飞行原理（第二版） 课件 第8章 特殊飞行

特殊飞行第8

章0204目录CONTENTS0506078.1

失速和螺旋8.2

在扰动气流中的飞行8.3

在积冰条件下的飞行8.4

低空风切变8.5

“吃气流”8.6

飞机的操纵限制速度8.7

空中一台发动机失效后的飞行03018.1失速和螺旋8.1.1失

速飞机失速的产生失速是指飞机迎角超过其临界迎角，不能保持正常飞行的现象。飞机失速的根本原因是飞机的迎角超过其临界迎角。因此，失速可以出现在任何空速、姿态和功率设置下。失速⼀般可分为带动力（或无动力）失速和水平（或转弯）失速。失速警告1

）自然失速（气动）警告飞机接近临界迎角时，由于机翼上表面气流分离严重，会表现出⼀些接近失速的征兆。主要表现为飞机以及驾驶杆和脚蹬的抖动，飞机有一种操纵失灵的感觉。2）人工失速警告现在的飞机都安装了人工失速警告。主要形式为：失速警告喇叭、失速警告灯、振杆器。3.

失速速度飞机刚进入失速时的速度，称为失速速度，用

vs

表示。可以根据飞机迎角的大小来判断飞机是否接近失速或已经失速。不管什么飞行状态，其失速速度的大小均应根据载荷因数（ny

）来确定。由上式可知，飞机重量增加，失速速度增大；放下襟翼等增升装置，飞机的最大升力系数增大，失速速度相应减小；不同飞行状态下的失速速度是平飞失速速度的 倍。飞机在水平转弯或盘旋中，随着坡度的增大，载荷因数增大，对应的失速速度也增大。8.1.1失

速8.1.1失

速盘旋失速速度与平飞失速速度的比值3.

失速速度在不同坡度时，盘旋失速速度与平飞失速速度的比值：4.

失速的改出飞机失速是由于迎角超过临界迎角。因此，不论在什么飞行状态，只要判明飞机进入了失速，都要及时向前推杆减小迎角，当飞机迎角减小到小于临界迎角后（一般以飞行速度大于1.3

vs

为准），柔和拉杆改出。在推杆减小迎角的同时，还应注意蹬平舵，以防止飞机产生倾斜而进入螺旋。8.1.1失

速飞机的失速1.

螺旋的原因螺旋是由于飞机超过临界迎角后机翼自转引起的。在螺旋形成前，一定会出现失速。失速是协调的机动飞行，因为两个机翼失速程度相同或几乎相同，而螺旋则是两个机翼失速不⼀致的不协调的机动飞行。在这种情况下，完全失速的机翼常常先于另一个机翼下沉，机头朝机翼较低的一边偏转。8.1.2螺

旋飞机迎角大于临界迎角，飞机滚转时两翼的升力系数变化飞机迎角小于临界迎角，飞机滚转时两翼的升力系数变化2.

螺旋的阶段在轻型训练飞机上，完全的螺旋由三个阶段组成：初始螺旋、螺旋的形成和螺旋的改出。8.1.2螺

旋螺旋的阶段螺旋中的作用力3.

螺旋的改出螺旋是飞机失速后机翼自转产生的，因此改出螺旋的关键在于制止机翼自转和改出失速。改出失速只要推杆使迎角小于临界迎角即可。制止机翼自转的有效办法是向螺旋反方向蹬舵。改出螺旋的基本操纵方法是：首先蹬反舵制止飞机旋转，紧接着推杆迅速减小迎角，使之小于临界迎角；当飞机停止旋转时，收平两舵，保持飞机不带侧滑；然后在俯冲中积累到规定速度时，拉杆改出，恢复正常飞行。8.1.2螺

旋8.2在扰动气流中的飞行水平阵风形成的颠簸垂直阵风形成的颠簸飞机飞过地表面受热不均匀和地形起伏的上空、暖锋与冷锋的交界面、积雨云或浓积云，受到不稳定气流（即阵风）作用，使迎角、侧滑角和相对气流速度改变，进而引起作用于机的空气动力及其力矩发生变化，空气动力及其力矩的变化又引起飞机的平衡和载荷因数的变化，从而使飞机产生颠簸。8.2.1

颠簸的形成垂直阵风引起飞机的迎角和升力的变化水平阵风引起的飞机升力变化1

.

