失速區
在流體動力學中,失速是隨著迎角增加而由產生的升力係數的減小。當超過臨界迎角時,會發生這種情況。臨界迎角通常約為15度,但根據流體和雷諾數不同,它可能會有很大變化。
由於飛行員增加機翼的攻角並超過其臨界迎角(可能是由於降級低於水平飛行中的失速速度),固定翼飛行中的失速通常會隨著升降機的突然減小而經歷。一個攤位並不意味著發動機停止工作,或者飛機停止移動 - 即使在沒有動力的滑翔機中也是如此。載人和無人駕駛飛機的推力用於超越失速極限,從而引起後失速問題。
由於失速是與航空有關的最常見的問題,我們主要討論涉及飛機的失速,特別是固定翼飛機。
失速是空氣動力學和航空中的一個條件,其中攻角增加超過某一點,使升力開始下降。這種情況發生的角度稱為臨界迎角。這個臨界角度取決於機翼的翼型部分或輪廓,其平面形狀,其縱橫比和其他因素,但是對於大多數情況,相對於進風(“相對風”)通常在8至20度的範圍內亞音速翼型臨界攻角是對升力係數與最大升力係數出現角攻角曲線的攻角。
流動分離開始發生在小的迎角,而附著在機翼上的流動依然占主導地位。隨著迎角的增加,機翼頂部的分離區域的尺寸會增加,並阻礙機翼產生升力的能力。在臨界的攻角下,分離的流動是如此重要,以致額外的攻角增加產生較少的升力和更多的阻力。
攤位期間的固定翼飛機可能會遇到震動或態度改變。大多數飛機的設計都有一個逐漸失速的特徵,它會警告飛行員,並給予他或她的時間作出反應。例如,在攤檔之前不自助的飛機可能安裝有聲音報警器或安裝了搖桿,以通過振動前後搖擺來模擬自助餐的感覺。對於給定的條件,“自助邊際”是指給定水平的自助餐可以施加的“g”數量。只有在低空速時,才能在穩定的直線和水平飛行中達到臨界迎角。在更高的空速下增加攻角的嘗試可能導致高速失速或者只能使飛機上升。
飛機進入失速狀態時的任何偏航可能導致自轉,這有時也被稱為“旋轉”。由於空氣在失速期間不再順利地流過機翼,所以副翼的控制變得不那么有效,同時副翼產生不利偏航的趨勢也增加。這種特性增加了從前進翼的升力,並增加了飛機進入旋轉的可能性。
過失速區飛機敏捷性評估
隨著全方位近距空空飛彈的出現,離軸發射能力的提高,近距空戰範圍在逐漸向低速甚至失速範圍擴展。尤其是在近年來發展的近視距空中格鬥中,飛機的作戰效能主要取決於過失速狀態下的飛機性能及飛行品質。因此,過失速機動技術已成為當前各國在戰鬥機改裝、研製和設計中頗受重視的熱點之一。
在近距格鬥過程中,可離軸發射的全方位飛彈的軸線無需精確對準敵機,只要目標在射程之內和一定離軸發射角之內,就有一定等級的殺傷機率。因此,利用過失速機動,飛機可儘早取得角度優勢,使得敵機儘早進入離軸發射角範圍,以獲得更多更快以致更久的攻擊敵機的機會,提高空戰效能。可見,在提高戰鬥機敏捷性諸多措施中,最為有效的是採用過失速機動。
過失速機動具有兩個明顯特點:一是機頭指向目標迅速;二是迅速轉彎機動。
過失速區極限環振盪
眾所周知,飛機在大迎角下的氣動導數會變為非線性的,尤其在接近和超過臨界迎角的區域,即所謂失速和過失速區,升力曲線會呈現出明顯的非線性,有時力矩特性也為非線性的。有關研究表明,當過失速區的負升力線斜率足夠大時,飛機在特定的初始狀態下,會出現舵面固持下的所謂“搖擺座椅”或“前後振盪”現象,即存在縱向極限環振盪。