飛機雨中著陸安全滑跑計算分析

嚴(yán)共鳴，潘柏全，李傳良

（空軍工程大學(xué)航空機務(wù)士官學(xué)校，河南 信陽 464000）

0 引言

雨中飛行訓(xùn)練，作為復(fù)雜氣象飛行訓(xùn)練的一項重要科目，對培養(yǎng)飛行員掌握雨中飛行的特點和操縱要領(lǐng)，提高航空兵部隊在惡劣氣候條件下機動作戰(zhàn)的能力，具有重要的現(xiàn)實意義[1]。

但在雨中飛行訓(xùn)練過程中，特別是雨中著陸滑跑時，容易發(fā)生沖出跑道的事故。因此，為了確保飛行安全，提高飛機再次出動率，必須對雨中不同尋常的著陸特點和危害進行分析研究。本文以某型飛機為例，對其雨中著陸問題進行了專門探討，提出了一些有益的飛機著陸滑跑的操縱和維護預(yù)防措施。

1 雨水對飛機空氣動力特性的影響

飛機在雨中飛行時，由于飛機表面的吸附和阻滯作用，雨水將在飛機表面形成一層水膜。研究表明，一般是上表面水膜厚度大于下表面，可達1～2 mm，下表面水膜較薄，也可達0.2 mm以上。這時水膜與氣流的交界面，實質(zhì)上形成了新的飛機“表面”。

正是這層水膜改變了飛機的外形，特別是翼型，而且這種改變是不間斷的無規(guī)律可循的，受雨滴和氣流影響很大。比如，當(dāng)雨滴落到水膜表面時，會濺起一個個凹坑，同時飛行中方向和速度不斷變化的相對氣流也會在水膜表面形成形狀和位置瞬息萬變的波瀾，這些都進一步加大了翼型的可變性，增大了飛機表面粗糙度和附面層厚度，從而使得摩擦系數(shù)大大提高，增大了摩擦阻力；與此同時，粗糙的機翼表面使相對氣流的能量損失加大，使氣流提前分離，直接造成飛機失速迎角減小，最大升力系數(shù)下降和相同迎角下的升力系數(shù)下降[2]。研究表明，降雨會使飛機的阻力系數(shù)增加5%～25%，使升力系數(shù)下降10%～30%.

2 雨水對飛機著陸滑跑方式的影響

2.1 “滑水”問題

當(dāng)飛機在雨水中滑跑時，輪胎不斷地把下面的水?dāng)D出來，水層被擠壓，將對輪胎產(chǎn)生反作用力，其水平分力是輪胎前進的阻力，垂直分力將減小輪胎對路面的正壓力而使輪胎與路面之間的摩擦力減小甚至消失，此時機輪即會出現(xiàn)所謂“滑水”的打滑現(xiàn)象。當(dāng)飛機在以較小速度滑跑時，可能出現(xiàn)較輕“滑水”現(xiàn)象，胎面仍保持與道面接觸，但由于摩擦力的減小，機輪剎車系統(tǒng)的減速效率將大大降低。當(dāng)滑跑速度大于一定值后，機輪將完全處于動力“滑水”狀態(tài)，使剎車失效，將會出現(xiàn)飛機滑行失去控制、輪胎發(fā)生損壞等現(xiàn)象。

這一使飛機處于完全“滑水”狀態(tài)的滑跑速度至關(guān)重要，通常稱為臨界滑水速度，其經(jīng)驗公式為：

式中，p胎為飛機主起落架輪胎氣壓（kg/cm2）

某型飛機主起落架輪胎氣壓為10.3～11.77 kg/cm2，因此，其機輪轉(zhuǎn)動時V臨滑為200.59～214.42 km/h，機輪不轉(zhuǎn)動時V臨滑為172.34～184.23 km/h.

2.2 雨水對飛機著陸滑跑方式的影響

某型飛機著陸滑跑有兩種方法：一是飛機接地后先帶夠前輪姿勢兩點滑跑，待速度減小到一定值后再放前輪剎車，這種滑跑方式以充分利用氣動阻力為主要減速手段，即兩點式滑跑方式；二是接地后盡早使用剎車減速，甚至有時是在放前輪之后才放出減速傘，這種滑跑方式是以充分利用剎車阻力為主要手段的，即三點式滑跑方式。

但綜上所述，在雨中滑跑過程中，跑道的積水將使機輪與路面的滑跑摩擦系數(shù)明顯減小。如表1所示[3]，在跑道積水時，輪胎滾動摩擦系數(shù)僅為干跑道的2/3～1/3.而著陸速度達到臨界值后，產(chǎn)生的“滑水”現(xiàn)象更將使剎車效率嚴(yán)重降低，此時，如果飛行員仍然按照正常情況下的三點式滑跑方式剎車減速，飛機著陸后的減速滑跑距離將大為增加，甚至?xí)霈F(xiàn)嚴(yán)重拖胎或者沖出跑道或出現(xiàn)方向偏差等可能危及飛機或人員安全的事故。因此，在這種情況下，要充分利用雨水對飛機空氣動力特性的影響，利用空氣阻力系數(shù)明顯增大的特點，帶住前輪，同時放減速傘，使飛機阻力進一步增大，采用這種兩點式著陸減速滑跑的方法，剎車效果明顯增強，飛機著陸滑跑距離將控制在安全范圍內(nèi)。