阵风载荷因数载荷因数（n）就是飞机所受外载荷（R）与飞机重力（W）之⽐。1

）水平阵风作用下的载荷因数飞机在平飞中遇到水平阵风时，载荷因数（

ny

）为：载荷因数变化量（△ny

）为：2）垂直阵作用下的载荷因数当飞机在平飞中遇到垂直阵风时，载荷因数（

ny

）为：载荷因数变化量（

△ny

）为：8.2.2

阵风载荷因数和颠簸强度等级的区分2.

飞机颠簸强度等级的区分飞机颠簸的强度通常根据飞行状态变化的程度来确定，即用感觉和目测来划分飞机颠簸强度的等级。8.2.2

阵风载荷因数和颠簸强度等级的区分飞机颠簸强度的等级1

.

平飞最小允许速度和平飞最大允许速度的变化以抖动迎角平飞所对应的平飞抖动速度就是平飞最小允许速度。若只要求飞机不失速，而允许飞机迎角超过抖动迎角，显然，这时的最大允许迎角就是临界迎角，平飞最小允许速度就是平飞失速速度。在扰动气流中飞行，为了避免飞机迎角超过抖动迎角或临界迎角，平飞最小允许速度应该大于平飞抖动或平飞失速速度。向上垂直阵风越强，迎角增加越多，为了飞机迎角不超过抖动迎角或临界迎角，平飞最小允许速度应该比平飞抖动速度或失速速度大得多。为了使飞机承受的载荷因数不超过最大允许使用载荷因数，以保证飞行安全，飞机平飞的最大允许速度就应减小。8.2.3

扰动气流中飞行的特点8.2.3

扰动气流中飞行的特点飞行速度选择在扰动气流中飞行，必须选择适当的飞行速度，飞行速度既不能过大也不能过小，一般应选择机动速度（vA

）。最大飞行高度的限制为了保持足够的升力系数裕量，就要限制飞行高度的增加。所以颠簸飞行的最大高度比平稳气流飞行的最大高度应低⼀些，以保证安全。4.

操纵特点①

在颠簸气流中飞行，除了会产生机动载荷因数外，还产生阵风载荷因数。②一般飞机在迎角达到最大允许迎角时仍具有较好的纵向稳定性和侧向稳定性。③

遇到较大颠簸气流时，飞机偏差较大，而飞机本身的稳定力矩不能使飞机完全恢复平衡状态，这时飞行员应手脚一致，随着飞机颠簸趋势，适时适量地操纵杆舵进行修正，动作要柔和；注意飞行仪表反映的飞机状态的延迟误差，尽可能减小舵面偏。④

飞机接近升限飞行时，由于迎角已接近最大允许迎角，飞机在扰动气流中飞行的性能变差。⑤

飞机一般不宜在中度颠簸以上的扰动气流中飞行，如果飞行区域有中度颠簸以上的扰动气流，应根据情况，改变飞行时间，或采取绕飞、改变飞行高度的方法，脱离颠簸。⑥

若飞机误入强烈颠簸区，此时不要力求准确地按高度和速度保持飞机的起始状态，更不要急剧改变坡度和粗猛用杆，而应按地平仪的平均指示，采用“

半握盘式”

操纵飞机进行飞行。8.2.3

扰动气流中飞行的特点8.3在积冰条件下的飞行飞机容易积冰的部位是机翼、尾翼、螺旋桨叶、发动机进气道前缘、风挡、空速管、天线等。由于云中含水量、水滴大小、冷却冻结程度以及飞行速度大小不同等原因，飞机上聚积的冰层在结构、附着强度和外观上也各有不同，最常见的有毛冰（楔形冰）、混合冰和明冰（双角冰）等。8.3.1

飞机容易积冰的部位和常见的冰层类型冰层的常见类型机翼积冰，既影响附面层内气流的流动，又改变了机翼原来形状，破坏机翼的流态，使升力系数曲线斜率减小，阻力系数增大，同一迎角下的升阻比变小，机翼的最大升阻比降低。机翼积冰后，飞机将在更小的迎角发生气流分离，致使临界和抖动迎角变小，最大升力系数和抖动升力系数随之降低。总之，机翼积冰使飞机的空气动力性能变坏。8.3.2

