首先需要说明,在真实飞行中,本课介绍的螺旋等科目具有非常大的危险性,要求飞行员具备航空理论知识并对飞行驾驶较为熟练,这些都属于商用驾驶执照以上才要求实际操作的科目。私用执照和运动类执照的标准虽然没有实际操作要求,但必须懂得并知道如何防止进入螺旋,一般被称为“螺旋的警觉意识”,是口试中的必考科目。而在模拟飞行中,由于不存在安全问题,因此建议大家对如此重要的科目从最开始就完全理解并熟练掌握,否则将来有机会进行真实飞行训练或遇到这种情况,仅仅一知半解很有可能带来危害。
螺旋(Spin)是一种非常危险的失速,可能会导致严重的后果。在上一课介绍的失速训练中,要特别注意在失速发生时保持不带坡度和侧滑,让机头不向某一侧倾斜,其目的就是为了避免进入螺旋。本节课,我们就要训练如何进入螺旋和改出。
螺旋是如何发生的呢?当飞机即将失速时,如果两侧机翼不协调,内(低)侧机翼先进入失速而外(高)侧还未失速,或内侧机翼失速程度明显大于外侧,就会产生升力和阻力两个差异。首先,失速的内测机翼在下坠过程中迎角继续增加、升力更小,但阻力会更大;外侧机翼稍高,迎角相对较小、升力相对较大,且阻力也相对较小。两个机翼之间升力的差异会导致飞机滚转,而阻力差则会使飞机持续偏航。飞机进入螺旋后的状态就是一边围绕自身的纵轴滚转,同时以一个很小的半径围绕机身外的一个轴不受控制地旋转。其处于一种高迎角、低空速和大下沉速度的状态,如果不及时改出就会快速坠向地面。尤其是在飞机刚起飞或即将降落前的低高度,如果进入螺旋很可能来不及改出。
此外,在螺旋训练前,必须按照飞行手册的要求对飞机的重心进行检查确认,有的机型甚至禁止做螺旋训练。这是因为,飞机重心靠前才能使低头减小迎角、增速后改出;如果重心靠后,会导致飞机不能低头,迎角无法回到正常范围内,飞机可能进入被称为“平螺旋”的状态而无法改出。
接下来进入模拟飞行软件开始训练,选好机型直接进入空中即可。
在真实世界中做螺旋训练时,改出过程消耗的高度非常多,而且不受控制的快速旋转会加大俯角下坠,给学员造成较大的身体和心理压力,导致改出动作不正确,所以通常要留出至少1000米的安全高度。
进入螺旋:与无动力失速一样,首先收小油门到怠速;适当放襟翼,让飞机处于降落前的下滑状态;逐渐拉杆抬机头增加迎角;当听到报警音、即将进入失速时,踩某一方向的满舵并同时持续向后拉杆;机头会立即向此方向坠落,同时机身向这个方向滚转;维持拉杆和踩舵的控制,飞机开始进入稳定的螺旋。此时空速接近于零,旋转速度和下降率却非常高。
改出螺旋:进入螺旋后,飞机会以非常快的速度旋转并下坠,所以要尽快改出。首先收光油门,因为发动机的拉力会让飞机上仰,阻止飞机迎角的减小;然后让操纵杆处于中立位置使副翼没有偏转,在飞机旋转的反方向踩满舵直到停止旋转;此时空速开始增加;保持低头姿态到螺旋停止时,方向舵回到中立姿态,逐渐带杆拉起机头;确认空速恢复到设计机动速度范围后,推满油门加速爬升;收襟翼,然后恢复平飞。
改出螺旋的操作看似不难,但在实际情况中,往往会发生一些错误。第一,由于看到向内侧滚转,飞行员会不自觉地做出向反方向压杆的错误操纵动作,导致内(低)侧机翼的副翼向下,迎角继续增大、升力继续下降、加剧向内侧滚转,而阻力则会继续上升,加剧向内侧偏航;第二,由于飞机快速坠向地面,飞行员会不自觉地做出带杆拉起机头的错误动作,阻止仰角和迎角的降低,而不是正确地先松杆增速;第三,当螺旋发生时不能立刻增加油门,否则螺旋桨拉力导致的仰头趋势也会阻止迎角的减小恢复。
