失速/尾旋训练研究思考

涂良辉　闫超　王聿豪　杨阳　彭翼杰　龚竞　蓝子超

摘  要：为了充分发挥飞机的左边界性能，提升飞行学员控制飞机状态的能力，训练部门应开展失速/尾旋飞行训练。本文着眼左边界训练需求，深挖失速/尾旋运动机理，阐明失速/尾旋训练的意义及对人的影响。本文建议在初级训练阶段开展失速/尾旋训练，加大训练力度，打下牢固基础。

关键词：左边界;失速;尾旋

1引言

习主席多次强调，“战斗力是军队建设唯一的根本的标准”。习主席在党的十九大报告中再次指出，“军队是要准备打仗的，一切工作都必须坚持战斗力标准，向能打仗、打胜仗聚焦”。战斗力生成质量归根到底源于日常的训练质量，为战而练是训练的灵魂，一切训练都必须着眼作战。

当前，飞行训练部门正在积极组织开展左边界飞行训练，训练难度高、强度大，训练接近实战。飞机的左边界即为飞机的小速度边界。小速度边界飞行主要受失速/尾旋特性限制，过去为了预防失速/尾旋，一般远离失速边界飞行，虽然对保证飞行安全起到了一定作用，但是飞机的性能没有得到充分发挥，飞行学员控制飞机状态的能力得不到提高。为了充分发挥飞机的左边界性能，我们必须着眼左边界训练需求，深挖失速/尾旋运动机理，阐明失速/尾旋训练的意义及对人的影响。通过研究，本文对初级训练阶段失速/尾旋训练进行了总结。

2失速/尾旋的机理

2.1失速的本质

失速的本质是气流分离和分离引起的非操纵运动。气流分离和非操纵运动的剧烈程度主要取决于飞机迎角和气流速度，也就是气流与飞机之间的夹角和气流速度。这里按气流分离和非操纵运动将迎角分割为三个区域：

从能量角度看，分离是由于流经飞机表面的气流能量不足，无法完全克服飞机表面摩擦力和逆压的作用而出现气流倒流的现象。简单地说，流经飞机表面（主要是机翼、气动舵面）的气流是飞机前方来流气流在飞机表面的分量，其能量与气流速度、密度、气流与飞机表面的夹角有关。气流分离主要有二种形式，一是夹角增大引起的分离，二是来流速度的过小引起的分离。前一种情况就是我们传统上说的把飞机“拉失速”，而后一种我们称之为“掉进失速”。在左边界飞行中，当飞机的速度小于某一值时，空气动力作用接近于0，飞机在重力作用下做类似于自由落体运动，会重新建立气流速度和空气动力，此时，气流与飞机的相对运动有可能使飞机迎角快速接近或超过失速迎角。

2.2尾旋的本质

从图1可知，飞机在过失速迎角范围飞行时，如果飞机绕机体纵轴旋转，飞机下沉一侧机翼当地迎角大（大于失速迎角），飞机上扬一侧机翼当地迎角小（小于失速迎角）。由于飞机在大于失速迎角后，气流出现分离，升力系数明显下降，则下沉一侧机翼的升力系数C_L下沉小于上扬一侧机翼的升力系数C_L下扬，于是，飞机下沉一侧的机翼继续下沉，形成了一个滚转力矩。

从图1中还可知，由于飞机大于失速迎角后，阻力系数出现剧增，则下沉一侧机翼的阻力系数C_D下沉大于上扬一侧机翼的阻力系数C_D上扬，于是，飞机将向下沉一侧机翼偏转，形成了一个偏航力矩。

正是由于滚转力矩和偏航力矩的共同作用，使飞机在进入过失速迎角范围后，从由氣流分离引起的非操纵运动发展为绕自身轴旋转的、沿小半径陡的下降的螺旋轨迹的自发运动，即为尾旋。

初期尾旋是这种运动的初始的、过渡的阶段，在该阶段中还不能识别尾旋的形态。稳态尾旋是能够识别尾旋形态的阶段。如果运动轨迹已变成垂直的并且各圈之间的尾旋特性已不再有值得注意的明显变化时，就达到了完全发展的尾旋阶段。但不是所有飞机的尾旋都能发展成为这种稳态尾旋。

3失速/尾旋训练意义及对人的影响

3.1训练意义

3.1.1失速训练意义

失速训练的意义是为了让飞行员认识失速现象并能快速改出，确保损失高度和性能最少。通过体验失速的全过程以达到一旦发现失速能立即改出。飞机发生失速时有几种基本动态特征，只要发现任意一种动态特征，应立即执行标准失速改出程序。

飞机发生失速时一般有以下几种基本动态特征：

-飞机强烈的抖动、摇晃

-飞机杆舵抖动、操纵变轻

-飞机出现非操纵性的转动

-飞机速度迅速减小

3.1.2尾旋训练意义

尾旋训练的意义是为了让飞行员识别飞机进入失控飞行时的状态和感觉。通过有意进入此状态来练习改出程序，培养改出失控飞行的能力和信心，锻炼复杂状态下保持态势感知和有效操作的能力，避免飞行中进入失控飞行状态。归纳起来，尾旋训练主要意义有：

• 熟悉飞机临界/超临界状态操纵特性
• 培养年轻飞行员的高机动耐力
• 培养年轻飞行员的抗过载交变能力
• 培养年轻飞行员的空间定向技能
• 建立年轻飞行员的左边界飞行自信心

4总结与思考

为了充分发挥飞机的边界性能，提升飞行学员控制飞机状态的能力，训练部门需尽早组织开展失速/尾旋训练，加大训练力度。这就要求从初级训练阶段开始，组织开展低速螺旋桨飞机的失速/尾旋训练，可使飞行学员在初级训练阶段就开始接触并逐步掌握大迎角飞行技术，建立左边界飞行自信心，锻炼复杂状态下保持态势感知和空间定向能力。

参考文献

[1] 刘尚民. 高机动性能飞机大迎角尾旋特性方法研究[D]. 西安：西北工业大学， 1997

[2] 王启. 尾旋理论预测[D]. 西安：中国飞行试验研究院， 1990

[3] 李树有， 王启等. 飞机失速/尾旋特性的预测和试验研究[J]. 飞行力学， 2000， 18（3）

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[5] （苏）柯契克M. 极限状态飞行-现代飞机失速和尾旋的预防[M].航空工业出版社， 1989

[6] Murch A M， Foster J V. Recent NASA Research on Aerodynamic Modeling of Post-Stall and Spin Dynamics of Large Transport Airplanes[C]. AIAA， 2007

作者简介：

涂良辉（1981年09月），男，江西南昌人，博士，研究员，研究生导师，研究方向为飞行器设计。