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转载:一些速度变化关系背后的逻辑和原理

2021-01-10  秋天枫叶...
3系飞行员
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曾经听一位前辈说过,签派这个专业的知识如果往深了研究的话,基本上都落在了情报和性能这两个领域。

从我个人工作以来的感受来说,先不说情报,性能的相关知识确实比较让人头疼。

其它知识点吧,从执照考试到后面一次次排查再加上单位里大大小小的考试,经过时间的积累,基本上都快烙在脑子里了。

但是性能方面的知识,说的夸张一点,每次看都跟第一次见面一样。

一方面是因为在日常工作中用到的性能知识比较有限,内容单一,深度也不够;另一个方面是因为依靠机械记忆来学习性能知识的效果非常差,如果只是死记硬背不明白原理的话,各种知识点在脑子里迟早搅成一锅粥。

通过一篇文章把这些知识点捋清楚显然是不可能的,今天咱们先简单说一些速度变化关系背后的逻辑和原理。

速度与速度的关系

1.V1≤Vmbe

Vmbe是最大刹车能量速度,V1要小于等于VMBE很好理解,如果飞机在V1时中断起飞,需要在跑道末端之前完全停下来,这个过程中刹车不能超过其所能吸收的最大能量。

所以需要确保最大刹车能量速度大于V1。

2.V1≥Vmcg

Vmcg是地面最小操纵速度,这个叫法有一定的误导性,不是说只要在地面可以正常操纵的速度就一定大于这个速度。

Vmcg的定义是在起飞滑跑时,当关键发动机失效,仅依靠偏转舵面就可以使飞机保持控制。需要注意的是,这时控制飞机使用的是舵面而不是前轮转弯。

因此只有飞机达到一定速度的时候,才能依靠舵面与空气的相互作用来控制飞机,而这个速度的最小值就是Vmcg。

V1≥Vmcg是为了确保飞机在V1关键发动机失效时,如果继续起飞,飞行员可以只依靠操纵舵面来控制飞机保持航向。

3.VR≥V1

VR是抬前轮速度,VR要大于等于V1很容易理解。飞机在V1时可以中断起飞,也可以继续起飞,而在V1之前必须中断起飞,在V1之后则必须继续起飞。

抬前轮意味着飞机将继续起飞,因此VR肯定出现在V1或之后,再加上两个速度之间的过程是加速过程,因此VR必然大于等于V1。

4.V2>Vmca

Vmca是空中最小操纵速度,是飞机在空中能保持直线飞行的最小速度。

V2是起飞安全速度,在这个速度下,飞机除了能够保持直线飞行,还要具备一定的单发爬升能力,因此V2必然大于Vmca。

实际上,经验证的结果是V2≥1.1Vmca。

5.VR>Vmca

VR之后飞机开始离地,为确保飞机离地后一发失效仍能保持直线飞行,因此VR需大于Vmca,实际上经验证计算,VR≥1.05Vmca。

6.Vmca>Vs

Vs是失速速度,飞机在任何情况下飞行都不能低于该速度 ,相当于飞行速度的低限,而Vmca是飞机可以保持直线飞行的最小速度,因此Vmca要大于Vs,在FAR25中规定Vmca≥1.2Vs。

7.Vlof≥VR

Vlof是离地速度,是飞机在抬前轮速度VR时,迅速抬头到离地时所得到的速度,因此Vlof肯定在VR之后获得,再加上它们之间是个加速过程,因此Vlof一定大于等于VR。

8.V1>Vef

Vef是起飞关键发动机失效速度。

发动机在Vef故障失效时,飞行员从识别判断故障到做出第一个动作的时间为1秒,因此可以说Vef之后1秒为V1。

因为Vef与V1之间是加速过程,所以V1肯定大于Vef。

速度与高度的关系

1.Vs随着高度的增加而增加

Vs是失速速度,是飞机保持飞行的最小速度。随着高度增加,空气密度减小,飞机需要更大的速度才能产生足够的升力来保持飞行,因此Vs随着高度的增加而增加。

2.Vmca随着高度的增加而减小

空中最小操纵速度Vmca是指在关键发动机失效时,机组通过踩满舵刚好使飞机可以按原航向飞行的速度。也就是说这个速度是可以让飞机通过控制舵面与空气之间相互作用而保持飞机航向不受单发失效影响。

如果我们从另一个角度来看这个问题,当关键发动机失效时,导致飞机发生偏转的原因有两个:一是失效发动机一侧所受到的阻力,二是正常工作发动机一侧所产生的推力。

随着高度增加,空气密度减小,失效发动机一侧所受阻力减小,正常发动机一侧所产生的推力也减小,这两种变化都是有利于飞机保持原来航向。

因此随着高度的增加,飞机通过方向舵与空气相互作用力来保持原来航向所需要的速度,也就是Vmca,会越来越小。

速度与重量的关系

Vmca/Vmcg随着重量的增加而减小

简单来说,Vmca/Vmcg都是飞机一发失效之后能够继续保持原来航向飞行/滑跑的的最小速度。

随着重量的增加,飞机的惯性也会越来越大,这会更有利于飞机在一发失效之后继续保持原来的航向飞行/滑跑,从而对通过方向舵与空气相互作用来保持原来航向的需求越来越小。

而方向舵与空气之间的相互作用力是通过飞机速度来获得的,这个速度的最小值就是Vmca/Vmcg,因此Vmca/Vmcg会随着重量的增加而减小。

速度与推力的关系

Vmca/Vmcg随着推力的增加而增加

很多人会觉得,飞机在一发失效之后不利于其保持原来航向飞行的主要因素是失效发动机一侧产生的阻力,其实并不是这样。

真正对其影响最大的因素是正常工作发动机一侧产生的推力,这个推力越大,飞机越容易偏转,也就越不容易保持原来的航向,就越需要更大的速度来使方向舵与空气之间产生更大的作用力来平衡这个力矩,从而保持原来航向飞行。

因此在其他条件相同的情况下,飞机的推力越大,当其一发失效时,为保持航向所需要的速度就越大,也就是Vmca/Vmcg就越大。

这个速度推力关系会导致一个比较奇葩的现象,就是在一些短跑道上,大推力飞机的最大起飞重量反而小于小推力飞机。

这是因为在短跑道上起飞,V1通常会比较小,但是由于推力大的飞机Vmcg大,根据前面我们说过的速度之间的关系V1≥Vmcg,这就要求V1也得相对大一些。

但是在短跑道上起飞,如果V1大了很容易导致飞机中断起飞后冲出跑道,这样的话只能减轻飞机重量。

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