对飞行员来说,必须知道的一个重要原理是:飞机可以在任何空速下失速。很多飞机的操作手册仅公布无襟翼和不同襟翼设置下的失速速度,训练时大多数飞行员也仅参考这些公布的数字进行训练。但实际上,当飞机的过载大于1G时,失速速度是会相应提高的,即所谓的“加速失速”。
“加速失速”这个名称有些不好理解,其实翻译成“加速度失速”或“过载失速”会更好理解。前面的课程中已经提到过,飞机在转弯建立坡度后,由于向心力的作用,过载会随着坡度而增大,而飞机的失速速度也会以过载系数的平方根倍数相应增加。在中小坡度时,增加量并不明显,如飞机以30。转弯时,过载为1.15G,失速速度仅会增加到1.07倍,但飞机若以超过45。以上的大坡度盘旋时,失速速度的增加会非常显著。如Cessna172SP飞机,不放襟翼时的失速速度为48节,而在60。坡度状态下,过载为2G,失速速度就会增加41%到67节。而在盘旋中,因为两侧机翼的迎角和速度略有差异,一旦到达失速速度,内侧机翼会先进入失速,很容易导致飞机进入螺旋。
训练时,先收油门将飞机的速度降低到机动速度VA以内(什么是机动速度?为什么要降低到VA以内?感兴趣的读者可自行查找答案),然后压杆到45。坡度,进入协调不带侧滑的大坡度转弯;接下来柔和持续带杆,逐步增加飞机迎角,直到听到飞机进入失速的报警音;在模拟飞行中,可以按下暂停键,观察确认此时的失速速度和下沉率。然后开始改出,首先向前松杆增速,同时向转弯的反方向压杆改平坡度;由于过载会立即减小,而速度还在绿区范围内,因此报警音会立即消失;然后加油门继续增速,带杆改平或爬升改出。
在加速失速的训练中,虽然过载会给新学员带来紧张感,但只要能避免不协调的操作,让飞机不带侧滑,通常不会进入螺旋的危险状态,改出按照程序也相对比较容易。在真实飞行中,特技飞机或军用战斗机由于经常需要做大坡度、俯冲跃升、筋斗等大过载动作,遇到加速失速的可能性较大。如著名的普加乔夫眼镜蛇机动,在瞬间拉起机头后,机翼就处于加速失速的状态,只不过发动机的剩余功率非常大,临时代替了机翼的升力,飞机才不会掉下来。对于没有那么大剩余功率的普通民用飞机,则应在日常飞行中尽量避免做大坡度等导致过载增大的动作。如果在训练或某些情况下必须做大过载动作,则一定要确保速度不要低,甚至可以使用允许范围内偏高的速度,从而避免加速失速。
和其他失速相比,交叉控制失速应该是最危险的一种失速,其后果是导致飞机进入螺旋。实际飞行中,发生交叉控制失速的场景往往在低高度时,因此一旦发生就没有足够的空间和时间让飞行员改出。美国的一项关于失速的研究发现,80%的交叉控制失速事故中,至少会有1人死亡。所以,我们应当完全理解并牢记如何避免发生交叉控制失速。
那么什么是交叉控制失速呢?它是指在向一个方向施加副翼控制力的同时,向另一个方向施加方向舵控制力,导致内侧滑或外侧滑的不协调飞行状态,当迎角超过临界迎角时发生的失速,就被称为交叉控制失速。由于不协调的状态会导致一侧机翼先失速,如果不迅速改出,就可能发展成螺旋。
