淺談一種可伸縮的氣流噴射增升裝置

王皓　彭鑫乾　蔣耀隆

摘? 要：現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)以及民航客機(jī)在飛行的過(guò)程中，包含著許多的不定性的飛行安全因素，其中包括由飛行器失速所引起的機(jī)毀人亡的事故，針對(duì)失速，本文淺談一種解決方案，可一部分程度代替前緣縫翼，避免或是減緩失速的發(fā)生，推遲臨界角度。

關(guān)鍵詞：失速;臨界角;舵面

引言：

隨著科技的發(fā)展，飛行器的效率以及安全性能也都在與之進(jìn)步。現(xiàn)代民航飛行器在考慮舒適度的問(wèn)題同時(shí)也在思索著如何更好的提供乘客的保障，以及用最小成本來(lái)?yè)Q來(lái)最大的經(jīng)濟(jì)效益。而戰(zhàn)斗機(jī)在追求更高更遠(yuǎn)的目標(biāo)以外也在考慮更好的靈活性以及如何把飛機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)都趨近于“無(wú)窮大”。針對(duì)上述問(wèn)題就產(chǎn)生了一個(gè)共同點(diǎn)，就是飛機(jī)的迎角和失速問(wèn)題。飛機(jī)的迎角，即飛機(jī)機(jī)翼的橫剖面和迎來(lái)氣流的夾角，它關(guān)乎到飛機(jī)的失速和機(jī)動(dòng)性能。飛機(jī)一旦達(dá)到或者是超過(guò)這個(gè)所謂的迎角，也就是臨界失速角，飛行器本身就會(huì)因?yàn)闄C(jī)翼氣流產(chǎn)生氣流分離而下墜，失速，甚至是墜毀導(dǎo)致機(jī)毀人亡。

失速，是指當(dāng)飛機(jī)前進(jìn)時(shí)產(chǎn)生的升力沒(méi)有飛機(jī)所受的重力大時(shí)，造成飛機(jī)在豎直方向上的合力向下所引起的飛機(jī)快速下降。一般失速分為大迎角失速和激波失速。由于激波失速在民用航空和通用航空比較少見(jiàn)，所以這里只針對(duì)大迎角失速。很多戰(zhàn)斗機(jī)在飛行時(shí)多多少少都會(huì)遇見(jiàn)失速，因?yàn)槭賻?lái)的副翼反效等意外情況，輕則改正退出，重則墜毀。對(duì)此出現(xiàn)了本裝置，它安置在飛行器主機(jī)翼的內(nèi)部空間，由一個(gè)高效空氣壓縮機(jī)和吹風(fēng)管道系統(tǒng)組成。當(dāng)飛機(jī)迎角太大，出現(xiàn)以外突發(fā)狀況或其他原因?qū)е嘛w機(jī)飛行時(shí)速低于臨界速度失速的時(shí)候，或者是即將達(dá)到了臨界失速角，此時(shí)就會(huì)被飛機(jī)上的傳感器所檢測(cè)到，反饋到飛行器的的主控中心進(jìn)行處理后啟動(dòng)此裝置，經(jīng)過(guò)加速的氣流流過(guò)氣流分離最嚴(yán)重的一面后補(bǔ)充氣流，使飛機(jī)重新獲得升力，舵面效應(yīng)重新啟動(dòng)，挽回失速失控的飛機(jī)。