机翼积冰对飞机气动性能的影响平尾积冰，平尾的正、负临界迎角的绝对值急剧减小，保证飞机具有正常俯仰静稳定性和正常升降舵效能的飞行范围也随之大大缩小。垂尾积冰，与平尾一样，会使垂尾的临界侧滑角减小，当侧滑角超过垂尾临界侧滑角时，垂尾侧力急剧减小，使侧向操纵性变差，甚至出现反常操纵。在舵面偏转的情况下，机翼、尾翼前缘积冰，舵面可能出现过补偿，引起操纵异常。8.3.3

尾翼积冰对飞机力矩平衡、稳定性和操纵性的影响平尾前缘积冰对升降舵枢轴力矩的影响飞机积冰后，阻力增大，平飞所需功率或所需拉（推）力增加，平飞最大速度、上升角、上升率和上升限度均减小。在起飞中，机翼表面以及襟翼前缘积冰时，不仅飞机的空气阻力显著增大，且在相同迎角和速度下，飞机升力比不积冰时小，使起飞滑跑过程中的摩擦阻力增大，其结果是飞机加速力减小，起飞滑跑距离大大增长。离地后，因机阻力增大，剩余功率或剩余推力减小，飞机加速到安全速度的时间增长，起飞后的爬升梯度也减小，增加了越障的困难。飞机积冰后，将使小时燃料消耗量和公里燃料消耗量增大，飞机续航性能变差。8.3.4

积冰后飞机飞行性能的变化飞行前，应仔细研究航线上特别是起飞和着陆机场区域的气象情况，如云、降水和气温分布情况，特别是

0°C、－2°C、－8°C

和－20°C

各等温线的位置。现代飞机，一般都在易积冰的部位装有防冰装置，飞行前，应仔细检查这些防冰装置工作是否良好。在积冰条件下飞行，对使用涡轮螺旋桨或涡轮风扇等发动机的飞机，应及早持续地接通进气口、进气导向叶轮及螺旋桨等防冰装置。如果发动机进气口已积冰，对多发动机飞机，不要马上接通所有发动机防冰装置，可先接通一台或成对两台发动机的防冰装置。装涡轮螺旋桨或涡轮风扇发动机的飞机，其机翼和尾翼的防冰装置的热空气多来自发动机的压缩器，这就使得发动机的功率或推力因压缩器给涡轮的进气量减小而下降。在机翼、尾翼都有积冰的情况下着陆时，应尽可能用防冰装置将冰除掉。8.3.5

积冰条件下飞行的操纵特点8.4低空风切变风向和风速在特定方向上的变化叫风切变，它是指在同一高度上或在不同高度上的很短距离内，风向风速发生的变化，以及在较短距离内升降气流变化的一种现象。风向和风速在水平方向（同一高度的短距离内）的变化叫做水平风切变；在垂直方向（不同高度的短距离内）的变化叫做垂直风切变。风切变的强度划分，目前国际上还没有统一的标准，国际民航组织曾建议低空风切变的强度可划分为四级。8.4.1

什么叫风切变低空风切变强度等级①

顺风切变。指飞机从小的顺风区域进入到大的顺风区域；或者从逆风区域进入到顺风区域；或者从大逆风区域进入小逆风区域等几种情况。②

逆风切变。指飞机从小的逆风区域进入大的逆风区域；或者从顺风区域进入逆风区域；或者从大顺风区域进入小顺风区域等几种情况。③

侧风切变。指飞机从某一方向的侧风（或无侧风）区域进入另一方向的侧风区域。④

下冲气流切变。指飞机从无明显的升降气流区进入强烈的下降气流区。8.4.2

低空风切变的形式1.

飞机着陆下降遇到顺风切变飞机着陆下降中遇到顺风切变，即在风的切变层内，从上层到下层，逆风突然转为顺风。飞机进入切变层时，空速会突然减小，升力下降，飞机向下掉。8.4.3低空风切变对起飞上升和着陆下降的影响顺风切变对着陆下降的影响2.