实际飞行中,这种情况最有可能发生在四边上顺风、飞机地速大导致的四转弯较晚时(有关起落航线的知识将在后面的课程中介绍)。此时飞行员发现飞机已经超过了跑道中心线,为了尽快回到正确的五边上,会加大操纵量,让飞机处于一个中等坡度的转弯过程中。但这时油门已经收到很小,速度也并不高,为尽快转向,有的飞行员会加大踩舵量,为避免坡度加大和机头下俯,又会向反方向压杆甚至向后带杆。这就造成了发生交叉控制失速的条件,即转弯内侧的机翼相对速度小,迎角相对外侧机翼大,而瞬间反向压杆使内侧机翼迎角增大到超过临界迎角,就会首先进入失速。随着失速的内侧机翼升力急剧下降,会使飞机向内侧滚转,飞行员如果没有准备、心理紧张,会自然地想减小坡度向外侧压杆,并向后带杆希望将机头拉起,但这不但无法改出,反而会加剧失速,使飞机进入螺旋。
要从交叉失速中改出,初期应当立即放弃回到跑道中心线的目标,首先向转弯的反方向蹬舵,并推杆减小仰角,使迎角减小回到正常范围。当确认飞机没有旋转后,再加油门增速,并压杆用副翼调整飞机回到水平直线飞行状态。
如果已经开始进入不可控的螺旋状态,则应立即按照改出螺旋的方法执行。但由于是在降落前,距离地面已经非常近,没有足够的高度,一旦进入螺旋,能够改出的概率非常小。因此,从一开始就避免造成交叉控制失速的条件是非常重要的。一个重要的原则是:不要试图挽救不稳定的着陆进近,也不要试图用内侧方向舵纠正过晚的四转弯。正常情况下,要把转弯坡度限定在最大30。范围内,如果无法使飞机在500英尺(150米)高度以下回到稳定的进近状态,那就复飞!
真实飞行中为保证安全,这个科目的训练必须保留足够改出螺旋的安全高度才能进行。在模拟飞行中,我们可以选择适合的机场,在起落航线上训练这个科目。进入模拟飞行界面后,选择某某机场某某跑道,正常气象、白天,首先让Cessna172飞机正常飞行到四边,收油门到1500转进入下滑状态,降速后放下襟翼,减速到60节左右保持下滑。目视判断跑道中心延长线,故意比正常四转弯位置稍晚开始转弯,建立约30。坡度后,开始加大蹬舵,飞机开始外侧滑,机头向内侧斜下方转。这时向反方向压杆并向后带杆,听到失速报警音后,立即开始改出:松杆、蹬反舵,飞机不再旋转并有速度时,立即加满油门并带杆拉起飞机复飞。
其他失速包括升降舵配平失速、二次失速等。
升降舵配平失速比较简单,顾名思义,就是在较小的速度下把升降舵配平片一直向后打到最大,使机头上仰的力矩最大,造成飞机的仰角和迎角不断增大,直到超过临界迎角而失速。这种失速在真实飞行中有两种可能的发生情景:一种是在着陆复飞时。进近过程中为减小带杆力,有的飞行员将配平片打得过于靠后,在突然遇到需要复飞的情况时,加满油门会让机头上仰过大,而飞行员却因紧张或注意力分配不当,没有加以控制,从而造成失速。另一种可能是在上一次飞行结束时,配平片打得过于靠后,在新一次起飞前没有调回也未按检查单程序检查,起飞时全功率造成机头上仰过大而未及时发现,也会造成升降舵配平失速。
二次失速也很简单,就是在操纵飞机发生失速以后,飞机本应自然低头减小迎角并增速,飞行员却没有正确地执行松杆增速再加油门改出的程序,而是在飞机还未完全改出时就粗猛带杆或加油门,使机头无法降低、迎角无法减小回到正常状态,飞机再次进入失速下坠的状态。这种情况对于训练有素的飞行员几乎不太可能发生,只有完全没有学习理解什么是失速的人才可能犯这种错误。
以上两种失速的训练在模拟飞行中都相对比较简单,如果要给自己增加一些挑战,建议感兴趣的读者可以在设置中取消方向舵自动配平功能,以便让模拟状态更加接近真实。这样在全功率大仰角的爬升状态时,一边要做改出动作,同时还要观察飞机由于螺旋桨效应而向左偏航的趋势,适量蹬右舵进行补偿,否则在极端情况下,也可能把失速做成螺旋。