再谈Vs失速速度丨飞机的各种速度

在2021年曾总结过关于失速速度的一些知识点，最近又学习到了一些，在上篇的基础上做个补充。

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Stalling Speed失速速度

大家都知道飞机的升力是迎角、速度的函数。

L=1/2ρV²S·CL

对于给定的飞机重量下，迎角变小，升力下降。

对于给定的速度下，迎角增加，升力增加。

失速速度越小越好。

在较低的迎角下，机翼上表面的气流模式保持平稳，但随着迎角的增加，机翼越来越难以保持平稳流动。在某个角度下，机翼将开始经历气流分离。这种分离会产生湍流尾流，尾流会撞击水平尾翼或机身，造成飞机明显的抖动，称为抖振。

抖振是即将失速的一个自然告警，如果仍继续保持该状态就会失速。

当飞机减速，升力降低，为了继续产生支撑重量的所需升力，有必要增加迎角用以增加升力。但迎角不能一味地增加，超过某个迎角后，气流开始从翼型上分离，升力系数增加到最大升力系数(CLmax)，并在迎角增加超过某个值时，突然减小。如果被压到更高的迎角，气流将继续恶化，最终完全分离，使机翼无法产生足够的飞行升力。升力的完全损失被称为失速。

V_IB-initial buffet speed defined

抖振第一次变得明显的速度被称为V_IB，这个速度必须通过飞行测试来确定。

他的意思是，在发生抖振时，会通过安装在飞行员座椅轨道下的加速度计测量这种类似于洗衣板的波浪形垂直震荡加速度。

V_{s FAR}-the FAR stalling speed

当我们发生抖振后，继续减速，就会失去升力，在某个时刻，飞行员会认为飞机完全失速，然后随着气流重新附着到机翼上表面，降低飞机的俯仰姿态，以恢复正常飞行。

在此试验期间，记录的最小速度被称为V_{s FAR}

V_{s 1-g} -the 1-g stalling speed

20世纪80年代中期，从B767-300开始，一个新的更精确的失速速度定义应运而生。在此测试中记录数据出现了n（过载系数），该数据是通过垂直加速度计测量的。

这时在测试中不再假设失速期间升力等于重量（即n=1）。现在我们在计算CL时考虑实际垂直加速度

在这里我们可以看到，当飞机接近失速时，机翼不再支撑飞机的全部重量，过载系数n下降，升力不再等于重力。当过载系数突然开始下降时，升力开始下降。在恢复之前，n的数值在0.7-0.75之间。

从图我们也可以看出，V_{s 1-g}比V_{s FAR}速度大，一般大6%-8%。

所以V_S=0.94V_s1g，这个公式就是这么来的。

1. 重心
   

在飞行中，飞机受到四个力的作用：推力、阻力、升力、重力。

在垂直方向上，飞机的作用力：升力=重力。

重力的作用点为重心，机翼产生的向上的升力作用在升力中心上，此两点并非为同一点。因此，飞机通过尾部安装的水平尾翼产生向下的升力来保持平衡。

如果飞机的重心靠前，两个中心点就会产生很大的力矩，从而水平尾翼需要一个较大的向下俯仰力矩。

如果飞机的重心靠后，同理，两个中心点距离变小，产生的力矩变小，水平尾翼需要较小的向下俯仰力矩。

因此，由于飞机重量一定，在后重心条件下，机翼提供的升力会小于前重心所需升力。

对于给定的重量，升力系数增加，迎角增加。

对于初始抖振，无论重心位置如何，失速都会发生在相同的迎角上。因此，可以清楚地看到，飞机前重心上的抖振和失速速度会比后重心上更大。

失速速度越小越好，因此前重心更不利。

2.推力

当飞机的接近失速时，迎角增加，发动机的推力将有一个很小的垂直分量来抵抵消垂直方向上的重力，从而机翼产生的升力减小。

3.高度

海拔越高，空气密度越低，所以飞机的重力越小，从而升力越小。其影响较小。

4.重量

飞机的机翼在一定程度上是灵活的。在较高重量时，机翼的弯曲量将比较低重量时更大。这改变了机翼弯曲和扭转时的升力分布，导致在较高重量时的失速升力系数略低，从而重量越大，失速速度越大。

5.过载系数n

n=L/W

当飞机为了转弯而进入倾斜角时,转弯的飞机必须产生比飞机重力更大的升力。升力的垂直分量必须等于重力。

所以，在转弯时，飞机的过载系数n=1/cosφ

无论是在转弯还是在平直飞行中，机翼都会以相同的迎角失速。但是，转弯时失速的速度会高于平直飞行。

出于安全的考虑，无论何时以相对较低的速度飞行，都必须对飞行员立即发出足够的警告。

1.抖振

自然失速警告，通过安装在飞行员座椅轨道下的加速度计测量0.1垂直震荡加速度。

2.抖杆

人工失速警告，是一种添加到飞机上的机械设备，当飞机的迎角接近失速迎角时，它会警告飞行员即将失速。当失速警告启动时，抖杆使飞行员感受到非常明显的抖动。

以上两个警告，都必须在V_{s FAR}上增加至少7%的裕度，在V_{s 1-g}上增加3%或3节的CAS裕度。

失速改出方法可参考“失速改出”