某型船身式水上飛機(jī)鏡面水起飛著陸操縱方法探討

趙磊

（中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院，陜西 西安 710089）

一直以來，抗浪能力是反映水上飛機(jī)運(yùn)行能力的一項(xiàng)重要指標(biāo)，是飛機(jī)的抗浪能力，其要求飛機(jī)在高海浪條件下機(jī)身結(jié)構(gòu)、操縱特性都要符合特定規(guī)范的能力。相反鏡面水是在無風(fēng)、無浪條件下產(chǎn)生的平靜水面，分為全透明水面和全反射水面2種，具有鏡面特性，在飛機(jī)起飛和著陸的時(shí)候?qū)︼w行員視覺感覺影響特別大，使飛行員對(duì)水面高度產(chǎn)生嚴(yán)重的錯(cuò)覺。此外，鏡面水會(huì)使飛機(jī)在水面航行時(shí)阻力增大，如果是大負(fù)重滑行，飛機(jī)動(dòng)力將會(huì)受到很大的制約。

水上飛機(jī)的起降點(diǎn)都是無任何導(dǎo)航設(shè)施的湖泊水面或者任何有降落條件的江河湖海，所以研究鏡水面的起飛著陸安全和鏡水面起飛對(duì)飛機(jī)起飛和著陸性能的影響是很有必要的。

1 鏡面水的特點(diǎn)

鏡面水是水面的一個(gè)特殊狀態(tài)，其特征為著水面無風(fēng)，所以不必關(guān)心著陸方向和側(cè)風(fēng)影響。水面無波浪意味著水面的視覺效果會(huì)像鏡子一般，使飛行員不能建立明確的目視高，即使是有經(jīng)驗(yàn)的水上飛行員，沒有豐富的知識(shí)來源，根本無法判斷飛機(jī)距離水面的高度，除缺少表而特征外，鏡面水反射水面會(huì)使飛行員產(chǎn)生混淆，因?yàn)樘炜盏脑坪桶哆叺臇|西及其顔色會(huì)非常清楚地倒映在水中。當(dāng)水十分清澈明亮?xí)r，表面本身就看不到，飛行員可能無意中把湖底（而不是水面）作為基準(zhǔn)來判斷高度，這些視覺和實(shí)際特征都給水上起飛和著陸帶來潛在的風(fēng)險(xiǎn)，飛行員要么拉平高要么拉平低。

由于鏡面水的這些特點(diǎn)，某船身式水上飛機(jī)在水上起飛時(shí)，隨著滑行速度加快，飛機(jī)姿態(tài)變化，由于斷階處的影響，吃水到達(dá)斷階處后，由于地效的影響，飛機(jī)會(huì)以較慢的速度脫離水面。該船身式飛機(jī)的操作方法是，當(dāng)飛機(jī)脫離水面但在地效影響范圍內(nèi)時(shí)，需要穩(wěn)姿態(tài)以保證飛機(jī)有加速的過程，直至速度達(dá)到一定程度，再拉桿帶起飛機(jī)脫離地效正常起飛。但由于鏡面水使飛行員對(duì)飛機(jī)高度有誤判，所以有可能會(huì)使飛行員以為高度過高要脫離地效區(qū)，從而向下穩(wěn)桿，造成飛機(jī)再度接水，對(duì)飛行安全造成影響。另外，鏡面水在斷階滑行階段且?guī)缀踹_(dá)到飛行速度時(shí)，水的阻力可能阻礙水上飛機(jī)最后的加速，導(dǎo)致飛機(jī)起飛功率要比正常水面起飛所需的功率大，這就需要在飛機(jī)起飛時(shí)一定要保持起飛姿態(tài)，尤其斷階后飛機(jī)姿態(tài)不能變化。

2 鏡面水起飛著陸風(fēng)險(xiǎn)性分析

對(duì)于鏡面水著陸，任何情況都可能導(dǎo)致飛機(jī)發(fā)生異常。例如拉平過高，飛機(jī)會(huì)早早進(jìn)入著陸姿態(tài)，隨著速度減小，飛機(jī)可能失速，機(jī)頭下俯，直接進(jìn)入水中，使飛機(jī)穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)都造成嚴(yán)重的損壞；或者隨著拉平高，飛機(jī)速度減小，從而使飛機(jī)進(jìn)入高姿態(tài)接水的狀態(tài)，有可能造成縱搖等危險(xiǎn)。例如拉平過低，飛機(jī)沒有建立正確的著水姿態(tài)，接水時(shí)，船身式飛機(jī)斷階之前先接水，速度較高，也很有可能導(dǎo)致飛機(jī)傾翻或結(jié)構(gòu)受損。

飛機(jī)一旦起飛，鏡面水面會(huì)使飛行員很難找到參照物，無法目測(cè)飛機(jī)在水面上的高度，很可能造成潛在的危險(xiǎn)。鏡面水面判斷錯(cuò)誤高度后的后果如圖1所示。

