【藍天之夢】09,杜-2轟炸機的減速與失速

最近收到好幾位朋友的來信,都問同一個問題:什麼時候拿照啊(飛行執照)?

其實我一開始就很明確的說過,我學習飛行沒有功利目的,一不是爲了職業,二不是爲了今後買一架私人飛機,三不是爲了顯擺,完全是出於實現童年時的夢想。如果說有一點功利色彩的話,那就是希望通過學習飛行和理論,使自己能夠更加理解當年父輩們是如何在藍天上與敵人浴血奮戰的。

我在【藍天之夢】的導語中曾經說過以下兩段話:

【藍天之夢】通過剛學到的航空理論,結合當年先輩們的戰鬥經歷,活學活用,把理論和實戰相結合,技術和戰術相對接,沿着先輩們在藍天留下的痕跡,試圖在浩渺的歷史空間尋找一幕幕電閃雷鳴的瞬間,在那些逝去的藍天空戰中解析成與敗,勝與憾的因果。

尋找歷史真相,還原戰鬥過程,【藍天之夢】除了與讀友一起研究老莊飛行相對論,探討航空理論知識外,還期待在分析戰例時,能爲歷史留下足跡,爲後人祭奠先輩提供素材葷料,饕軍事歷史愛好者魂牽夢繞之癮。

我的飛行教練曾經對我說過一句話:我教了那麼多飛行學員,大部分人都是把精力和時間放在飛行上,只有你,花了那麼多時間在研究飛行原理......

的確,按照聯邦航空管理局的規則,61部學員只需要完成40個飛行小時就可以參加考試了,地面課程沒有很嚴格的規定,所有大部分人都是以完成飛行練習爲主,至於地面理論課程則是背考題,應付考試,考完了也就忘得差不多了,一切以拿到飛行執照爲根本目的。

而我卻不一樣,花了很多時間學習飛行原理,遇到不理解的還在課餘時間向教練刨根問底,例如學到飛機螺旋如何改出的問題,我請教了美軍戰鬥機飛行員(退役)出身的一位教練,是他告訴我美軍飛行員總結改出螺旋的T、A、R、E四步驟。

我的教練哪裏知道,我學習飛行原理,目的就是重溫與解析當年父輩們與米帝在空中搏鬥的那些逝去了的故事......

戰例:【戰地日記】第五篇 血戰大和

1951/11/30 多雲 遼陽(轟炸機指揮部)

14:19:30,瀋陽於洪屯機場,三發信號彈升起,24團指揮人員求戰心切,提前30秒發出起飛命令......

空8師24團一大隊9架杜-2轟炸機逐次進入跑道,騰空而起,開始編隊,按原計劃大隊編隊呈品字型,編隊時間需7分鐘,現在臨時改變任務爲大隊縱隊隊形,編隊約需3分鐘,所以編隊時間縮短了4分鐘。

大隊長高月明率領轟炸機羣飛過奉集堡時,三個中隊的領航員都發現比原定時間提前了,於是高月明下令減速,想通過減速消除掉提前的4分30秒。

可是杜-2轟炸機的巡航速度是360公里/小時,最小速度也不能低於300公里,再慢飛機就要往下掉了(失速)。

14:56,高月明大隊飛過鳳城機場東側草河與劉家河上空集合點......

氣象參謀報告:我國東北秋冬季處於西風帶,加上今天風向又有些偏南,飛機向大和島飛行正好順風......

是役,由於轟炸機編隊提前4分鐘越過鴨綠江,在身彌島至大和島上空沒有得到有效空中掩護,遭遇美軍F-86機羣攔截,杜-2 轟炸機、拉-11和米格-15驅逐機共損失9架飛機,17名空勤人員犧牲......

一,什麼是飛機失速

失速(Stall),是指飛機攻角(Angle of attack)增加到一定程度(臨界值)時,翼型所產生的升力(lift force)突然減小的一種狀態。

01,產生失速的原因

攻角是指飛機速度方向線在飛機對稱平面內的投影與機翼絃線之間的夾角。飛行時,作用在機翼上的空氣動力與攻角有關。在一定攻角範圍內,增大攻角,升力係數和阻力系數都增大。爲了獲得支持飛機重力的升力,飛機高速飛行時以小的正攻角飛行,飛機低速飛行時以較大攻角飛行。