飞机着陆下降时遇到逆风切变飞机着陆下降时遇到逆风切变的情况。在风的切变层内，从上层到下层，顺风突然转为逆风（或逆风突然增大）。飞机进入切变层时，空速突然增大，升力增大，飞机突然抬起，脱离正常下降线。8.4.3低空风切变对起飞上升和着陆下降的影响逆风切变对着陆下降的影响8.4.3低空风切变对起飞上升和着陆下降的影响下冲气流对着陆下降的影响飞机在着陆下降中遇到侧风切变在着陆下降中遇到侧风切变，飞机会产生侧滑，带坡度并偏离预定下降着陆方向。飞机在着陆下降中遇到下冲气流飞机在雷暴云下进场着陆时，常会遇到强烈的下冲气流，并伴随其他形式的风切变。下冲气流使飞机迎角减小，升力下降，并迫使飞机急剧下降。3.

飞机在着陆下降中遇到侧风切变①飞行员要养成仔细研究气象预报和天气形势报告（尤其是风和大气紊流）的习惯，随时注意前机通报。②

飞机飞近雷暴、锋面和强逆温层或飞过地形复杂区域（如滨海机场和山地机场）以及夜间飞行（特别是下半夜）时，更要警惕风切变，因为在这些情况下，风切变比较容易形成。③

飞行中如发现空速突然增加、机头突然上仰、飞机突然上升等情况，飞行员不要过急地收小油门，减小空速，以防风切变消失后，空速过小而造成操纵困难。8.4.4

怎样避免低空风切变的危害8.5“吃气流”8.5.1

尾流的物理特性尾涡的形成由于上下翼面的气流在后缘处具有不同的流向，所以在机翼后缘形成自由涡。由机翼后缘每一点拖出的自由涡，形成一个涡面，叫自由涡面。自由涡面在机翼后面将卷成两个集中的大涡，叫翼尖涡。它沿飞行轨迹拖在飞机后部很远很远，所以也常称它为尾涡。尾涡的间隔和强度两条集中尾涡的间隔通常小于翼展（b）。对于同一架飞机，尾涡强度与

ny

成正比，与

ρ

、v

成反比。3.

尾涡的诱导速度和向下移动在尾涡内部（涡核），空气绕心线旋转（如同固体一样），离涡心越远，速度越大。在尾涡外部，空气是无旋流动，离涡心越远，诱导速度越小。飞机后面的两条集中尾涡各自形成诱导速度，因此，飞机后部气流的向下速度主要是这两个尾涡的诱导速度的叠加。8.5.1

尾流的物理特性尾涡的形成和后部尾流的速度分布3.

尾涡的诱导速度和向下移动尾流离开飞机后要向下移，这是两条尾涡互相受对方的诱导作用引起的。8.5.1

尾流的物理特性尾流的向下移动4.

地面效应和侧风对尾涡的影响左右两股尾涡在接近地面时，受地面阻挡，大约到离地面半个翼展至一个翼展的高度，不再下降，而逐渐转为横向移动，并以和下移速度相同的速度分别向外横移，互相离开。有侧风时，尾涡随风飘移。8.5.1

尾流的物理特性无风、近地面时尾涡的移动尾涡受侧风的影响5.

尾涡的衰减和消散尾涡外缘的切线速度很大，带动大气中的具有黏性的静止空气旋转，因而能量不断扩散。此外，大幅度的温度变化和大气波动也能导致尾流很快消散。8.5.2

前机尾涡对后机飞行的影响进入前机尾涡的四种情形横穿前机尾涡横穿前机尾涡中心，会忽上忽下，出现颠簸，承受很大的正、负载荷。从正后方进入前机尾涡当飞机从正后方进入前机尾涡时，受尾涡向下移动的影响，会出现上升率降低下降率增大，飞机颠簸。3.

从正后方进入前机的尾涡中心8.5.2

前机尾涡对后机飞行的影响不同翼展飞机进入前机尾涡中心所引起的滚转速率的最高值从正后方进入前机尾涡中心，飞机一边机翼遭遇上升气流，一边机翼遭遇下降气流，两翼迎角相差很多，飞机承受很大的滚转力矩而急剧带坡度或滚转。4.

