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基本飛行運動原理

文: (Nomad) Joe Chang


失速(stall)及螺旋(spin)

 

在之前的章節我們有簡略的談到失速這個問題

在本章, 我們將更深入的探討關於失速更細節的部分

 

失速

失速, 簡單的定義就是當飛機在某些狀況下, 浮力突然減小到難以抗拒地心引力時

飛機無法繼續平飛而持續往地面墬落的現象...

浮力會突然減小大致是因為以下的三個原因

1. 攻角過大

在前面談到攻角的章節我有提到過,

當攻角大到某一限度時, 氣流將再也無法順利的流過機翼的上下面

相反的, 氣流將直接打在機翼的表面, 且在氣流後方(downstream)

造成分離(separation)及混亂 (turbulent flow)的現象

最後會因為這不穩定的氣流造成機翼上部分的壓力增加

而造成機翼的浮力大幅減低

(若有遺忘的人, 可以回去重看''攻角與失速''這一章)

 

2. 速度過低

速度過低並不會直接造成失速, 但是因為浮力降低...

之後任何錯誤的動作都導向失速

在我談到機翼浮力形成原理的那一章 (Bernoulli's Principle (浮力部分的詳解))

提到過, 機翼的浮力是取決於氣流通過機翼上下的壓力差

所以, 當機體向前移動的速度過於緩慢時, 通過機翼的氣流也相對的變得緩慢

當這氣流通過機翼上下部分速度緩慢時, 上下壓力的差別也就不大

這時, 能因此產生的浮力也相對的變小了

當這產生的浮力不足以抗拒機身的重量時, 就會造成失速了

 

3. 機翼過長時間跟地面不保持水平

如前面說過的, 浮力的產生是取決於機翼氣流通過的壓力差(下面壓力大往上面壓力小的方向推)

於是, 可以知道浮力的方向是垂直於機翼的

但, 當機翼不跟地面保持水平時, 產生的浮力也就不是垂直於天空的

換句話說, 這時剩餘對抗地心引力的浮力將與機翼角度成比例的減少

請看下圖 (圖片修改自 MS Flight Simulator98 Inside Moves)

32.jpg (25934 bytes)

右圖即是一般水平飛行的狀態

在這時候飛機產生的浮力是朝上方的

換句話說, 所有產生的浮力都能用來對抗地心引力 (也可說是機體本身的重量)

但, 當機翼不是平行於地面時, 向正上方的力 (fy) 就僅僅剩下

= 浮力 * cos(機翼和垂直地面間的夾角)  (請看上面左圖)

這部分要是不懂也沒關係, 反正只需要記住

當這夾角越來越大時, 能抗拒地心引力的力也就越小

換句話說, 當機翼跟地面保持水平時 (夾角等於90度時)

將完全無法從機翼獲得任何向上方的浮力了......

 

那失速會怎麼樣呢? 又有什麼徵兆呢?

一般失速時,

首先你會感受到機翼產生震盪∼∼∼(電腦模擬當然感覺不出來, 除非你有力回饋的搖桿)

再來, 若近代一點的飛機, 你會聽到失速警報音發出警告

然後機首會開始垂向地面, 你的高度也會開始下降

若是更可怕的失速時, 你的機首可能上下擺動但高度卻一直下降飛機完全無法操控,

要是更糟糕的, 你還可能進入螺旋......(這點等等會提到)

 

那失速時要如何處理呢??

首先, 初學者碰到失速常常立刻的反應就是想把機頭拉起來

可是因為沒有足夠的浮力, 機頭不但拉不起來, 往往只會讓問題更嚴重

這時, 正確的步驟是讓搖桿回到中心點

讓機體機頭朝下自由落下, 等到速度稍稍回復後,

等到速度足夠產生需要的浮力後, 才可慢慢地把機首再拉到水平位置

 

由以上的說明可知

若是在高度很低的時候進入失速的狀態

駕駛員就未必能有足夠的高度脫出失速的狀態....