當大多數機翼的攻角增加到大約18-20度時,由於角度變化太大,氣流將不再跟隨機翼的上曲率流動,這就是臨界攻角。

接近臨界攻角時,氣流開始從上機翼表面的後部分離,隨着攻角增大,氣流被迫直接流回,遠離機翼頂面區域。並且引起空氣的渦流或破裂,當達到臨界攻角時,湍流就會出現在尾部附近,迅速擴散到整個上機翼,氣流從左右機翼開始分離引起側滑,最終導致失速。

由於升力的損失和阻力的增加,剩餘升力不足以撐起飛機,飛機圍繞垂直軸旋轉,並且不停的損失高度。因此只要超過臨界攻角,就會發生失速

02,失速的類型和如何改出失速

爲了從失速中恢復過來,必須減小攻角,以使氣流可以再次在機翼表面順暢流動。

前面幾篇文章介紹過,攻角是絃線與相對風的夾角,而不是絃線與水平線的夾角。如果超過了臨界攻角,飛機可以在相對應地平線的任何飛行姿態,任何空速和任何功率(速度)下失速。

機翼的設計爲了具有沖刷性,通常是翼尖的入射角小於翼根,因此飛行中翼尖的攻角小於翼根,飛機翼根將先於翼尖超過臨界攻角,所以翼根將首先失速。飛機如此設計,是便於飛機在大攻角下可以控制副翼,爲飛機提供更穩定的失速特徵。

改出失速最普遍的方法是減少推力,向螺旋的反方向踩舵,將飛機改平。

另外襟翼伸展通常可以增加機翼的升力,從而降低失速的速度。

我們在上飛行課時,教練講:AFH將失速分爲impending stall和full stall。也就是臨界失速和完全失速。

臨界失速時飛機抖動、抖杆、警報;完全失速則會有非指令性的機頭下掉和滾轉。

例如飛機左滾失速,飛行員右壓桿企圖改平,此時左邊副翼向下,左機翼會因增加攻角超過失速攻角而完全失速,導致飛機進一步左滾。所以失速改出,在橫滾操作前需先進行俯仰調整,即減小攻角。

失速訓練分爲有功率失速、無功率失速、二次失速、升降舵配平失速、加速失速和交叉操縱失速:

-有功率失速:起飛、爬升、復飛和越障;

-無功率失速:進近着陸、四轉彎;

-二次失速:失速改出時帶杆過早,或改出時松杆不夠,或只補動力不松杆

-升降舵配平失速:復飛;

-加速失速:在飛機載荷大於1G時的失速,如轉彎、拉昇或其他飛行軌跡的陡然改變,尤其是失速、螺旋或俯衝改出。

03,大攻角的意義

根據上述攻角和失速的關係,得出攻角較小升力大於阻力,而超過一定角度,升力小於阻力,超過臨界攻角則失去升力。

飛行界把升力小於阻力到失去升力這個階段稱爲大攻角飛行狀態,一般來說,飛機翼面單位負載大,發動機強勁或帶矢量技術的飛機能有很好的大攻角飛行能力。

大攻角飛行的意義在於飛機能獲得更良好的低速機動能力和更好的操控穩定性,所以現代戰鬥機都比較重視大攻角飛行能力。

例如蘇-27在50-110度的超大攻角範圍內仍具有非常規機動能力(眼鏡蛇動作)。F-22的穩定飛行攻角大於60度。大攻角氣動力已經成爲高機動飛行器的關鍵技術。


二,杜-2轟炸機的減速與失速分析

前面提到抗美援朝戰爭期間,我人民空軍對敵實施轟炸,由於各種原因,導致高月明轟炸機編隊提前4分鐘飛躍鴨綠江進入戰區,沒有得到驅逐機的有效掩護,從而導致我轟炸機羣遭到美軍戰鬥機的長程偷襲攔截得逞。

高月明轟炸機編隊在開進階段就發現比預先規定的時間提前,也試圖通過減速來消除提前的時間,但是爲什麼轟炸機只能保持300公里的時速而無法再慢下來?

01,慢速飛行

慢速飛行指的是在巡航速度與失速速度之間的空速

在慢速飛行時,推力大小等於阻力,升力大小等於重力,但是其中一些力被分解爲分量:

1,在慢速飛行中,推力不再平行於飛行路徑,並與飛行路徑和阻力相反作用;

2,由於實際推力是傾斜的,因此如果它的分量沿着飛行方向作用,其大小必須大於阻力,路徑等於阻力;

