【蓝天之梦】10,美军如何改出螺旋


尾旋也称为螺旋(Spins),是固定翼航空器的一种非正常飞行状态,即航空器在失速的状态下,一面做向下的小半径螺旋运动,一面在机身三个轴向(滚转、俯仰和偏航)做自旋运动的飞行状态。其特点是高攻角、低空速和大下降率。

飞机在飞行中发生螺旋属于严重事故,在过去的空战中,也常有米格机因翼尖失速而导致螺旋的现像。

战例:【战地日记】第三十七,斗智斗勇 记载:

1958/9/18 晴 罗裳山

空18师52团刚从广东沙堤机场转场至汕头机场,接替54团执行入闽作战任务。今天的任务是组织首次战区编队协同和航法训练。由空18师自行组织指挥。

......

16:56,台空军第5大队,领队长机少校孙嗣文,2号机......悄悄从我下方接近我机......

7号机韩玉砚被敌偷袭中弹,还好飞机尚可操作,遂加大速度俯冲,摆脱敌机后做右上升转弯,发现左上方一架敌机进入视距,立即昂起机头对敌射击,弹道偏离未中。由于拉起时是小角度大攻角,开炮的后坐力又消减了速度,导致飞机失速,并且进入螺旋,飞机像一片叶子般飘荡旋转下坠。

飞机从12000米一直坠落到7000米,7号机紧急呼叫:我发生螺旋......

18师地面指挥员呼叫:相反方向登满舵......推杆......

这位从未练习过改螺旋的飞行员登满舵,推驾驶杆数次,飞机终于停止旋转,进入垂直落体状态,他再忙收杆,飞机猛的一顿,机翼又产生升力,居然改出螺旋,恢复正常飞行状态......

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螺旋是什么原因造成的,它的后果是什么,发生螺旋应当如何改出呢?

造成螺旋的原因

由于飞机横向静稳定性过弱,航向静稳定性过强,两侧机翼出现不协调的失速,当一侧机翼先于另一侧机翼失速时,飞机会朝先失速的一侧机翼方向沿飞机的纵轴旋转,称为螺旋或尾旋(Spins)。

发生螺旋是非常危险的。在失速尾旋的过程中,两个机翼是一样 stalled ,只是一端 less stalled than the other。


早期喷气机开始采用后掠翼来减小激波阻力的时候,设计师发现了新问题:附面层气流会沿后掠角向翼梢方向扭曲偏移,破坏了理想情况下与机身轴线平行经过机翼的气流,从而导致机翼升力的下降和翼尖失速的风险。

因为气流不断向翼尖流去,导致翼尖附面层堆积得很厚,很容易就失速了。左右翼尖又不太可能同时失速,所以任何一边先失速都会引起飞机滚转和摇摆,而且因为翼尖向后延伸,翼尖失速也会导致飞机俯仰运动。飞机开的好好的,突然像被什么打中一样开始摇摆。

为了解决这个问题,西方主要采用前缘缝翼(比如F86)或附面层吸收结构,苏联则简单粗暴的使用翼刀——相当于“建一堵墙”把有害气流向翼梢流动的趋势挡住(前面文章曾介绍过翼刀),引导附面层气流尽量与机身轴线平行的流动。但翼刀并不能完美解决问题,最终还是回到西方的道路上。所以三代机上翼刀就已经比较少见了。


二,如何改出螺旋。

飞机螺旋具有很高的下降率,且会对机体结构造成极大压力和破坏,所以在低空条件下如不及时改出是十分危险的。

1,改出螺旋的方法。

在转弯协调仪上可以读出飞机旋转的方向,开始改出时首先收光油门,操纵杆处于中立位置使副翼没有偏转,在飞机旋转的反方向踩满舵直到飞机停止螺旋,此时空速会迅速增加,保持低头姿态到螺旋停止时,方向舵回到中立姿态,逐渐拉起机头当空速恢复设计机动速度范围后,推油门返回正常姿态。当停止螺旋时不能立刻增加油门,否则会加速向下俯冲的速度,使飞机更快迫近地面。

具体可以分为几个步骤:

-把油门放到零。在螺旋中,千万不要加油门甚至开加力,不然旋转速度更快,会超过人的承受力直到昏迷。而且飞机也会更快地触地;

-把操纵杆放到中间位置(这个杆也控制左右横滚);

-把操纵杆向前推、压到机头俯冲的位置并保持住,让飞机保持机头向下姿态一些时间以获得一定的速度。有了速度,飞机才能恢复操控;

-用脚向旋转相反方向登舵,减缓沿垂直Z轴的旋转;

