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从主流媒体公布的落地视频来看,运20在落地阶段进场速度偏小,飞机的下沉率很大。 在飞机接地前,飞行员会增大带杆量,使得飞机进入平飘阶段,保证飞机轻柔的接地——也就是我们通常所说的拉飘。但是在运20降落的过程中,由于下滑速度偏小,在拉飘时仍然下沉,飞行员不得不加大带杆量。但此时飞机处于第二速度范围,通过拉杆增大飞机迎角不但不会减小下滑率,反而随着飞机迎角的增大,阻力大幅上升,飞机速度减小,下沉率随之加大,出现了“越拉杆越往下掉”的情况此时重接地已经不可避免。
对于飞行员而言,此时的接地下滑速度虽然不理想,但是远远没有到需要复飞的程度,保持现状接地仍然是可以接受的。但是重接地会带来另外一个问题——起落架摩擦力与接地作用力会给飞机一个巨大的低头力矩,后果是机头急速下俯,拍向跑道。我们可以从视频中看到,此时飞行员再次拉杆,机头有一个明显的上扬趋势,抑制住的重着陆的低头下俯。
总体来讲,这次试飞降落过程中飞行员的处理还是体现出了相当的水平,尽管在控制下滑速度方面并不完美。考虑到国产运20是首飞,在气动设计与飞行品质方面难免有不足之处,也不能贸然把所有的问题归咎到试飞员身上。
然而细心的观察者会发现,我们的运20在接触地面之后发生了一个看上去很严重的问题——整个T型尾翼发生了较为严重的振动,振动的持续时间和幅度都超过了我们印象中飞机降落时的状态。由于官方并没有对这个现象给出较为详尽的官方解释,因此民间各界引发了很多议论。笔者在咨询了北京航空航天大学的相关学者之后,认为可以从以下的角度给出一个较为合理的解释。
我们首先分析一下振动的来源。很多军迷和爱好者认为飞机着陆的冲击力造成了T尾的振动。笔者认为,虽然不能否认重着陆的冲击力会以波的形式在飞机内传播,在外观上的确会导致飞机的振动,但是这个冲击力导致的波在机体内会以声速传播,就运20使用的机体材料而言,着陆时的冲击会以5200米/秒的速度在机体结构内传播,到达尾部几乎不需要时间。也就是说,我们会在飞机接地的一瞬间看到T尾由于重着陆而导致的振动。然而,视频中T尾在着陆瞬间并没有明显的振动,而较大振幅的振动出现时间相当靠后,不能用传播时间来解释。这就说明,飞机振动的主要原因并不是着陆冲击。
通过仔细观察我们发现,在飞机发生振动之前,飞机刚刚打开着陆扰流板。笔者认为,扰流板产生的乱流最有可能是导致振动的主要原因。
通常飞机上安装的扰流板会有三个作用:
其一,也是主要的作用,减速和破坏机翼的升力。此时扰流板会完全展开,破坏飞机产生升力最关键的上翼面流场,并且产生脱体涡造成巨大阻力。此时由于飞机机翼的力矩特性将被完全破坏和脱体涡的非定常性,飞机往往需要在完成着陆动作之后再完全打开扰流板。
其二,飞行中减速作用。在下滑过程当中,不完全打开的扰流板可以改变翼型弯度,从而减小机翼升力。
其三,辅助滚转操纵。一般来说,飞机的横滚是靠机翼的副翼完成,但是过度的使用副翼会导致副翼反效问题,这个问题在大展弦比的运输机客机上尤为突出,因此如果紧急情况下需要急速滚转时,一侧的扰流板也会放出用于辅助。
值得注意的是,当扰流板发挥其第一个作用时,产生的阻力往往非常巨大,在飞机设计领域,通常会将扰流板产生的阻力设计为大于无板情况下的70%。也就是说,在打开扰流板之后,扰流板处产生的阻力飞机总阻力的40%,由于脱体涡产生阻力的效率低于流线体,因此扰流板处的气流能量将大于飞机总阻力能量的40%。由于扰流板面积相对飞机本身来说很小,所以此时产生的脱体涡将带有巨大能量,足以将对附近的T尾产生足够的作用力。又因为脱体涡本身的非定常性,T尾收到的力将会很不稳定,这将导致整个T尾的剧烈震动。
脱体涡还有一个重要的特性,就是如果以飞机作为参考系,它的传播速度将基本等于飞机的飞行速度,由于此时飞机速度很慢,脱体涡产生到影响到飞机T尾将存在一个明显的时间差,也就是所谓的洗流时差。从视频中我们可以明显的观察到这个时差的存在。
从飞机设计的角度来看,这种由于减速板产生的振动发生在运20上,应该是一个正常的现象。
一方面,尾流振动问题是飞机设计中的一个著名的问题,曾导致很多飞行事故,当年美国F/A-18就曾经有过这种情况,导致尾翼被震裂。这个案例在业内还是相当出名,因此运20在设计中肯定会考虑到这个问题,将T尾由于扰流板脱体涡而产生的振动控制在合理的范围内。通俗而言,这种振动仅仅是飞机的设计飞行状态中的一部分。
另一方面,飞机在地面上的震动频率会低于飞机在空中的震动频率,这是因为在地面上飞机的震动固支端是起落架,而在空中是飞机的重心,其悬臂长度大大加长。所以不能轻易按照飞机在地面的震动情况来看待飞机在空中的震动情况。因此对于此时飞机的振动,并不能够提供足够的依据来判断飞机的整体刚度。
