T型尾翼民用客機深失速改出機理研究

殷湘濤

摘 要：從三方面分析了T型尾翼民用客機改出深失速的機理，分別為：（1）升降舵在深失速時的俯仰操縱效率；（2）方向舵在飛機建立了一定的坡度角后充當了升降舵的作用，對飛機產生了一定的側向低頭力矩；（3）飛機動力裝置軸線相對于飛機構造水平面的安裝角為3°，在深失速時，發動機推力提供了一定的低頭力矩。通過分析得出，升降舵和方向舵在飛機改出深失速時發揮了積極作用，而發動機推力力矩對飛機改出深失速作用很小。

關鍵詞：深失速 T型尾翼 飛行試驗 民用客機

中圖分類號：V211.41 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）10（a）-0070-02

深失速是指飛機在大迎角情況下平尾暴露在機翼的紊流區中，升降舵失去效率的現象。而T型尾翼飛機由于氣動布局特性，較之非T型尾翼飛機更易進入深失速，且難以改出。航空史上T型尾翼民用客機進入深失速事件發生過多起，目前可查的只有B727飛機在進行飛行試驗時成功從深失速改出的先例。因此，該文主要從飛行試驗的角度，根據某型民用客機實際試飛情況和飛行員操縱情況，深入分析改出深失速的機理和方法，為T型尾翼民用客機在實際運營和飛行試驗過程中改出深失速提供理論參考和切實可行的操縱方法。

1 深失速改出

對于T型尾翼布局的民用客機，當進入深失速之后，升降舵效率急劇下降，此時飛機被鎖死在高迎角狀態，并伴隨大的下降率，使用常規的縱向操縱和發動機操縱難以改出。對于T型尾翼布局飛機在深失速狀態時所能采取的措施，主要有幾方面可嘗試，即放起落架，放襟縫翼，通過操縱副翼人為建立一定坡度角（坡度角可增大到90°），或者通過方向舵操縱使得機頭下俯。根據相關風洞數據，一定的側滑角對于改出深失速有非常積極的作用，但在飛機處于深失速鎖定區時，飛機操縱舵面不一定有操縱效率，難以建立側滑角。

根據理論分析計算和模擬器試飛，有動態改出和靜態改出兩種改出深失速的方法，但在T型尾翼民用客機的飛行歷史中，并沒有應用此兩種方法改出深失速的先例。B727為典型的T型尾翼民用客機，在B727的飛行試驗過程中，有成功從深失速改出的先例。據試飛員口述，改出時主要是因為飛機仍具有一定的橫向操縱能力，試飛員成功建立了一定的坡度角，然后機頭下俯，飛機迎角減小，最終成功改出。

通過分析某型民用客機整個深失速改出過程和相關試飛數據，主要可從三方面來分析成功改出深失速的機理，分別為：（1）升降舵在深失速時仍具有一定的俯仰操縱效率；（2）方向舵在飛機建立了一定的坡度角后充當了升降舵的作用，對飛機產生了一定的側向低頭力矩；（3）由于該飛機動力裝置軸線相對于飛機構造水平面的安裝角為3°，在深失速時，發動機推力提供了一定的低頭力矩。以下主要從這三方面分析可成功改出深失速的機理。

2 升降舵對改出深失速的影響

用相軌跡法研究深失速改出特性，典型T型尾翼民用客機的靜態改出相軌跡大致描繪如圖1所示。圖中有幾條特殊的相軌跡曲線，相軌跡圖中實線代表推桿的相軌跡，虛線代表拉桿的相軌跡。計算和分析表明，與T型尾翼飛機俯仰力矩系數曲線兩個穩定的和一個不穩定的平衡點相對應，在平面上存在兩個穩定的焦點1，3和一個鞍點2，相平面上所有軌跡最終將收斂于兩個焦點中的一個。有一條特殊的相軌跡通過不穩定的鞍點2，它是飛機上仰和下俯的分界點。圖中陰影部分是飛機處于深失速、大迎角配平的“鎖定”狀態，稱為深失速走廊，此時推桿到底也改不出來，處于深失速走廊外發生深失速，則可用推桿的辦法改出。圖1中有3個重要的迎角，αue，αct和αds。αue對應推桿到底俯仰力矩系數曲線中的不穩定點，即相圖中的鞍點；αds對應于拉桿到底俯仰力矩系數曲線中的深失速點；αct是用推桿到底能改出的最小迎角。若αds>αct，駕駛員猛推桿到底，飛機就能從深失速中改出。此即為深失速靜態改出法。