圖1 鏡面水面判斷錯(cuò)誤高度后的后果

該型飛機(jī)某次遇到鏡面水后，飛行員誤判高度，導(dǎo)致飛機(jī)發(fā)生縱搖危險(xiǎn)情況，如圖2所示。

圖2 鏡面水判斷錯(cuò)誤產(chǎn)生的飛機(jī)縱搖

從圖2中可以看到，由于對(duì)鏡面水下對(duì)接水點(diǎn)判斷不準(zhǔn)確，過早出姿態(tài)，拉平高，導(dǎo)致接水時(shí)下沉速度較快，接水后飛機(jī)產(chǎn)生縱搖，最大過載達(dá)1.6g，該狀態(tài)后，機(jī)組穩(wěn)桿并小幅度操縱抑制俯仰運(yùn)動(dòng)，同時(shí)收油門降低飛機(jī)動(dòng)能，從而使飛機(jī)退出縱搖狀態(tài)。但若發(fā)生縱搖后，大幅度操縱駕駛桿，不能及時(shí)回桿，就會(huì)誘導(dǎo)出更大的姿態(tài)變化，對(duì)飛機(jī)來說很危險(xiǎn)。

3 鏡面水起降方法探討

對(duì)于鏡面水起降，在沒有導(dǎo)航設(shè)施的水面，或者沒有相關(guān)進(jìn)近設(shè)備的飛機(jī)上，如下方法可以輔助駕駛員克服著陸時(shí)產(chǎn)生的視覺錯(cuò)覺，提高安全性。

3.1 選取周邊參照物的方法

將著水區(qū)選取在湖邊和海岸線附近，使用沿岸的特征來目測(cè)飛機(jī)的大概高度，在安全高度下進(jìn)行仔細(xì)檢查，觀測(cè)水深和障礙物，視野放開，在保證飛機(jī)著水速度和姿態(tài)安全的前提下，使飛機(jī)平穩(wěn)接水。另一種目視技術(shù)是在陸上進(jìn)行最后的進(jìn)近，以盡可能的最低安全高度穿過陸地進(jìn)入水面，這樣就保障了水面的基本高度，然后以正常的接水速度和接水姿態(tài)接水。

3.2 小下滑角下降

在沒有適當(dāng)可用的目視參考時(shí)，需在最后的著陸階段建立穩(wěn)定的著陸姿態(tài)并保持穩(wěn)定的下降率，下降率不能過大，防止船身與水過度接觸，造成飄跳，而飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)功率也需穩(wěn)定，使飛機(jī)保持可控制的操縱狀態(tài)接水。在高度達(dá)到最后著水高度后，飛機(jī)建立觸水常用姿態(tài)，調(diào)整飛機(jī)功率和下降率，無風(fēng)的環(huán)境飛機(jī)狀態(tài)不易改變，保持姿態(tài)、空速和下降率直到水上飛機(jī)觸水。一旦建立了著陸姿態(tài)和功率設(shè)定，保持空速和下降率不變，不做進(jìn)一步調(diào)整，飛行員應(yīng)密切監(jiān)測(cè)儀表穩(wěn)定下滑。僅在空速或下降率偏離預(yù)定值時(shí)改變功率。不要拉平，但讓水上飛機(jī)以著陸姿態(tài)飛到水上。觸水后，在升降舵上施加溫和的反壓，以保持相同的俯仰姿態(tài)。僅在確定水上飛機(jī)確實(shí)在水上后關(guān)閉油門。飛行員可以通過視覺、聽覺和身體感覺來驗(yàn)證。如果發(fā)生了意料之外的跳躍，此時(shí)保持飛機(jī)狀態(tài)，不要感覺到下沉就出姿態(tài)，很容易使飛機(jī)拉平高或者大姿態(tài)接水，對(duì)于該型船身式飛機(jī)，很容易發(fā)生縱搖。在確定所有的信號(hào)均指示水上飛機(jī)已經(jīng)在水上后再關(guān)閉油門，降低速度，操縱水上飛機(jī)保持排水量滑行姿態(tài)。

這個(gè)方法可以在沒有相關(guān)導(dǎo)航和設(shè)備的時(shí)候，使飛機(jī)以相對(duì)安全的方式降落到水面上，但這個(gè)方法要求的低下降率使下滑角比較小，從而造成飛機(jī)有很長(zhǎng)的下滑過程，使飛機(jī)著水距離變長(zhǎng)，所以需要開闊的水域。

保持空速、姿態(tài)和下降率的著水方法如圖3所示。

圖3 保持空速、姿態(tài)和下降率的著水方法

3.3 無線電高度表輔助著水

如果飛機(jī)有精確的無線電高度表，則飛行員可以根據(jù)無線電高度的讀數(shù)進(jìn)行更精確的姿態(tài)、速度、功率控制，可以不必過早地建立接水姿態(tài)，也不必過早看向水面，避免受到水面倒影的迷惑。隨著無線電高度的減小，機(jī)組配合一致，在接近水面前根據(jù)速度和下降率控制油門，由機(jī)組另外成員不斷報(bào)高度數(shù)值，隨著逐漸接近水面改變到著水姿態(tài)。這樣既可以更從容地調(diào)整飛機(jī)下降高度，也可以避免飛機(jī)在接近水面的時(shí)候速度過快、下降率過大或水姿態(tài)不正確。