从前机旁边遭遇尾流如进入前机翼尖外侧的尾流，由于一侧机翼受到较大的上升气流作用，飞机会向外带坡度，被推出尾流。飞机进入

C-5A

飞机尾涡中心之后，呈现出的坡度和滚转速率①

机场附近进行仪表飞行，距离应保持

5

n

mile（8

km）以上。②

机场附近目视飞行，应最少保持

2

min

的时间间隔。③

同一空域飞行，应保持

5

n

mile（8

km）的距离，1

000

ft（300

m）高度差。④

中、小型飞机应在大型飞机起飞离地点之后

3

000

ft（900

m）处开始离地，在大型飞机着陆接地点之前

2

500

ft（770

m）处着陆接地。⑤

中、小型飞机与大型飞机的飞行轨迹的上、下距离不得少于

1

000

ft（300

m），并保持在大型飞机飞行轨迹的上风。8.5.3

预防进入前机尾流的措施8.6飞机的操纵限制速度飞机以临界迎角飞行时，其升力系数最大，相同速度下产生的升力最大；随速度的增大，飞机的载荷因数增大。机动速度就是指以临界迎角飞行，载荷因数为

3.8

时的飞行速度，以v

A

表示。8.6.1

机动速度飞行速度大于机动速度的机动在临界迎角时飞机的载荷因数随飞行速度的变化结构强度限制的最大巡航速度是指飞机在扰动气流中飞行的最大速度，以vNO

表示。飞行中，如果飞机的速度大于该速度，飞机只能在平静的大气中飞行。由于飞机一般都是在非平静的大气中飞行，因此，结构强度限制的最大巡航速度vNO

就是飞机在正常操纵范围内的最大飞行速度。8.6.2

结构强度限制的最大巡航速度极限速度是指飞机在所有飞行中的最大飞行速度。飞机在任何飞行中的飞行速度严禁超过该速度，否则会使飞机的载荷因数超过最大设计载荷因数，引起飞机结构损伤甚至失效，危及飞行安全。8.6.3

极限速度飞机放下襟翼时，会改变飞机机翼的上下表面压力分布，使机翼表面的应力增大，特别是襟翼部分。这样，在飞行中，如果飞行速度过大，飞机的动压很大，使襟翼受力过大，影响襟翼的结构强度，严重时还会引起襟翼变形。因此，当飞机的襟翼在放下位时，应有一个最大速度限制。襟翼在放下位时，允许的增大飞行速度称为襟翼放下时的最大速度，以vFE

表示。这里应注意，飞机的襟翼在不同的位置时，襟翼放下时的最大速度不同。8.6.4

襟翼放下时的最大速度8.6.5

起落架限制速度收放起落架时的最大速度收放起落架时的最大速度是指在进行起落架收放操纵时的最大允许速度，以vLO

表示。当飞机的飞行速度大于该速度时，不允许收起或放下起落架。起落架放下时的最大速度起落架放下时的最大速度是指当飞机的起落架在放下位时允许的最大飞行速度，以vLE表示。各型飞机对操纵限制速度都有严格的规定，为了保证飞行安全，飞行员必须清楚所飞机型的操纵限制速度，并在飞行中严格保证飞行速度不超过限制。8.7空中一台发动机失效后的飞行一台发动机失效后，作用在飞机上的力和力矩发生变化，飞机的纵向平衡和侧向平衡都将遭到破坏，如果飞行员没有及时修正，飞机的飞行状态将会出现迅速变化。螺旋桨飞机一发失效后，在工作发动机（简称工作发）拉力和失效发动机（简称失效发）阻力形成的偏转力矩作用下，飞机将向失效发动机侧迅速偏转进而形成侧滑；偏转时左右机翼速度不同，两翼升力差形成的滚转力矩和侧滑产生的横侧稳定力矩使飞机向失效发动机侧倾斜形成坡度。8.7.1

一发失效后飞机飞行状态的变化一发失效后飞机状态变化关键发动机是指失效后对飞机性能与操纵性影响最不利的那台发动机。8.7.1

一发失效后飞机飞行状态的变化右转螺旋桨飞机的关键发动机右转螺旋桨飞机的滑流8.7.2

一发失效的飞行操