中国试飞员详解超低空飞行

中国试飞员详解超低空飞行　　我以前曾经在文章中介绍过，飞行表演大致分为机场区域表演和公开区域表演两种。飞行表演作为一种航空技术与表演艺术结合的产物，所要展示的是飞机的性能和飞行员高超的驾驶技术。而作为机场区域的特技飞行表演，超低空的惊险机动是必不可少的，因为只有超低空表演才能够在观众视线范围内尽可能地展示飞机的风采。高水平的飞行员不会仅做水平和垂直机动，表演中他们大都会做复合机动，而所谓的“越肩滚转”就是典型的复合机动动作。“越肩滚转”其实是大坡度斜筋斗＋倒扣俯冲半滚＋大坡度俯冲退出的组合机动，其特点是垂直与水平结合的机动加滚转机动，再加俯冲跃升机动。从视觉上看既有垂直机动的小半径特点，又有水平机动的区域变化，还有滚转机动的变幻莫测，加之几个动作衔接流畅，给观赏者带来惊险刺激的视觉效果。“越肩滚转”的难度并不在于其机动的复杂程度，而在于大坡度垂直机动中高度控制精度难以把握，尤其是在动作衔接和滚转时机上控制不好，退出俯冲时容易造成损失高度过多，严重时就会导致飞行事故。机动飞行中的发动机状态也不可忽视，“机动能量”控制尤为关键，推力过大速度增加太快，会造成机动半径的增加，而推力过小也会造成飞机“机动能量”不足，从而增加飞机退出俯冲的高度损失。1999 年6月12日，巴黎航展上的俄罗斯苏－30MKI的表演事故，也是在做一个类似的复合机动中，在退出大坡度俯冲机腹触地的，所不同的是由于苏－30飞机的鸭翼具有主动控制功能，可以使飞机在机腹触地的情况下再次拉起，为飞行员赢得了最后的跳伞逃逸机会。　　二、超低空飞行“祸”从何起？　　将超低空飞行事故解释为高度不足显然过于简单。从技术上分析造成高度损失过多的原因大致分为四类：一是轨迹控制不当导致飞机直接触地，二是由于滚转机动操纵不当导致轨迹突变触地，三是操纵超出限制致使飞机失速或变态触地，四是飞行员短时间“空间定向空白”，丢失状态导致飞机触地。　　在垂直向下机动中，高度损失或者说是机动半径受多种因素影响，其中最重要的是过载和速度，而影响飞行过载和速度的因素又错综复杂。一个有经验的飞行员可以在垂直机动中获得比一般飞行员小200 米以上的机动半径。这就是为什么王牌飞行员可以在 1000 甚至800 米高度上向下做垂直机动，而有些飞行员在高度 1200 米做同样动作却可能发生事故。通常最佳的垂直向下机动速度大致与有利速度相当，例如三代机的最佳垂直向下机动速度大致在500 － 700 km/h之间。　　滚转机动中突然的高度损失大都是由于飞行员过载控制失当造成的。当飞机的坡度滚转到超过90度后，正过载不仅不能使飞机上升高度，反而会导致更多的高度损失。在飞行事故调查的飞参记录中，往往会看见过滚转中飞机过载超过2g的现象。需要指出的是滚转中的拉杆操纵造成了过载增加，但有时飞行员的拉杆完全是下意识的。一方面操纵习惯上飞行员在滚转中往往推杆不足，为了减小滚转机动中的高度损失，一般的做法是进入滚转之前先使飞机形成5～10度的小角度上升；另一方面，滚转中下意识的拉杆还与飞行员的心理有关，在超低空飞行中大地景物对飞行员形成强烈的刺激，飞行员会下意识地拉杆使飞机上升，这种下意识的拉杆在倒飞中是致命的，因为拉杆非但不能使飞机上升，反而会使飞机迅速下坠从而损失更多的高度。　　