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　 研究生課程試卷

　 2017－2018學年 第一學期期末

　 《飛行力學實驗I》 飛行原理實驗報告

　考試時間 2018 年 11 月 1 日

　 姓名：

　蘇雨

　學號：

　 ZY1805316

　 專業：

　 飛行器設計

　指導教師：

　王維軍

　 北京航空航天大學 航空科學與工程學院

　 2018 年 11 月

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　 飛機失速尾旋現象研究

　第一章：失速尾旋現象介紹

　在我從事航模生涯這些年以來，有一種十分危險的飛行現象，導致了我多架模型飛機墜毀。這就是在飛行中有時會出現飛機突然失去控制，一邊下墜，一邊偏側翻轉，操縱無效直到墜地。經查閱資料，了解到這種飛行現象稱為失速尾旋。

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

　尾旋（螺旋）：當一側機翼先于另一側機翼失速時，飛機會朝先失速的一側機翼方向沿飛機的縱軸旋轉，稱為螺旋或尾旋。發生螺旋式非常危險的事情，有些飛機在設計制造時是禁止飛機進入螺旋的，這樣的飛機進入螺旋姿態后，很難改出?？梢愿某龅娘w機改出尾旋的基本方法是推桿到底，并向相反方向拉桿，如果發動機以高速運轉，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。成功的關鍵是飛行員的技術和飛機的性能。

　全世界每年飛機事故中因失速發生的占事故總數約 30%～40%，如果飛行員認知不清、處置不及時準確，飛機很可能在極短時間內進入失速尾旋，若在低空小高度時飛機進入失速尾旋處置不當，很可能會造成機毀人亡的等級事故，研究失速與尾旋的預防措施與改出方法，對考核飛機邊界飛行的操控性、安全性，挖掘飛機的機動性能以及保證戰斗生存率與飛行安全意義重大。

　第二章：失速尾旋現象 原理分析

　1 2.1 失速現象原理分析

　飛機在飛行時，機翼翼型中心與氣流來流方向的夾角為迎角，當迎角增加到抖振迎角時，機翼上氣流開始分離，機翼開始出現了抖振，此時機翼升力系數還在上升，當迎角增加到臨界迎角時，機翼表面氣流分離出現了嚴重分離，飛機升力系數急劇下降，可見失速根源是由于機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，導致機翼和飛機其它控制翼面失去部分或全部效能,在失速過程中如果飛機升力支撐不了飛機重量，飛機就會掉高度（圖 1、圖 2），臨界迎角表征著飛機抗失速能力，飛機臨界迎角越大，飛機抗失速能力越大，其中一代、二代戰機臨界迎角約為 10°～25°、三代戰機約為 25°～50°、四代戰機約為 50°～70°,飛行中仰角 ，其中θ為俯仰角、φ為偏航角、γ為滾轉

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　角（下同）。

　 圖 圖 1 1 飛機失速狀況

　在失速初期，機翼翼型中心迎角小于抖動迎角，機翼氣流雖然分離，但對其它翼面無影響，此時飛行員對飛機操縱感覺仍正常。

　當繼續增大接近抖振迎角時，飛機結構對翼面上較強的分離氣流產生氣動激勵振動響應現象，即機翼抖振，同時飛機也可能出現輕微自動仰俯和機頭橫擺等現象。

　在失速中期，機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翼面出現較強的抖振現象，但升力仍然隨迎角增大而增大。

　飛機失速后期，機翼翼型中心迎角超過臨界迎角時，飛機進入深失速，翼面上強烈的氣流分離會影響到副翼、平尾、方向舵等后翼面的穩定性，使飛機出現了劇烈抖振與顛簸、側滑、航向發散（如俯仰振蕩、機頭搖晃等不穩定現象）、飛機下墜、飛行阻力增加、飛行速度急劇減小等變態現象。

　2.2 2 尾旋 現象原理分析

　飛機失速后期，當翼型中心迎角遠超過臨界迎角后，失速加劇，飛機速度、升力、舵面操縱性、航向穩定性都會減小，飛機帶有側滑現象，當一側機翼先于另一側機翼失速（側滑時，側滑側機翼先失速）時，飛機會朝先失速的一側機翼方向沿飛機的縱軸邊滾轉邊急劇下滑（側滑角很大，側滑小球甚至偏置極限），同時也繞立軸、橫軸不斷旋轉，飛機出現這種重心沿小半徑螺旋線軌跡急劇下滑的氣動自轉現象，說明飛機已經進入失速尾旋，飛行員必須立即處置?？梢娛倥c尾旋的主要危害是來自飛機的變態失控、飛行員失去方向感、飛機安全高度喪失三個方面。

　正螺旋是由正飛進入的螺旋，發生正螺旋時，飛行員身體一直沒有離開座椅，飛機座艙蓋基本向上，通過前風擋看到機頭在地面畫圈，看不到旋轉地中心地標；反螺旋是由倒飛進入的螺旋，發生反螺旋時，飛行員身體離開座椅，頭盔頂著座艙蓋，飛機座艙蓋基本沖下，能看到旋轉地中心地標；根據尾旋時飛機俯仰角的不同，尾旋還可分為陡尾旋、緩尾旋和平尾旋。

