分享

飞行员报告:协和客机的超音速之旅

 hercules028 2019-05-14

英国航空公司最成功的“协和”客机航线是伦敦-纽约,每天有两个回程航班。正如机长迈克·班尼斯特在本文中所证实的,这种涡喷动力客机驾驶起来比普通客机复杂得多。虽然在某些情况下“协和”的操作程序大体上与其他客机一样,但是需要点燃加力燃烧室,进入超音速飞行……

起飞后开加力爬升的“协和”
起飞后开加力爬升的“协和”

飞行前准备

  通常情况下,我们会在起飞前一个半到两个小时到达希思罗机场,与其他客机机组一样完成所有准备工作。我们会了解目的地、经停机场和备降机场的天气情况,并根据这些因素考虑需要装载多少燃料。

  飞行计划人员会提前计算出我们需要的最低燃料,大约90-92吨就足以到达纽约并保留半小时余量,用于转移到备降机场降落。飞行员会最终决定是否要装更多额外燃料,但每增加一吨重量,我们就会因额外重量而消耗更多燃料。我们在希思罗机场多加的每一吨燃料,在抵达纽约时就只能剩下一半了。

  我们会在起飞前一小时登机。由于“协和”比传统喷气式客机复杂许多,我们必须在飞行前准备工作上至少花上一个小时。飞行工程师会对飞机进行外部检查,与此同时两名飞行员为起飞做准备:设置导航设备,检查所有系统并确保仪器正常工作。这些工作大家各忙各的,直到起飞前半小时,机组才会聚集在一起作为一个团队协同工作。一个人念检查清单,另两人根据清单确认已经完成了多少工作。起飞前十分钟,我们会得到最终舱单,告诉我们机上有多少乘客,坐在哪里,飞机装了多少燃料,是否装了货物等。

“协和”客机的三人机组,驾驶舱略显拥挤
“协和”客机的三人机组,驾驶舱略显拥挤

  “协和”为了减轻重量没有装备辅助动力装置(APU),和VC10客机一样。我们用地面高压空气和电源来启动发动机,我们会先启动两台发动机以生成自己的电力和空气供应,然后自行启动其他两台发动机。随着老式喷气式客机的退役,这种发动机启动方式变得越来越稀罕,因为现代客机已经把APU作为标配,并不需要气动启动装置了。

与现代客机相比,“协和”启动时需要更多的地面辅助车辆
与现代客机相比,“协和”启动时需要更多的地面辅助车辆

起飞

  我们从来没有获得任何特殊起飞优先权,和所有其他客机一样也需要排队起飞。当我们滑到跑道末端并获得起飞许可时,我们会做一些额外检查,包括预先打开加力燃烧室的开关——就在油门杆弧座后面。然后,无论我们的起飞重量如何,我们都会油门全推开启最大推力,这与其他客机完全不同。当“协和”驾驶舱中出现来自其他客机的飞行员时,他们总是会对这种战斗机般的操作感到震惊。他们已经习惯根据起飞重量计算所需推力,轻柔推油门以免引起发动机过载。“协和”的起飞噪音非常巨大,我们在每次起飞中都会根据重量、气温和风速进行复杂操纵,来降低噪音,最佳方法在尽可能短的时间里加速到尽可能快的速度。从希思罗起飞时,发动机加力燃烧室会持续工作约一分十秒。当发动机推力约75%时,加力会自动开启,此时滑跑速度是65-70节(120-130公里/小时),当速度增加到100节(185公里/小时)时,所有四台发动机会全部进入加力状态,这也是飞行工程师需要检查的一件事。

加力全开高速滑跑的“协和”
加力全开高速滑跑的“协和”

  飞机在跑道滑行时很容易保持直线,因为它有一个巨大的垂尾。100节时检查发动机状态,如果我们在V1决断速度之前遭遇一台发动机失效,我们仍可在跑道剩余长度内停下来。如果V1之后单发故障,那就只能硬着头皮起飞了。实际上V1会根据起飞重量变化,我们要在起飞前确定V1,这样机组人员就知道如果在V1之前或之后遭遇发动机故障,飞行员将要做什么了。最大起飞重量下的V1通常约为165节(305公里/小时),一旦超过这个速度,无论发生什么事情我们都会继续加速,直到达到约190节(352公里/小时)的抬前轮速度,此时飞行员会拉杆把机鼻抬起到约13度。

  “协和”在气动设计上也与其他客机不同,除了机翼产生的升力外,三角翼还能产生很强的涡升力,高度后掠的机翼前缘在迎角姿态下会产生两个旋转涡流。

“协和”起飞时机翼前缘的涡流
“协和”起飞时机翼前缘的涡流

  我们直到约215节(398公里/小时)才能升空,明显快于普通客机。最大重量起飞的滑跑距离约为2800米。希思罗机场两条主跑道分别长3902米和3658米,我们一般会用完四分之三长度。如果我们在起飞后遇到问题并希望返回希思罗机场,就必须紧急放油了。“协和”的最大着陆重量比最大起飞量轻了足足70吨。