垂直向下机动中的失速变态原因大多是飞行员急于退出俯冲粗猛拉杆造成的，但导致失速变态的起因却在此之前，由于操纵不当已经形成高度过低的趋势，为了尽快退出俯冲飞行员急剧拉杆忽视了飞机的限制迎角和过载。最严重的甚至出现飞机过载超限致使机翼变形弯曲的情况。多数飞行员对机动飞行中的迎角超限的概念是理解的，但是在认知领域存在一个模糊区，当速度远远大于最小机动表速时，飞行员对于迎角超限往往不敏感。我就曾在歼－6飞机极曲线试飞中遇到过一次险情，当我在10000 m高度做表速 500 km/h的收敛转弯时，看着过载表以为一切正常，可是当过载达到4g时飞机突然出现变态，急剧的状态变化使飞机迅速损失了3000 m的高度，如果是在低空后果将不堪想象。　　“空间定向空白”是一个近年来被广泛关注的概念。以前，类似的事故发生时，往往将原因归结为飞行错觉，但是在良好天气条件下目视飞行中出现错觉令人费解。“空间定向空白”是一个比较宽泛的概念，原因也多种多样。与错觉最大的不同是，“空间定向空白”的原因不是信息不足。错觉一般发生在夜间和复杂气象条件下，由于飞机状态的信息不足，飞行员容易受外部景物如：夜空、云层、大海的影响，形成错误的状态认知。而当信息充足的情况下，飞行员由于对于各种状态信息的判断出现混乱，有时甚至因为状态信息过于复杂，飞行员的判断无法做出决策，处于一种短暂的“无判断”状态，甚至失去判断能力，这就是空间定向的短时间空白现象。可能出现“空间定向空白”的时机有很多，而在难度较高的“复合机动”中，由于动作衔接过于紧密、状态变化过于复杂，飞行员很容易出现“空间定向空白”。当飞行员对飞机状态无法做出判断时，他的操纵就是盲目的，出现坠机事故也就在所难免。　　通过研究超低空飞行事故，我发现一个有趣的现象，国外在表演飞行中的事故，大都发生在向下的复合机动飞行中，尤其是大坡度或者带滚转的向下机动中事故发生概率更高，坠毁通常是由于轨迹控制失误，高度损失过多造成的。反观国内近三十年的超低空事故，则主要发生在低空水平机动和滚转机动中，也有在简单的低空垂直机动中发生事故的，而在低空的复合垂直机动中发生事故较少，坠毁通常是由于丢失状态和失速变态所致。　　三、超低空之“惑”　　面对超低空事故的严重后果，业内对事故的分析有真知灼见的在我看来并不多。超低空飞行远比我们想象得要复杂得多，而导致超低空飞行事故的原因也不能简单的归结为疏忽大意或表现欲在作祟。乌克兰表演空难发生后，对组织者和飞行员的责难声不绝于耳。事故调查人员最终将责任归结为组织者，一些军事专家指出，飞行表演的高度不应低于400 米，而且飞机不应从观众头顶上飞过。飞行表演区与观众区的距离应该在 300 米至 1500 米之间。当然也有专家的分析比较客观，他们认为此次事故最主要的原因是飞行员忽视飞机“下沉率”过大所导致，通过视频回放可以看出，造成下沉率过大的直接诱因是在做“越肩滚转”时飞行员下意识地拉杆，拉杆直接导致了飞机反俯角的迅速增加，甚至引起了运动轨迹的偏转，这也是这架飞机最终坠入观众区的重要原因。　　对于飞行事故的疑惑如此之多，其实，真正令人疑惑的是超低空飞行本身。据我所知，到目前为止还没有系统研究超低空机动飞行的理论专著和权威性文献，一些理论书籍中将超低空飞行技术列入特级飞行中，认为与一般特级飞行相比，超低空飞行只是高度不同。