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　 圖 圖 2 2 飛機尾旋

　第三章：

　飛機失速尾旋的預防

　1 3.1 飛機設計中預防 尾旋 措施

　飛機設計中預防失速尾旋的措施主要有：合理設計飛機增升裝置（如加裝鴨翼、邊條翼、渦流發生器、吹風襟翼、翼刀等），采用新的飛行控制技術（如放寬靜穩定性 RSS 控制技術、推力矢量控制技術、主動渦流控制 AVC 技術、機動載荷控 VLC 技術、多變量重構技術等），能使飛機臨界迎角不斷擴大，飛機甚至在 0°-360°迎角范圍，飛機操控性依然穩定；優化迎角限制器（推桿器或抖桿器）、音響與燈光等失速告警裝置設計，使告警鮮明可靠；視情增裝尾旋改出傘和尾旋改出火箭，使飛機進入尾旋后仍然能從容安全地改出。

　3.2 2 飛行操作 中預防 尾旋 措施

　在飛力實驗課程中操作塞斯納飛機進行飛行時就能發現，當飛機速度很低，并且操縱桿控制量較大，打舵較猛時飛機容易發生失速。因此，為了避免飛機失速和失速尾旋，飛機在包括盤旋、收斂轉彎等特技機動飛行時，飛行員對桿舵的動作量不要過大過猛，否則俯迎角變化速率過快，在慣性作用下，飛機很容易出現迎角超控現象，尤其對于后掠翼和三角翼飛機或是臨界迎角較小的飛機，飛行員更應依據飛行速度時刻掌控好飛行迎角。

　在飛行員訓練時，應當防患于未然，加入失速尾旋改出科目訓練。更換機型飛行與危險科目飛行，飛行前要有技術交底、編寫專門的應急處置預案，并組織必要的飛行預先演練，飛行員對抖動迎角、臨界迎角、失速告警、演練高度、飛

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　機最低安全高度、飛行包線邊界等飛行知識有充分的認知。

　3.3 3 飛行環境中預防 尾旋 措施

　避免飛機在惡劣氣象條件下，如風切變、垂直陣風、颶風、晴空湍流、颶風、突風等大氣亂流，或過冷雨雪和霜凍等氣象條件下飛行，以免飛機迎角增大到臨界迎角以上而造成飛機失速。一旦飛機不可避免地進入結冰區時，通常情況下應迅速改變飛行高度、飛機增速、減小飛機俯仰角、及時脫離結冰層區域，同時打開飛機防冰系統，對發動機、空速管、迎角與側滑角傳感器等部件加溫，盡早醞釀失速尾旋改出程序，必要時拋掉飛機外掛，同時要求飛行員柔和操縱桿舵。此外，飛行中應避免飛機進入其它飛機尾流。

　第四章：失速尾旋的處理措施

　4 41 .1 失速的改出措施

　在飛力實驗課程操縱塞斯納飛機進行模擬飛行時，我有意讓飛機處于低速大迎角狀態，使飛機失速。經多次實驗，我發現當飛機失速后，應當停止過于猛烈的拉桿，讓飛機先俯沖一段距離，待飛機速度恢復至 70-80mile/h 左右時，柔和將飛機拉至平飛，再緩緩爬升恢復高度。切忌猛烈拉桿或打副翼。

　4 4. .2 2 尾旋 的改出措施

　改出尾旋關鍵是迅速制止飛機旋轉，然后設法減小飛機迎角，降低飛機的姿態角，通過下降高度換取速度，要求飛機心須有足夠安全高度（2000m～2500m以上為宜），然后依據飛機滾轉速度、載荷、下墜速度、姿態、剩余高度等情況視情實施改出。改出尾旋方法很多，基本要點為用腳蹬蹬平方向舵（方向舵中立）或反尾旋滾轉方向蹬舵（只有反尾旋方向蹬舵才能滯轉，切忌反尾旋滾轉方向壓駕駛桿），以修正側滑和滯轉（側滑帶來的尾旋滾轉是順機翼失速、旋轉一側）；副翼中立（駕駛桿橫向中立）或順尾旋滾轉方向壓駕駛桿（能夠迅速滯轉）；如果發動機以高速運轉，須立即收油門到慢車，當旋轉完全被制止、迎角完全減小、飛機速度恢復足夠大后，再柔和拉桿改出尾旋，改出過程中要沉著冷靜注意側滑儀、速度表、高度表。

　第五章：小結

　飛機的失速尾旋現象雖然一度被稱為“死亡陷阱”，但我們只要搞清它的發生機理，在飛機設計和飛行員訓練中采取預防措施，研究新的防尾旋措施，例如：“反尾旋傘”，失速尾旋也會變得不那么可怕。

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