這也是為何我們要盡可能的避免進入失速

不論是平時飛行時, 或甚至是纏鬥中, 都要盡可能的避免掉入失速的泥沼中....

如何避免呢, 以下有幾點建議

1. 要了解自己機體的性能, 如可能進入失速的速度 (stall speed)

但, 要注意的事, 這數質只能用做參考, 而不是絕對的

因為高度 (空氣會變得稀薄)或是空氣的密度都會影響這數值的正確性的

所以當高度越高, stall speed 越高 (也就是說需要更高的空速來保持不失速的狀態)

那....當空氣密度越低時, stall speed 也越高 (要高速才能有足夠的空氣流量來產生浮力)

2. 儘量避免大角度的動作

不管是高攻角的動作, 或是大角度的轉彎

這些動作, 除非是逼不得已 (如敵人就在你後方了)

否則盡量避免....

(尤其很多飛行新手跟敵機纏鬥時, 因為空間概念還不好

只會做水平方向的動作, 常常就一直使用 break turn找尋敵機

往往敵機沒找到自己卻很容易就進入失速了.....)

3. 起飛及降落是最有可能發生失速的時段

尤其這時因為高度都很低, 一但進入失速往往就難以挽救了

(如華航名古屋空難)

所以起飛及降落時, 千萬要注意空速

且要柔和的操作飛機 (也就是說不要有過大的動作)

自然.....高角度的動作更是千萬要避免的.....

 

螺旋

螺旋, 簡單的說, 是一種更嚴重的失速狀態

在某些失速的狀態下, 機體其中一邊的機翼會先開始進入失速狀態

於是就呈現一半的機體因為沒有浮力的支撐而往下落, 另一半邊卻因為尚有浮力的支撐

而掉落的比較緩慢,

這時, 機體就成不斷迴轉的姿態往下掉落

而這時, 我們稱這種狀態為螺旋......

 

螺旋比一般失速要危險的多

因為要從螺旋脫出的技巧比單純失速要難的多, 而且要是進入可怕的水平螺旋 (Flat Spin)

那就更是糟糕了.......

 

什麼是水平螺旋呢?

也就是螺旋下墜時, 機頭並不是朝下的

而是機頭朝著接近水平的狀態, 但卻是不斷旋轉的向地面掉落....

這時因為機翼沒有空氣直線流過, 機翼完全沒有機會可以因為高度下降而增加浮力.......

所以, 要是不能先停止螺旋並修改機首朝向, 那就只能眼睜睜的看著飛機墬毀了......

 

那螺旋要如何解出呢?

1. 先把節流閥關到最小, 然後要查看自己攻角的狀態

2. 要是攻角過大, 先放鬆搖桿及尾舵踏板, 讓機頭能降低 (降低攻角)

3. 當攻角降低時, 觀察螺旋的動作, 並把尾舵往螺旋的相反方向踩

4. 當螺旋變的緩慢時, 放鬆尾舵, 以免進入另一個方向的螺旋

5. 保持機頭向下, 當速度高過失速速度時, 慢慢將機頭拉起到水平

 

要是發現自己是處在水平螺旋的狀態下呢?

1. 那就先把尾舵往迴旋的反方向踩並把機身略向下壓 (降低攻角)

2. 若是這動作持續幾秒後 (一般來說4-5秒) 機身還是不斷旋轉時,   (很危險了)

    試著把尾舵順著機身旋轉的方向打, 並把機身滾向螺旋的方向且同時將搖桿向後拉

3. 若能緩和螺旋的狀態, 且又能把機鼻順利的指向地面時, 那照著上面4的步驟繼續

4. 若無論如何螺旋的狀態都一直持續,

    且離地面又很低時 (這一點依照所開的飛機種類及性能會有所改變的)

    那請立即跳傘脫出...(若是軍機的話...)

 


最後修改日期99-03-12, 版權所有者 Nomad (c)

基礎教學完