從某型飛機試飛數據可知，在整個深失速進入到改出的過程中，縱向操縱桿在推桿器的作用下迅速推桿，后在推桿器和試飛員的操縱下，基本一直處于滿推桿狀態，推桿過程中達到的最大迎角在42°左右，根據靜態改出法的理論，此迎角或許正好大于該型民用客機飛機的αct，在此情況下保持推桿，滿足靜態改出法的條件，所以此時民用客機具備從深失速中改出的能力。

從另一個角度分析，該型民用客機飛機在深失速改出過程中，雖然升降舵已處于機翼紊流區，但由于此時該型民用客機帶有大的坡度角，以及側滑角，升降舵或許未完全處于機翼紊流區，因此仍具有一定效率，在推桿狀態下仍能提供一定的低頭力矩，為飛機成功改出深失速提供有利幫助。

3 方向舵對改出深失速的影響

根據風洞數據分析提出的側滑角對深失速改出有極為積極作用的理論和B727在深失速時通過建立一定坡度角成功改出的經驗，某民用客機能成功改出深失速，可結合以上理論和經驗進行分析。

產生滾轉角和側滑角之所以對飛機改出深失速有非常積極的作用，可認為是因為在有滾轉角和側滑角的情形下，飛機垂直尾翼在一定程度上充當了水平安定面的作用，使得飛機產生側向低頭力矩，讓飛機得以機頭朝下俯沖加速，從而重新獲得速度和操縱響應。

根據某型民用飛機的試飛數據，第一次推桿之后，飛機建立了3.1°右滾轉角，且有0.7°/s左右的偏航角速度，偏航角223°。據試飛員反應當時飛機橫向操縱已失去響應，且此時試飛員向左壓盤，飛機在此時產生右滾轉角（確切原因未知，有可能是副翼效率反向，或者是飛機氣動外形有制造不對稱的偏差）。7s之后滾轉角增大到31.4°，偏航角速度增大到9.2°/s，偏航角增大到254°（從偏航角速度變化情況可探知飛機側向力矩情況）。整個過程方向舵基本處于中立位置。產生此種響應的原因，如上所述，可認為是在滾轉角和側滑角情況下，飛機垂直尾翼在一定程度上充當了水平安定面的作用，使得飛機產生側向低頭力矩，為飛機成功改出深失速提供有利幫助。endprint

4 發動機對改出深失速的影響

由于該型民用客機動力裝置軸線相對于飛機構造水平面的安裝角為3°，且飛機處于深失速情況時，發動機工作狀態良好，N1值處于60%～70%之間，屬于1.3VSR的平飛推力，可考慮發動機推力是否有助于使飛機產生低頭力矩。

發動機推力相對重心產生的俯仰低頭力矩可計算為：

ME=T×L1×sin3° （1）

其中ME為發動機力矩，T為發動機推力，L1為發動機相對重心處的力臂。尾翼相對重心產生的俯仰低頭力矩可計算為：

MF=q×ClF×S×L2 （2）

其中MF為尾翼力矩，q為動壓，ClF為尾翼升力系數，S為尾翼面積，L2為尾翼相對重心處的力臂。計算可知，此情況下發動機推力相對飛機重心產生的低頭力矩與尾翼相對飛機重心產生的低頭力矩相比，其數量級為10-6，可忽略不計，因此此情況下發動機的推力矢量產生的低頭力矩過于微弱，對飛機改出深失速并無明顯幫助。

雖然發動機推力對飛機低頭無貢獻，但整個深失速過程發動機良好的工作狀為飛機后期增速以及高度控制提供了有利幫助。

5 結語

通過以上深入分析某型民用客機飛機深失速事件，可得出以下結論：該型民用客機能從深失速改出的原因為升降舵和方向舵在一定的坡度角和側滑角情況下產生了使飛機低頭的力矩，使得飛機低頭加速而成功改出深失速。

在實際運營和飛行試驗過程中，無論是在惡劣天氣條件下還是人為因素的失誤，深失速問題是民用客機特別是T型尾翼的民用客機難以避免的。而適航條款對于民用客機的深失速無任何要求，因此對于T型尾翼的民用客機，若無意進入深失速，可人為建立一定的側滑角和坡度角，使用升降舵和方向舵操縱飛機產生低頭力矩，嘗試改出深失速。

參考文獻

[1] Bruce G.Powers，A parametric study of factors influencing the deep-stall pitch-up characteristics of T-tail transport aircraft.NASA TECHINICAL NOTE D-3370[Z].

[2] Raymond C M，Martin T M，Analysis of deep-stall characteristics of T-tailed aircraft configuration and some recovery procedures.J Aircraft[Z].1966，3（6）：562-566.