3,機翼載荷(升力)實際較少,因爲推力的垂直分量有助於垂直分量,而無助於支撐飛機。

低於V速(巡航速度)飛行,將需要更多的功率,以保持穩定、水平飛行。如果最小可控速度(MCA)的攻角或負載係數任何進一步增大或功率進一步減小都將導致失速。

02,慢飛的困難

我記得在空中飛行訓練時,慢速飛行的目標空速大致在1G載荷下的失速速度加5-10節。正好在飛機產生抖振或失速警告燈閃之前,稍微攻角大一些就會失速。

由於慢速飛行,流經機翼的氣流減少,氣流強烈分離,產生大量渦流,影響到各個舵面,舵杆開始發生抖動。

慢飛的速度遠比最小阻力速度小,在上圖的反區裏,速度對姿態的變化反應特別靈敏,攻角只要增加一點,誘導阻力就會急劇增加,這就是飛行練習時教練說的:杆控制速度,油門控制高度。

在飛行練習時常常體會到:慢飛會呈現出速度不穩定性,如果不採取措施,速度會持續下降。比如慢飛時遇到了氣流,速度減小,如果不加油門或減小姿態,速度會一直掉。這就解釋了有時候我們做慢飛,如果油門沒有及時補,或者動力不夠,眼看着速度、高度都一直在掉,要補很多動力才能止住這個雙掉的趨勢。

如果學過慢飛飛行的一定會體會到:

1,慢飛還會由於收油門帶杆不夠損失高度(要及時帶杆保持高度),收油門帶杆較多,高度而且速度馬上銳減;

2,舵未踩好,未抵消偏轉(航向未保持好);

3,注意力固着在儀表上;

4,襟翼收放未調整俯仰(放襟翼穩杆防上升,收襟翼帶杆防掉落);

5,動力調整欠佳(多則上升,剛好平飛,少則下降);

6,注意力分配不足;

7,配平未設置恰當;

8,未對失速警告作反應(防止失速)。

杜-2轟炸機的V速是360公里/小時,MCA是300公里/小時。

高月明大隊爲了減速而慢飛,轟炸機已經控制在300公里/小時,如果再減速,只能向後拉軛杆(可以想象當時飛行員一邊拉桿,一邊推杆的景象)。向後拉桿,機頭擡高,攻角增大,帶來的是機翼兩側的氣流開始離開機翼,向上和快速向後流動,並且形成湍流,導致機翼不斷抖動,甚至傾斜(寫到這裏我都出了一身汗)。

攻角增大導致阻力增大,升力減小。高月明大隊的轟炸機就是在這種接近臨界攻角狀態下保持慢速飛行,在空中等候護航編隊的到來......

03,爲何杜-2轟炸機減速容易失速

前面講到飛機失速原因主要是攻角的變化而不是飛機的速度。

但是在一定條件下,攻角和速度二者又有着相互關聯性,所以實際操作中經常會出現失速速度這個概念。

一架處於失速速度的飛機不能爬升,一架低於失速速度的飛機無法阻止其下降。因爲飛機做平穩飛行時需要升力與重力達成平衡,也就是升力的大小保持恆定。

空速越慢的飛機就需要越大的攻角來保持相同的升力,所以如果飛機的速度減慢,就要增大攻角,隨着速度不斷下降,到了某一點,攻角超過臨界值時,飛機將再也無法獲得足夠的升力,於是開始下墜。

這種速度就稱爲失速速度(stalling speed)

高月明轟炸機大隊就是在臨界失速狀態下飛行,儘量減速等候從鳳城機場準時起飛的空2師拉-11驅逐機和從浪頭機場起飛的米格-15護航編隊。

可以想象當時轟炸機編隊右僚機飛行員畢武斌烈士的心情是在不斷推拉軛杆以及抽推油門杆之間焦灼着(我的心緒也在不斷模擬着他的動作,隨着他而顫動)。

英雄不死,他們的名字永遠鐫刻在祖國的藍天之上

04,補充

1,杜-2轟炸機當天每架飛機掛載5枚250公斤爆破彈,4枚100公斤燃燒彈,接近滿荷載,如此負重的轟炸機在空中慢速飛行,對飛行員也是一種技術與毅力的考驗。在此必須爲高月明轟炸機大隊正名。

2,查閱志願軍空軍轟炸機指揮部的一些原始資料,造成高月明轟炸機大隊提早4分鐘越過鴨綠江的最直接原因是:志司(志願軍司令部)偵察處在臨近轟炸機起飛前突然變更目標性質(由面狀目標改爲點狀目標),導致高月明轟炸機編隊臨時將大隊品字型編隊改爲大隊縱隊型編隊,空中少繞了一圈,提前了4分鐘。

(謝謝閱讀)

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