 因此, 用侧滑法修正偏流时, 为保持正
3 减速伞对着陆滑跑的影响及其 处置方法
飞机在侧风中滑跑时, 如不修正侧风的影响, 就会出现机头左右偏转的现象, 不利于滑跑方向 的保持。此现象主要与机种和滑跑速度有关。有的 飞机 (如歼 5、轰 6) 侧力着力点位于主轮接地点之 后, 此类飞机带侧风滑跑时, 由飞机侧力形成的安 定力矩M A 大于主轮侧向摩擦力 FC 和主轮滚动 摩擦阻力 F Z 形成的反方向偏转力矩之和 (M FC + M FZ) , 致使机头向侧风来向偏转。在侧风风速和风 向不变的前提下, 随着滑跑速度的减小, 由于方向 安定力矩M A 相对增大, 飞机机头左右偏转现象 大为明显; 而有的飞机 (如歼 6、强 5) 的侧力着力 点位于主轮接地点之前, 此类飞机带侧风滑跑时, M A < (M FC + M FZ) , 致使机头向侧风去向偏转[4 ]。 总之, 不管飞机如何偏转, 飞行员都应向侧风来向 压杆, 以防侧滑前翼因升力增大而上扬, 同时向偏 转的反方向蹬舵, 以保持正常的滑跑方向。