飛行器在正常飛行時(shí)，舵面處于正常的工作狀態(tài)。氣流噴射裝置處在機(jī)翼的內(nèi)部空間中，減低飛機(jī)在飛行時(shí)的阻力。當(dāng)飛機(jī)低于臨界時(shí)速時(shí)或者是因?yàn)轱w機(jī)迎角過(guò)大引起的氣流分離致使飛機(jī)失速時(shí)，流經(jīng)翼表面的氣流會(huì)大大降低，此時(shí)會(huì)被機(jī)翼上的傳感器所檢測(cè)到。檢測(cè)傳感器分置于飛機(jī)主機(jī)翼的上表面以及飛機(jī)的重心處。機(jī)翼表面的傳感器是空氣流速傳感器，通過(guò)流速判斷是否為失速的氣流，而重心處的姿態(tài)傳感器會(huì)檢測(cè)到飛機(jī)姿態(tài)發(fā)出反向的舵面偏轉(zhuǎn)指令，用于平衡飛機(jī)的主姿態(tài)。機(jī)翼上表面的傳感器由于發(fā)生氣流分離，氣流速度自然會(huì)大大降低，達(dá)到設(shè)定值時(shí)氣流噴射裝置會(huì)由電傳動(dòng)傳動(dòng)而伸出，并由空氣壓縮機(jī)提供高壓氣流的方式迅速向外噴射高速空氣氣流，以彌補(bǔ)氣流分離所帶來(lái)的損失，此時(shí)放置在重心處的姿態(tài)傳感器早已經(jīng)檢測(cè)到飛機(jī)由于失速所導(dǎo)致的姿態(tài)問(wèn)題，舵面已經(jīng)處于反向偏轉(zhuǎn)狀態(tài)（只不過(guò)可能由于此時(shí)氣流速度未達(dá)到而沒(méi)有出現(xiàn)舵面效應(yīng)），與此同時(shí)使副翼表面也獲得了足夠的速度，達(dá)到可控的目的，從而挽回飛機(jī)。

前緣縫翼是安裝在基本機(jī)翼前緣的一段或者幾段狹長(zhǎng)小翼，是靠增大翼型彎度、延緩氣流分離來(lái)使升力增加的一種增升裝置。前緣縫翼因其具備成熟的應(yīng)用技術(shù)以及優(yōu)異的空氣動(dòng)力學(xué)性能而受到大多民航客機(jī)甚至是戰(zhàn)斗機(jī)的青睞，但是卻有著比較復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，帶來(lái)了金屬疲勞強(qiáng)度以及機(jī)械老化等一系列問(wèn)題。因此一定程度上講可以使用這種裝置結(jié)構(gòu)來(lái)代替前緣縫翼。對(duì)于中小型的民航運(yùn)輸機(jī)等，取代并去除掉前緣縫翼節(jié)省了機(jī)械結(jié)構(gòu)空間，降低了因機(jī)械疲勞而帶來(lái)的安全隱患。

除此之外，可伸縮的氣流噴射增升裝置采用單獨(dú)的控制系統(tǒng)，不受飛行員和飛機(jī)主控的控制，有著單獨(dú)的一套傳感器和計(jì)算機(jī)設(shè)備。聯(lián)系到進(jìn)來(lái)出現(xiàn)的航空安全事故，波音公司的操作系統(tǒng)和飛行員發(fā)生了人機(jī)對(duì)抗，最后導(dǎo)致了機(jī)毀人亡。飛行過(guò)程中失速情況事有發(fā)生，一旦發(fā)生失速，有時(shí)飛行員會(huì)無(wú)法準(zhǔn)確、有效的作出一套連續(xù)修正方法將飛機(jī)迅速?gòu)氖贍顟B(tài)下改出，即便開(kāi)啟了自動(dòng)駕駛或者是和飛行器的主控系統(tǒng)聯(lián)機(jī)，也避免不了會(huì)發(fā)生大大小小的錯(cuò)誤，而且一旦出現(xiàn)錯(cuò)誤則將會(huì)是致命的錯(cuò)誤。因此采用這種人機(jī)分離獨(dú)立控制的系統(tǒng)，相對(duì)安全系數(shù)而言也有著很大程度的革新提高。

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作者簡(jiǎn)介：王皓，男，出生年19970605，蒙古族，遼寧朝陽(yáng)喀左，本科在讀大三學(xué)生，本科，研究方向機(jī)械工程。