表1 飛機滑跑時不同跑道表面摩擦系數(shù)f

3 飛機雨中著陸滑跑距離的計算

3.1 計算原理

飛機的著陸滑跑距離L為[4]：

這里，a=g（f-P/G），b=（Cx-Cyf+

△Cx傘·S傘/S）·g ρS/2G

其中：V是飛機的飛行速度，P為飛機的實際推力，G為飛機的重量，Cx為飛機的空氣阻力系數(shù)，f為飛機的地面摩擦系數(shù)，Cy為飛機的升力系數(shù)，S傘為減速傘的阻力面積，S為機翼的面積，△Cx傘為減速傘增加的阻力系數(shù)（%），g為重力加速度，ρ為大氣的密度。

在飛機著陸滑跑過程中，發(fā)動機一般處于慢車狀態(tài)，在標(biāo)高一定的機場上，飛機的推力基本不變，但是飛機的空氣阻力系數(shù)、地面摩擦系數(shù)、升力系數(shù)是隨著滑跑速度的減小而變化的。為了便于計算，可劃分為帶住前輪、放減速傘、三點滑跑三個階段進行著陸滑跑距離估算，然后求和即得總滑跑距離。在正常著陸重量下，某型飛機的著陸接地速度控制在225～230㎞/h，由于此型飛機的臨界劃水速度即放下前輪的速度是201㎞/h，所以飛機的放傘速度必須控制在此速度之上。為了得出最適宜的雨中滑跑距離，有必要在規(guī)定的接地速度和放傘速度范圍內(nèi)進行對比計算以最終確定最佳的接地速度和放傘速度，給飛行員提供最佳著陸滑跑對策。

3.2 各種降雨量（小雨、大雨、大暴雨）情況下的著陸滑跑距離計算

依據(jù)上述原理，可分別求出飛機在小雨、大雨、大暴雨三種降雨情況下的著陸滑跑距離如表2、表3、表4所示。

表2 小雨時不同接地速度V接和放傘速度V傘時飛機著陸滑跑距離（m）

表3 大雨時不同接地速度V接和放傘速度V傘時飛機著陸滑跑距離（m）

表4 大暴雨時不同接地速度V接和放傘速度V傘時飛機著陸滑跑距離（m）

可見，隨著雨水的增大，這時飛機著陸滑跑距離也將增大，飛機的滑跑變得危險，特別是大暴雨時飛機的滑跑變得非常危險。

4 計算結(jié)果分析及飛機雨中著陸滑跑注意事項

4.1 計算結(jié)果分析

根據(jù)前面分析，同樣情況下，飛機采用兩點著陸滑跑方式時地面滑跑距離最短，而在這種滑跑方式下，飛機的著陸滑跑距離直接取決于飛機主輪的接地時機（速度）和放傘時機（速度）。根據(jù)列表中的計算數(shù)據(jù)可知：接地速度越小，放傘速度越接近于接地速度，此時所得的著陸滑跑距離越短，飛機的著陸性能越好，越不易沖出跑道。

但是，在實際著陸滑跑過程中，還需要考慮其他因素的影響。飛機的放傘速度越大則飛機減速傘所承受的載荷越大，當(dāng)飛機的使用頻率增加時，減速傘的壽命和可靠性必定會降低，這樣就會對飛機乃至飛行員的安全帶來嚴(yán)重隱患。但是，放傘速度也不宜過小，飛機放下前輪時的速度為臨界劃水速度，飛機的放傘速度必須大于這個速度才能夠使得飛機滑跑距離在規(guī)定的范圍之內(nèi)。飛機接地后，在穩(wěn)定的滑跑中，放出減速傘，并柔和一致的使用剎車減速，因此通過仔細(xì)的研究推斷，得出三種氣候條件下飛機的接地速度和放傘速度適宜取值范圍如表5所示，符合該型飛機技術(shù)說明書中，規(guī)定的滑跑距離標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)值為620～700 m）。

上述結(jié)果都是以海平面高度來計算的，當(dāng)在高原機場飛行著陸時，其換算真速增大許多，從而使滑跑距離大幅增長。估算表明，在海拔5 000 m以下機場著陸時，可近似認(rèn)為高度每增加1 000 m，滑跑距離比海平面滑跑增加12%左右。故此時如降大雨，著陸時真速很大，減速效果很差，如果操作不當(dāng)，很可能發(fā)生沖出跑道的事故。因此，這種情況下的著陸需要特別小心。

表5 不同降雨量時飛機接地速度和放傘速度的優(yōu)化選取

4.2 飛機雨中著陸滑跑過程中的注意事項

對該型飛機而言，在雨中著陸滑跑過程中應(yīng)注意做到：

（1）飛機接地后的滑跑前段，飛行員應(yīng)盡量帶住前輪，不宜過早地進行剎車。若剎車過早，機輪未完全轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)裝置不能正常工作，結(jié)合力矩很小，剎車不僅無效還極易誘發(fā)滑水、拖胎或沖出跑道等[5]。由前面計算結(jié)果可知，放出減速傘到某一定值V臨滑后，再放下前輪。

（2）放下前輪后，減速的主要手段變成剎車。剎車應(yīng)做到：一是剎車增壓時間要長，道面越滑，增壓時間越長；二是使用輕剎車，不能剎死，要稍輕于正常著陸情況，否則易誘發(fā)滑水，導(dǎo)致滑跑距離增長。如果發(fā)生滑水，應(yīng)采取先松開剎車然后逐漸增大剎車壓力的方法來修正，不能連續(xù)點剎；三是假如因道面積水不均勻，使各機輪滑水程度不同，飛機滑跑中方向不穩(wěn)定，且難以用單側(cè)剎車的方法調(diào)整、控制時，可用方向舵及時有效地修正滑跑方向。