  升空后,“协和”要尽可能快地爬升,因为英国空管规定任何低于3000米高度的飞机速度都不能超过250节(463公里/小时)。我们总是试图让空管解除这个限制,这样“协和”就能以400节(740公里/小时)的最佳爬升速度爬升了。当速度超过250节时,飞机的机鼻和遮阳板会升起。

“协和”的可动机鼻
“协和”的可动机鼻
“协和”的可动机鼻

向超音速冲刺

  我们以最直接的航线向超音速起始航点飞去,这个阶段会以0.95马赫的速度飞行,随着阻力的减小,飞行效率会随之提高。进入超音速的最佳高度是8500米,而此时其他客机则在继续缓慢加速与爬升,最终在10700米高度达到约0.84马赫的正常巡航速度。离开希思罗机场后,我们花17-18分钟飞到斯旺西东南部的布里斯托尔海峡,在这里开始向超音速冲刺。同样,在进入超音速前必须做一系列检查。

  “协和”飞机拥有自己的北大西洋航线——Sierra Mike,Sierra November和Sierra Oscar。其他客机在跨大西洋飞行时会选风向最有利的航线,更高的巡航高度意味着风向对“协和”的影响要小得多,所以我们无需为避免逆风和追逐顺风而烦恼。虽说如此,驾驶“协和”进入高空急流仍能创造纽约-伦敦的最快飞行纪录。一年中某些时候,特别是十一月到一月之间当高空急流与我们北大西洋航线相吻合时,我们每天都会利用这股强劲顺风,创下2小时52分59秒的最快东行纪录,而典型耗时是3小时12分-3小时15分。我们总是会在时刻表上说需要3小时20分钟,让我们看起来总是能够提前抵达,给人留下谨慎承诺,拼命做事的好印象。我从肯尼迪国际机场到希思罗机场最快的时间是2小时54分钟35秒,我还保持了从伦敦到纽约间3小时6分钟的最快纪录。

“协和”超音速飞行的唯一照片,由一架“狂风”战斗机拍摄
“协和”超音速飞行的唯一照片,由一架“狂风”战斗机拍摄

  当我们抵达超音速航点时,会向空管请求爬升,然后我们会油门全开再次开启加力以突破音障。这是一个高阻力速度区域,从0.95马赫到大约1.7马赫的阻力会更高,所以我们需要加力燃烧室产生的额外推力。这次加力将持续8-9分钟,在发动机变得足够高效后关闭,一般来说这个速度大约是1.7马赫。迄今为止,“协和”仍然是唯一一种不开加力就能从1.7马赫加速到2马赫,同时继续爬升的飞机。

  突破音障没有任何感觉,飞行非常平滑。驾驶舱内唯一能察觉的迹象是当激波通过机身表面的传感器时,垂直速度表会不规律地乱跳3-4秒。在此过程中乘客能注意到的唯一感觉是发动机成对开启加力时,椅背会传来两次轻微推背感。

  除了解决突破音障的阻力问题外,“协和”客机还需要解决超音速飞行的升力中心后移问题。在跨音速飞行时,“协和”客机的升力中心会随速度增加而后移。为了抵消这种情况,飞行员需要偏转机翼后缘的升降副翼,但这样做会产生更大配平阻力。“协和”客机的设计师意识到了这个问题,通过将飞机前部油箱的燃料泵送到后部油箱,使重心以相同速度后移,这意味着无需偏转控制翼面,不会产生配平阻力。从0.7马赫开始,10吨燃料将从靠近机鼻的油箱转移到垂尾下方的另一个油箱中。

“协和”的重心调节系统
“协和”的重心调节系统

  当我们加速到1.3马赫时,另一个聪明的设计开始发挥作用。罗尔斯·罗伊斯/斯奈克玛“奥林巴斯”发动机无法吞入速度超过434节(804公里/小时)的空气,因此需要对进气减速。每个3.35米长的进气口内都有两个斜板,被设计用于产生激波,降低进气速度。由于斜板的定位非常敏感,所以由民航客机装备的第一台数字计算机控制。随着空气在减速同时也被压缩,所以需要膨胀以匹配发动机外部的空气压力。“协和”动力系统产生的推力一半是进气道产生的,空气在这里被减速、压缩、加速并再次膨胀。如果没有斜板,“协和”将无法超越1.3马赫。

“协和”的进气道/发动机系统
“协和”的进气道/发动机系统

进气道斜板位置会根据速度自动调节
进气道斜板位置会根据速度自动调节

超音速巡航

  “协和”会在大约15200米高度加速到2马赫,此时随着燃料的消耗,机身逐渐变轻而推力保持不变,所以飞机会缓慢爬升。“协和”最快的速度是2.04马赫,这也是最大允许速度,只有在我们冲入一个冷空气团中才能飞到这个速度,但此时自动驾驶仪会采取措施降低速度。“协和”在设计上能承受2.2马赫的巡航速度,但这种速度将导致机身蒙皮温度升高,把巡航速度降到2马赫意味着会产生更少的金属疲劳问题。