超低空机动飞行与一般的机动飞行有什么不同，超低空飞行的操纵特性是什么，飞行员在超低空飞行中的心理因素对飞行的作用如何？这些问题都值得我们深入的研究。　　许多飞行爱好者问我，什么是超低空飞行。也许你会说，超低空飞行的高度特别的低，然而，决定超低空飞行的并不是高度，而是飞行方式。但是如何区分飞行方式却众说纷纭。为此我对各类飞行进行了专门的研究，我认为从飞行员操纵飞机的感知方法和参照对象区分，可以将飞行大致分成五种基本模式：前庭感知飞行、数据跟踪飞行、状态跟踪飞行、目标跟踪飞行和轨迹跟踪飞行。例如仪表飞行中飞行员通常保持飞行参数的稳定性，大致属于数据跟踪飞行，特级飞行属于状态跟踪飞行，而空中加油和密集编队飞行就属于目标跟踪飞行，舰载着陆和精密进近着陆属于轨迹跟踪飞行。不同的飞行模式，飞行的特点也是大为不同的。超低空飞行由于要跟踪地形的变化，因此属于目标跟踪飞行的范畴。　　目标跟踪飞行的概念是什么呢？如果我举空中加油编队飞行的例子大家就基本明白了。因为在像空中加油这样的特殊飞行中，飞行员关注的不仅仅是飞机的状态，而是本机与加油套管的关系位置。目标跟踪飞行与状态跟踪飞行的最大区别在于，控制飞机的参照物不再是天地线或是地平仪的中心线，而是我们跟踪的目标。　　关于目标跟踪飞行的特点，在人们研究近距空战格斗时就发现了，飞行员发现在追击中一味想地咬住目标总是欲速而不达，反倒是提前预判目标趋势，稳定跟踪的方法能够更好地锁定目标。在空中加油飞行中，为了与加油套管对接，飞行员的目光紧盯套管，结果反而造成受油机不停地摆动，许多飞行员反映：空中加油飞行时加油机的软管和锥套在空中“跳舞”，对接难度很大，就是由于高增益引起的。这种规律性的摆动专业上称为“人机耦合振荡”，它是导致加油对接失败的主要原因。　　在超低空飞行中，由于高度特别的低，为了避免与大地相撞，飞行员必须不断调整飞机的状态，在这样的飞行中，飞行员操纵控制的“增益”就特别的高。所谓操纵“增益”，指的是飞行员修正偏差时的驾驶杆位移与进入动作时操纵输入的比值。例如飞行员做60度坡度盘旋，必须输入压杆行程，当坡度形成后，为了控制坡度飞行员必须不断的修正，修正输入的量值与初始输入的量值比值较大的飞行就是高增益飞行。实践表明，在目标跟踪飞行中，飞行的增益总是比较高的，因为任务的要求更高了，飞行员必须保持更高的操纵增益才能完成任务。也就是说超低空飞行和空中加油飞行是与常规的机动飞行完全不同的飞行状态。了解了超低空飞行高增益的一特点，飞行中要注意掌握一些基本要领。　　其一，目视前方。许多飞行员害怕超低空飞行时与地面接近导致危险，总是紧张地盯着翼下的大地，由于近距离目标的起伏变化，飞行员不自主地反复操纵，使得飞行操纵的增益进一步增加。反之如果我们目视前方，参照物的变化与运动相对稳定，操纵的增益就会减小，有利于更好地控制飞机状态。就像空中加油飞行中，如果飞行员与加油锥套编队，队形就不容易稳定，而与远处的加油吊舱或机翼编队，队形就稳定，加油对接成功率就较高。另外，目视前方对于低空飞行中的心理控制也比较有利。超低空飞行时扑面而来的大地对飞行员的视觉刺激强烈，这种刺激的作用负面的较多，容易引起飞行员不自主的紧张情绪，使得飞行员的操纵能力降低；而目视前方视觉刺激明显降低，有利于飞行员心情平静地专注飞行操纵。　　其二，滚转机动要稳杆。超低空飞行中飞行员最容易犯的错误就是滚转机动时拉杆，查阅低空飞行事故的飞参数据，我们总是能看到在滚转机动中飞行过载超过2G的现象。