[3] 鄭賢芬，史志偉.“T”型尾翼飛機的深失速特性研究[J].飛行力學，1996，14（3）：39-43.endprint

4 發動機對改出深失速的影響

由于該型民用客機動力裝置軸線相對于飛機構造水平面的安裝角為3°，且飛機處于深失速情況時，發動機工作狀態良好，N1值處于60%～70%之間，屬于1.3VSR的平飛推力，可考慮發動機推力是否有助于使飛機產生低頭力矩。

發動機推力相對重心產生的俯仰低頭力矩可計算為：

ME=T×L1×sin3° （1）

其中ME為發動機力矩，T為發動機推力，L1為發動機相對重心處的力臂。尾翼相對重心產生的俯仰低頭力矩可計算為：

MF=q×ClF×S×L2 （2）

其中MF為尾翼力矩，q為動壓，ClF為尾翼升力系數，S為尾翼面積，L2為尾翼相對重心處的力臂。計算可知，此情況下發動機推力相對飛機重心產生的低頭力矩與尾翼相對飛機重心產生的低頭力矩相比，其數量級為10-6，可忽略不計，因此此情況下發動機的推力矢量產生的低頭力矩過于微弱，對飛機改出深失速并無明顯幫助。

雖然發動機推力對飛機低頭無貢獻，但整個深失速過程發動機良好的工作狀為飛機后期增速以及高度控制提供了有利幫助。

5 結語

通過以上深入分析某型民用客機飛機深失速事件，可得出以下結論：該型民用客機能從深失速改出的原因為升降舵和方向舵在一定的坡度角和側滑角情況下產生了使飛機低頭的力矩，使得飛機低頭加速而成功改出深失速。

在實際運營和飛行試驗過程中，無論是在惡劣天氣條件下還是人為因素的失誤，深失速問題是民用客機特別是T型尾翼的民用客機難以避免的。而適航條款對于民用客機的深失速無任何要求，因此對于T型尾翼的民用客機，若無意進入深失速，可人為建立一定的側滑角和坡度角，使用升降舵和方向舵操縱飛機產生低頭力矩，嘗試改出深失速。

參考文獻

[1] Bruce G.Powers，A parametric study of factors influencing the deep-stall pitch-up characteristics of T-tail transport aircraft.NASA TECHINICAL NOTE D-3370[Z].

[2] Raymond C M，Martin T M，Analysis of deep-stall characteristics of T-tailed aircraft configuration and some recovery procedures.J Aircraft[Z].1966，3（6）：562-566.

[3] 鄭賢芬，史志偉.“T”型尾翼飛機的深失速特性研究[J].飛行力學，1996，14（3）：39-43.endprint

4 發動機對改出深失速的影響

由于該型民用客機動力裝置軸線相對于飛機構造水平面的安裝角為3°，且飛機處于深失速情況時，發動機工作狀態良好，N1值處于60%～70%之間，屬于1.3VSR的平飛推力，可考慮發動機推力是否有助于使飛機產生低頭力矩。

發動機推力相對重心產生的俯仰低頭力矩可計算為：

ME=T×L1×sin3° （1）

其中ME為發動機力矩，T為發動機推力，L1為發動機相對重心處的力臂。尾翼相對重心產生的俯仰低頭力矩可計算為：

MF=q×ClF×S×L2 （2）

其中MF為尾翼力矩，q為動壓，ClF為尾翼升力系數，S為尾翼面積，L2為尾翼相對重心處的力臂。計算可知，此情況下發動機推力相對飛機重心產生的低頭力矩與尾翼相對飛機重心產生的低頭力矩相比，其數量級為10-6，可忽略不計，因此此情況下發動機的推力矢量產生的低頭力矩過于微弱，對飛機改出深失速并無明顯幫助。

雖然發動機推力對飛機低頭無貢獻，但整個深失速過程發動機良好的工作狀為飛機后期增速以及高度控制提供了有利幫助。

5 結語

通過以上深入分析某型民用客機飛機深失速事件，可得出以下結論：該型民用客機能從深失速改出的原因為升降舵和方向舵在一定的坡度角和側滑角情況下產生了使飛機低頭的力矩，使得飛機低頭加速而成功改出深失速。

在實際運營和飛行試驗過程中，無論是在惡劣天氣條件下還是人為因素的失誤，深失速問題是民用客機特別是T型尾翼的民用客機難以避免的。而適航條款對于民用客機的深失速無任何要求，因此對于T型尾翼的民用客機，若無意進入深失速，可人為建立一定的側滑角和坡度角，使用升降舵和方向舵操縱飛機產生低頭力矩，嘗試改出深失速。

參考文獻

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[2] Raymond C M，Martin T M，Analysis of deep-stall characteristics of T-tailed aircraft configuration and some recovery procedures.J Aircraft[Z].1966，3（6）：562-566.

[3] 鄭賢芬，史志偉.“T”型尾翼飛機的深失速特性研究[J].飛行力學，1996，14（3）：39-43.endprint