“协和”在超音速的时候,由于热胀冷缩机身将拉长300毫米,热胀间隙最大的地方是随机工程师的工作台和舱壁之间,所以所有“协和”在退役前的最后一次飞行中,随机工程师都把自己的帽子放在这个缝隙里
“协和”在超音速的时候,由于热胀冷缩机身将拉长300毫米,热胀间隙最大的地方是随机工程师的工作台和舱壁之间,所以所有“协和”在退役前的最后一次飞行中,随机工程师都把自己的帽子放在这个缝隙里

  其他客机一般以固定高度飞越大西洋,而“协和”飞机被允许在一个高度区间内飞行,一般是15200-18300米。我们将以2马赫(2173公里/小时)的速度飞行两小时,每分钟飞行37英里。你可以在桌板上立起一枚1英镑硬币,飞机在两倍音速压坡30度转弯时都不会倒,飞行非常平滑。

  万一此时有乘客突发重病或飞机遭遇机械故障,“协和”无法继续前往纽约怎么办?与普通客机相同需要紧急降落。但由于“协和”的飞行速度是普通客机的2倍以上,所以我们在紧急备降前必须在一半时间内考虑前方两倍距离的情况。所以选拔“协和”的空勤人员时,我们总是在寻找既能驾驶“协和”从A地安全飞到B地,又有能力应对突发意外的人。

  遭遇上述紧急情况时,机组三名成员之间会进行讨论,在飞行员机长的领导下及时做出反应。准备越充分,状况发生时做出决定所需的时间就越少。

  备降机场的选择主要根据其跑道长度,“协和”客机可以在任何能降落波音747的机场降落。这些都是基础设施良好的机场,能让突发疾病的乘客迅速就医。典型备降机场有爱尔兰香农机场、加拿大纽芬兰的圣约翰斯机场、康涅狄格州布拉德利国际机场、新泽西州纽瓦克机场,但由于噪音限制我们无法备降波士顿机场。如果我们在大西洋上空飞了三分之二航程,得知纽约机场因大雪或其他原因被关闭,首选备降机场是华盛顿杜勒斯国际机场,它也是“协和”的目的地之一。

  一般来说在飞往纽约的“协和”航班上,你在减速下降之前会飞到17700米的高度,距离美国海岸80公里之前我们必须减速到亚音速。在放慢速度时,拖在“协和”身后约48公里长32公里直径的音爆锥会逐渐缩小。我们会放慢速度以适应正常降落航线,下降到3000米时需要减速回250节。话虽如此,如果周围没有任何其他客机,我们会飞得更快些。

超音速飞机音爆锥示意图
超音速飞机音爆锥示意图

进近降落

  后掠翼飞机的飞行员可以通过放下机翼后缘襟翼和前缘缝翼来降低速度,“协和”飞机没有这些,所以只能依靠增大迎角来低速飞行,更大的迎风面积会产生更大的空气阻力。但这样机鼻高高扬起会遮住飞行员的视野,无法看到跑道。这就是为什么“协和”飞机具有可动机鼻的主要原因 :为了在起降中使飞行员看清前方。“协和”在最后进近中的迎角可达11-12度,而普通客机是2-4度。这是一个很大的不同。

“协和”的大迎角接地
“协和”的大迎角接地

  我们的进近速度为190节(352公里/小时),比其他客机的约120节(222公里/小时)要快得多。我们飞得越慢,就越需要增大迎角来提高升力,但更大的迎风面积会增加更多阻力,就像是飞行的电熨斗。下降到240米时我们将减速到160节(296公里/小时),这也是正常接地速度,比其他客机的110-120节(203-222公里/小时)再次高出不少。

  这种操作也被称为降噪进近,是最有效和最安静的。这是我们首选的进近方式,唯一的缺点是如果前方有客机在降落,我们就会在进近中超过他们。空管必须适应“协和”的特殊降落方式,当时他们指挥得很好。我们有时必须提前减速,以避让前方缓慢飞行的客机。

  仪表能准确显示主轮相对地面的高度,但仍要由飞行员来判断主轮该在跑道的哪处平稳接地。当我们即将降落时,我们仍在以160节的速度和每分钟259-274米下降率飞行。当主轮接地时,机翼将失去约90%的升力,会迫使机鼻下沉。而我们必须坚持拉杆保持前轮抬起,利用机身阻力迅速减速。而普通客机的飞行员在主轮接地后就能立即让前轮接地,而我们必须在减速到足够慢之后才能让前轮接地。由于前所未有的降落速度,“协和”成为了第一种拥有碳纤维刹车盘的民航客机,并装备了非常有效的反推系统,使我们可以在比747略远的地点停下来。

“协和”客机的蛤壳式反推装置
“协和”客机的蛤壳式反推装置

  接下来就是滑向航站楼。“协和”的前起落架位于机鼻后方9米处,也就是客舱第五排座椅下方。所以我们会滑到滑行道右侧边缘,然后才向左转弯。滑行时,我们会关闭四台发动机中的两台,即便如此在重量很轻的情况下,“协和”也一直在加速,我们不得不经常刹车。来到航站楼后,我们将处于乘客关怀模式。在驾驶舱门外面向所有顾客打招呼并告别。

罕见的“协和”四机编队
罕见的“协和”四机编队

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多