以上這些技術(shù)訓(xùn)練成熟，常?？梢詫?shí)現(xiàn)安全、舒適著陸，水面降落受制于環(huán)境和設(shè)施，但水上飛機(jī)由于其特有的適應(yīng)性特點(diǎn)，掌握好適當(dāng)?shù)闹夹g(shù)，能更好擴(kuò)大該型飛機(jī)的適用性。另外在鏡面水著水和起飛的時(shí)候，有些相關(guān)飛機(jī)參數(shù)是需要關(guān)注的。

3.3.1 飛機(jī)速度

與正常的著水飛行相同，鏡面水著水也是速度逐漸變化的過程，直到水面接近著水速度。不同的是鏡面水很多時(shí)候無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)高度，所以無法做到速度和高度的統(tǒng)一，接水的時(shí)候拉高導(dǎo)致速度下降，從而導(dǎo)致失速或者接水下降率大。所以在明確接水或者接近水面前，一定要控制好速度，防止飛機(jī)發(fā)生危險(xiǎn)。

3.3.2 飛機(jī)姿態(tài)

由圖2可以看到，姿態(tài)過大，飛機(jī)接水時(shí)發(fā)生了縱搖，這是飛機(jī)船底斷階前后不穩(wěn)定的力和力矩造成的一種周期性的縱向運(yùn)動(dòng)。除了姿態(tài)過大會(huì)造成縱搖，姿態(tài)過小也會(huì)造成飛機(jī)縱搖。每個(gè)水上飛機(jī)都有其縱搖邊界，如圖4所示，確定水上飛機(jī)縱搖的上邊界和下邊界，控制飛機(jī)的姿態(tài)，遠(yuǎn)離飛機(jī)的縱搖區(qū)域，保持適當(dāng)?shù)淖藨B(tài)接水，從而避免飛機(jī)發(fā)生縱搖而損傷飛機(jī)結(jié)構(gòu)[1]。

圖4 水上飛機(jī)縱搖邊界

3.3.3 飛機(jī)過載

水上飛機(jī)著水時(shí)，由于受鏡面水的影響，飛機(jī)可能會(huì)發(fā)生下沉率大接水和縱搖等危險(xiǎn)情況，這些情況下，飛機(jī)過載相對(duì)會(huì)較大，從而損傷飛機(jī)結(jié)構(gòu)。

3.3.4 發(fā)動(dòng)機(jī)合適的動(dòng)力

發(fā)動(dòng)機(jī)是控制飛機(jī)下沉率和飛機(jī)速度的重要工具，動(dòng)力穩(wěn)定也是飛機(jī)下滑穩(wěn)定的重要因素。所以在飛機(jī)接水前，控制好速度和下降率、調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)油門功率是主要手段，切記粗猛操作油門，把油門控制在穩(wěn)定的狀態(tài)，配合姿態(tài)和速度，使下沉率達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定可接受的數(shù)值，從而穩(wěn)定接水。

3.3.5 下沉率和下滑角

下沉率過大，容易在接水的時(shí)候使飛機(jī)過載過大，從而損傷飛機(jī)結(jié)構(gòu)。所以根據(jù)速度、姿態(tài)和發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)，控制好下沉率，是保證鏡面水飛機(jī)接水的重要條件。由于下沉率較小，速度基本保持在接水時(shí)的速度，飛機(jī)的下滑角也比較小，所以在鏡面水接水時(shí)，要挑選開闊的水面或者開闊的空地，無地形障礙，適合飛機(jī)長(zhǎng)距離著水。

3.3.6 可預(yù)見的視覺高度或者無線電高度

鏡面水著水最大的危險(xiǎn)因素是無法準(zhǔn)確判斷飛機(jī)距水面高度，所以無論利用周邊地形間接判斷高度，還是使用機(jī)載無線電高度表獲得精確著水高度，可為飛行員獲得最直接的鏡面水著水?dāng)?shù)據(jù)提供支撐。只有飛機(jī)員可以明確著水高度和高度的變化，才能有效正確地操縱飛機(jī)著水。

4 總結(jié)

鏡面水不僅增加水面起降難度，而且也加重了飛行員起降負(fù)荷，從而使鏡面水水面起飛更加困難。平靜的水面導(dǎo)致阻力增加，飛機(jī)加速和離開水面更加困難。該型飛機(jī)最好的著水位置在船身斷階處，姿態(tài)過大或過小都會(huì)對(duì)飛機(jī)著水產(chǎn)生影響。著水瞬間控制飛機(jī)的姿態(tài)是最重要的，以防飛機(jī)因水面阻力過大姿態(tài)出現(xiàn)大幅變化，產(chǎn)生縱搖等危害飛機(jī)姿態(tài)的事件。由于飛機(jī)結(jié)構(gòu)、機(jī)上設(shè)備不同，水面著陸的方法有些許差別，每個(gè)飛機(jī)都需經(jīng)過飛行試驗(yàn)選擇最適合該機(jī)型的鏡面水起降方法，從而保證飛機(jī)安全。