我们有理由相信平尾震动问题是一个在设计中就被考虑到的问题,尽管看上去有些不顺眼,却是正常的现象。退一步说,我们的运20还仅仅处于试飞阶段,即使对于试飞的情况不满意,也有充分的空间和时间去解决问题。
对于飞行员而言,此时的接地下滑速度虽然不理想,但是远远没有到需要复飞的程度,保持现状接地仍然是可以接受的。但是重接地会带来另外一个问题——起落架摩擦力与接地作用力会给飞机一个巨大的低头力矩,后果是机头急速下俯,拍向跑道。我们可以从视频中看到,此时飞行员再次拉杆,机头有一个明显的上扬趋势,抑制住的重着陆的低头下俯。
总体来讲,这次试飞降落过程中飞行员的处理还是体现出了相当的水平,尽管在控制下滑速度方面并不完美。考虑到国产运20是首飞,在气动设计与飞行品质方面难免有不足之处,也不能贸然把所有的问题归咎到试飞员身上。
然而细心的观察者会发现,我们的运20在接触地面之后发生了一个看上去很严重的问题——整个T型尾翼发生了较为严重的振动,振动的持续时间和幅度都超过了我们印象中飞机降落时的状态。由于官方并没有对这个现象给出较为详尽的官方解释,因此民间各界引发了很多议论。笔者在咨询了北京航空航天大学的相关学者之后,认为可以从以下的角度给出一个较为合理的解释。
我们首先分析一下振动的来源。很多军迷和爱好者认为飞机着陆的冲击力造成了T尾的振动。笔者认为,虽然不能否认重着陆的冲击力会以波的形式在飞机内传播,在外观上的确会导致飞机的振动,但是这个冲击力导致的波在机体内会以声速传播,就运20使用的机体材料而言,着陆时的冲击会以5200米/秒的速度在机体结构内传播,到达尾部几乎不需要时间。也就是说,我们会在飞机接地的一瞬间看到T尾由于重着陆而导致的振动。然而,视频中T尾在着陆瞬间并没有明显的振动,而较大振幅的振动出现时间相当靠后,不能用传播时间来解释。这就说明,飞机振动的主要原因并不是着陆冲击。
通过仔细观察我们发现,在飞机发生振动之前,飞机刚刚打开着陆扰流板。笔者认为,扰流板产生的乱流最有可能是导致振动的主要原因。
通常飞机上安装的扰流板会有三个作用:
其一,也是主要的作用,减速和破坏机翼的升力。此时扰流板会完全展开,破坏飞机产生升力最关键的上翼面流场,并且产生脱体涡造成巨大阻力。此时由于飞机机翼的力矩特性将被完全破坏和脱体涡的非定常性,飞机往往需要在完成着陆动作之后再完全打开扰流板。
其二,飞行中减速作用。在下滑过程当中,不完全打开的扰流板可以改变翼型弯度,从而减小机翼升力。
其三,辅助滚转操纵。一般来说,飞机的横滚是靠机翼的副翼完成,但是过度的使用副翼会导致副翼反效问题,这个问题在大展弦比的运输机客机上尤为突出,因此如果紧急情况下需要急速滚转时,一侧的扰流板也会放出用于辅助。
值得注意的是,当扰流板发挥其第一个作用时,产生的阻力往往非常巨大,在飞机设计领域,通常会将扰流板产生的阻力设计为大于无板情况下的70%。也就是说,在打开扰流板之后,扰流板处产生的阻力飞机总阻力的40%,由于脱体涡产生阻力的效率低于流线体,因此扰流板处的气流能量将大于飞机总阻力能量的40%。由于扰流板面积相对飞机本身来说很小,所以此时产生的脱体涡将带有巨大能量,足以将对附近的T尾产生足够的作用力。又因为脱体涡本身的非定常性,T尾收到的力将会很不稳定,这将导致整个T尾的剧烈震动。
脱体涡还有一个重要的特性,就是如果以飞机作为参考系,它的传播速度将基本等于飞机的飞行速度,由于此时飞机速度很慢,脱体涡产生到影响到飞机T尾将存在一个明显的时间差,也就是所谓的洗流时差。从视频中我们可以明显的观察到这个时差的存在。
从飞机设计的角度来看,这种由于减速板产生的振动发生在运20上,应该是一个正常的现象。
一方面,尾流振动问题是飞机设计中的一个著名的问题,曾导致很多飞行事故,当年美国F/A-18就曾经有过这种情况,导致尾翼被震裂。这个案例在业内还是相当出名,因此运20在设计中肯定会考虑到这个问题,将T尾由于扰流板脱体涡而产生的振动控制在合理的范围内。通俗而言,这种振动仅仅是飞机的设计飞行状态中的一部分。
另一方面,飞机在地面上的震动频率会低于飞机在空中的震动频率,这是因为在地面上飞机的震动固支端是起落架,而在空中是飞机的重心,其悬臂长度大大加长。所以不能轻易按照飞机在地面的震动情况来看待飞机在空中的震动情况。因此对于此时飞机的振动,并不能够提供足够的依据来判断飞机的整体刚度。
我们有理由相信平尾震动问题是一个在设计中就被考虑到的问题,尽管看上去有些不顺眼,却是正常的现象。退一步说,我们的运20还仅仅处于试飞阶段,即使对于试飞的情况不满意,也有充分的空间和时间去解决问题。