其最主要原因是滚转操纵时没有稳杆。滚转中拉杆一方面是由于飞行员对滚转机动的操纵特点不了解。当飞机坡度在大于90度到小于270 度的区间内，拉杆的结果是使飞机下坠，而适当地稳杆甚至顶杆则可以保持高度甚至使飞机上升高度。例如，在倒飞中顶杆形成1G的负过载就能保持飞机的平飞。滚转中拉杆的另一个原因是心理因素，由于飞行员不注意目视前方，滚转中当他看见地面扑面而来的时候，会本能地做出拉杆的动作，使过载急剧增加从而导致坠机事故的发生。　　第三，柔和操纵。由于超低空飞行的高增益特点，当飞行员粗猛操纵时一旦出现偏差必然急于修正，使得飞机的状态反复、急剧变化，严重的会导致诱发振荡。柔和操纵的注意力分配参照系很重要。一是要以远为主，远近结合。我在模拟机上进行了大量的超低空试验性研究，我发现一味的目视前方，忽视了近处的高大障碍物也会导致坠机“事故”的发生，而过于集中注意近处，又会造成飞机状态的急剧波动，高度反而不易控制。二是要以外为主，内外结合。既要根据远处景物保持好飞机的状态，也要根据平显或仪表的高度、升降速度指示，控制好飞机状态，尤其是要根据不同的高度控制好升降速度的变化。　　说到底，任何一种飞行状态都是五种飞行模式的结合，只是以某种飞行模式为主，超低空飞行虽然是目标跟踪模式为主，但对于飞机状态的整体把握始终是飞行操纵的重点，单打一的飞行习惯总是容易犯错误的。另外，由于低空飞行的这些特点，飞行员在飞行中注意力高度集中，容易疲劳导致能力下降，因此在飞行员感觉精力不足的情况下，应该停止超低空飞行。研究表面各种因素引起的飞行员能力下降，是导致飞行事故的最大元凶。　　四、打造中国之鹰的超低空的王者　　超低空飞行是一种具有特殊战术意义的飞行技能，在中国空军的英雄榜上不乏超低空的王者。当年，年轻的韩德彩就是凭着中国空军的王者之气，在低空击落美国王牌飞行员菲舍尔。在那个特殊的年代，人民空军缺乏先进装备和各种资源，我们的年轻飞行员甚至没有低空飞行的经验。　　1982 年5月4日，在英阿马岛之战中，阿根廷飞行员驾驶法国“超级军旗”攻击机，正是利用超低空飞行的隐蔽性，达成了对英国军舰突然袭击的效果，一枚30万美金的空舰导弹AM-39击沉了价值几亿的英国谢菲尔德战舰。　　如今，为了争夺“一树之高”的制空权，各国空军都非常重视超低空飞行的训练。海空巡逻中战鹰从船舷之下掠过，定点打击中战机躲过了雷达鹰眼的搜索，靠的就是过硬的超低空飞行技能。超低空飞行因为其特殊性，掌握驾驶技能必须经过大量的超低空训练，而且必须是地形跟踪训练。我的战友海涛和王刚都和我谈起过他们在国外地形跟踪飞行的难忘经历，在谈到超低空飞行时他们不是用惊险这个词，而是用了震撼。他们说，很难想象一个没有经过高强度超低空训练的飞行员，能够胜任如此富有挑战而又充满风险的飞行。在国外，一个飞行员要达到成熟驾驭超低空飞行的要求，至少要经过100 小时以上的专项训练，而且每年的超低空飞行时间一般不少于20小时，他们的研究表明，没有20小时的最低超低空训练时间，飞行员就难以保持超低空飞行技能，甚至找不到超低空飞行自由驾驭的感觉。而这种飞行的感觉，对于一个空中的王者而言就是飞行之魂。　　除非我们准备放弃下一场战争，否则我们就必须用从难从严的超低空训练，把中国之鹰打造成超低空的王者！