-等飞机姿态稍稳定、螺旋状态减缓,部分恢复操控性能后,再加油门、把飞机改平,就有机会解除螺旋。

2,美军如何改出螺旋


曾经在美军海军陆战队担任飞官,后转任空中国民警卫队的教官,他叫Robin(罗宾),听名字应该有德裔血统。我问他美军遇到螺旋如何改出,他在白板上写下四句话(上图):

美军改出螺旋的四步骤:

T, Throttle idle. 油门怠速。

A, Alileron neutral. 副翼归正

R, Rudder opposite. 反向蹬舵。

E, Elevetor forword. 升降舵前推。

因为我没好意思再追问下去,只能凭自己的理解把上述四句话用中文表达出来,不知是否正确,仅供参考。

三,米格机为何容易出现螺旋

在本文刚开始介绍了在1958年月18日,空18师52团在诏安至漳浦的赤湖湾上空进行战区训练,遭到台空军第5大队偷袭。

7号机韩玉砚被敌偷袭中弹......飞机失速,并且进入螺旋,飞机像一片叶子般飘荡旋转下坠......

这位从未练习过改螺旋的飞行员登满舵,推驾驶杆数次,飞机终于停止旋转,进入垂直落体状态,他再忙收杆,飞机猛的一顿,机翼又产生升力,居然改出螺旋,恢复正常飞行状态......

造成7号机螺旋的几个主要原因是:

1,高速俯冲容易产生失速。 米格机机翼属于后掠翼构型,此翼型极易产生翼尖失速,美国人用前缘缝翼来解决,但是苏联人只是在米格-15机翼上装上了4个翼刀,来改善飞机俯仰安定性。但是翼刀只能推迟上仰发生的攻角,但不能消除上仰的发生,新手飞行员仍然面临可怕的飞行陷阱——螺旋。

2,飞机拉起产生高攻角,火炮射击产生后坐力,引起失速。 飞机攻角超过20度之后很容易产生失速,加上火炮产生的后坐力也会影响速度,所以致使米格机发生螺旋。

战例:1953年6月15日,空联司派出朝鲜空军2架波-2轻型飞机对美军草岛雷达站实施轰炸,美空军起飞F-94实施攻击,由于F-94空速太快,只好采取低速飞行,甚至放下减速板和起落架,并且开火射击,结果F-94因为减速加上射击的后坐力导致失速螺旋,由于高度仅仅数百米,所以F-94无法改出而坠毁。

米格机由于机翼后掠角太大,翼尖失速问题比较严重。为了解决这一问题,米高扬的措施是在机翼外段设置一对和翼弦等长、高 320 毫米的翼刀,以阻止附面层向翼尖堆积,推迟翼尖失速。这种设计简单,重量轻,但效果相当有限——采用同类设计的米格-15、米格-17 多次在战斗中失速进入螺旋,70 年代在歼-6 上频繁发生的螺旋事故,足以证明这一点。

歼六的机翼后掠角最大达到了49°,过大的后掠角,却没有前缘可动缝翼。这样的歼六极易失速,过大的后掠角必然产生结构强度、刚度等方面的问题,米格-19 没能采用薄翼型,其大后掠设计是一个决定性因素。

由于歼-6 采用大后掠翼,歼-6III 减小了翼展等于减小了重心后的机翼面积,导致飞机焦点前移,减小了静稳定度。当时的飞行员对歼-6III 的批评中有一条就是“纵向操纵过灵”,这实际上是静稳定性减小的表现——因其导致飞机纵向操纵力矩变小,飞行员只需很小的杆位移即引起飞机俯仰姿态明显改变。

第三代战斗机多利用这种设计来减小配平阻力,提高敏捷性,但对于连增稳系统都没有的歼-6III 来说,操纵起来将令人非常头痛。后来歼-6III 改延长前机身,其目的就是为了调整飞机重心,使之与前移的焦点匹配,保持适当的静稳定性。而同样采用歼-6III 机翼的歼-6IV,由于其机头安装了截击雷达,起到了调整重心的作用,反而飞机的静稳定性增加了。

同时期的F-86采用前缘缝翼,它除了可以增加升力外,还有另一个用途:增加空战机动性。因为升力的增加不仅能降低起降时的失速速度,也能提高大过载转弯时的升力,进而提高转弯率,进而能更快的咬尾敌机。

知己知彼,百战不殆。

在朝鲜空战时,空联司在实战中总结出许多切实可行的战术,例如的一域多层四四制等就是根据米格-15具有的机身小,重量轻,推重比高,中高度爬升快,最大垂直升限大的技术优势总结出来的战术原则,重点就是快速抢占高度,然后俯冲攻击

而美军根据F-86具有机翼载荷大,大过载转弯保持升力好,水平机动能力强,高速状态下飞行稳定的技术优势,所以美军通常占据中低空,采取拉弗伯雷圆圈阵战术,引诱米格机俯冲侧滑绕弯,很容易使其失速尾旋。

(谢谢阅读)

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