秦嘉政

汽車怕“超速”，飛機怕“失速”

我們知道，飛機之所以能夠飛翔，是因為它的機翼在飛行的過程中，能夠與周圍的空氣發(fā)生相對運動。不過由于飛機機翼呈弧形，當空氣流經(jīng)機翼上表面時，上表面空氣的流速會比下表面快，而流速越快壓強越小，所以上表面的壓強就比下表面小。此時，上下表面出現(xiàn)了壓強差，壓強較大的下表面就產(chǎn)生了一種向上的升力。

升力除了和飛機機翼的形狀有關(guān)，還與機翼的迎角大小有關(guān)。迎角很小的時候，增加迎角能夠提高升力，但是當機翼迎角大到一個特定值時（這個數(shù)值和機翼的構(gòu)造有關(guān)），氣流就會與機翼上表面分離，這時機翼上表面的空氣流速約等于0，下表面的空氣流速就超過了上表面，其壓強隨之變小。此時，升力會迅速下降為0，甚至達到負值，這樣一來飛機就“失速”了。

飛行的姿態(tài)是由飛機機翼上的可動舵面來操控的，但是當飛機失速時，機翼上表面空氣流速接近于0，那么機翼舵面上的空氣流速自然也接近于0。此時機翼相對空氣是靜止狀態(tài)的，所以，飛行員無法通過操縱舵面來改變飛行姿態(tài)。失去了控制的飛機，就會如葉片一般下墜、翻轉(zhuǎn)……這是非常危險的。

失速尾旋

我們說當飛機機翼下表面壓強小于上表面時，飛機出現(xiàn)了失速現(xiàn)象。如果飛機的兩個機翼并不同時失速，那會出現(xiàn)什么情況呢？當飛機一側(cè)的機翼先失速，另一側(cè)后失速，由于兩側(cè)升力的不平衡，飛機會在空中翻轉(zhuǎn)。這時飛機的自身重力大于機翼提供的升力，所以飛機會進入一種螺旋下墜的狀態(tài)，我們把這種狀態(tài)稱為“尾旋”。

尾旋一般分為三個階段：進入階段，尾旋階段，改出階段。

在進入階段，飛機會產(chǎn)生劇烈的抖動和震顫。在這個階段，由于飛機還沒有完全進入自旋狀態(tài)，所以飛行員駕駛飛機脫險還是比較容易的。

在尾旋階段，飛機會陷入完全重復(fù)的運動狀態(tài)，一般來說就是不停地旋轉(zhuǎn)。這時，機翼完全失速，舵面的效率很低，飛機會以每秒幾百米的速度迅速下落。此時的飛機已經(jīng)很難控制，想要從尾旋中脫離的話，飛行員需要想盡辦法使飛機停止旋轉(zhuǎn)，然后低頭向下俯沖來加速。當速度足夠時，再轉(zhuǎn)入平飛。如果離地面高度不夠，沒時間改出，戰(zhàn)斗機的飛行員只能選擇跳傘逃生。但如果是沒有配備降落傘的民航客機出現(xiàn)這種情況，那全員逃生的可能性幾乎為0。所以，關(guān)于尾旋的大部分事故都出現(xiàn)在這個階段。

在改出階段，飛機會向下俯沖。此時，飛機相對空氣的速度會迅速增加，機翼的升力有所恢復(fù)，舵面效率也重新提升。當速度達到一定值時，飛行員就可以順利將飛機拉起，脫離尾旋狀態(tài)。

名詞鏈接

改出

改出有兩重含義：一是指戰(zhàn)斗機從機動飛行狀態(tài)轉(zhuǎn)換到正常飛行狀態(tài)的過程，如“改出俯沖”“改出盤旋”“改出倒飛”;二是飛行員操縱戰(zhàn)斗機從不正常、不穩(wěn)定飛行狀態(tài)轉(zhuǎn)換到正常飛行狀態(tài)的過程，如“改出尾旋”“改出失速”等。

降落在玉米地里的F-106

航空史上的尾旋事故

1962年，有兩位試飛員為了測試三叉戟客機的失速尾旋特性，通過逐漸增加迎角來降低空速，在越過臨界迎角后，三叉戟客機開始保持爬升姿勢并快速下降，進入深失速狀態(tài)。不一會兒，一側(cè)機翼開始失速下墜，飛機進入尾旋狀態(tài)。此時，眼看飛機危在旦夕，飛行員立刻偏轉(zhuǎn)方向舵使另一側(cè)機翼下墜。飛機左右搖晃，直至機頭緩慢下傾進入俯沖狀態(tài)，才逐漸恢復(fù)正常。兩位飛行員幸運地逃過一劫。

此次事件使得民航客機開始增配失速自動警報系統(tǒng)，又稱駕駛桿抖振器。當客機失速時，失速自動警報系統(tǒng)會被激活，駕駛桿開始抖動以引起飛行員的注意。除此之外，客機還增配了失速挽救系統(tǒng)，又稱自動推桿器。當客機失速時，如果飛行員沒有理睬失速警報，失速挽救系統(tǒng)會自動調(diào)整俯仰角，降低飛行迎角。這些技術(shù)一直被沿用至今，現(xiàn)在仍是客機防尾旋的重要手段。

1985年，在著名空戰(zhàn)電影《壯志凌云》的拍攝期間，美國海軍特技飛行員在駕駛F-14戰(zhàn)斗機拍攝電影中的尾旋改出鏡頭時，改出失敗，出現(xiàn)了機毀人亡的重大事故。這場戲不幸成真，使人們看到了“失速尾旋”的可怕。有悲劇當然也有喜劇，在1970年2月2日，蓋瑞·福斯特上尉駕駛F-106截擊機進行空戰(zhàn)訓(xùn)練時意外進入尾旋狀態(tài)，飛機的飛行高度迅速從11500米降到4500米，經(jīng)歷了多次改出失敗后，福斯特上尉果斷選擇了棄機逃生。而搞笑的是，他彈射逃生時的火箭彈射座椅給了飛機一個反沖力，剛好使得飛機低頭進入俯沖加速階段，順利脫離了尾旋狀態(tài)。還在降落傘下飄蕩著的福斯特上尉眼睜睜看著自己的飛機一路平飛揚長而去。這架飛機最后以一種完美的降落姿態(tài)落在了一片玉米地里，除了機腹蒙皮擦傷外，內(nèi)部結(jié)構(gòu)幾乎沒受一點兒損傷，在拉回機場維修后重返藍天。這架飛機因這份獨特的幸運，被稱為“玉米地轟炸機”，現(xiàn)存于美國空軍博物館。

飛機尾部加裝的反尾旋傘

救命稻草

尾旋是一種非常危險的狀態(tài)，為了防止民用飛機在正常商業(yè)使用中，或者軍用飛機服役使用時因誤操作進入尾旋狀態(tài)，飛行手冊中詳細列舉了對于飛行員操作的各項限制。為了摸清哪些操作會致使飛機進入尾旋狀態(tài)，就需要試飛員去嘗試每一種飛機在什么速度、什么姿態(tài)下會發(fā)生尾旋，以便讓飛行員可以避開這種操作。早期，這些勇敢的試飛員只能在故意進入尾旋后，憑自己高超的技術(shù)再脫離尾旋，如果操作不慎無法改出，輕則棄機跳傘，重則機毀人亡，可以說這是十分需要奉獻精神的危險行業(yè)。隨著科技的進步，為了保證試飛員的安全，在測試用的戰(zhàn)斗機和部分民用輕型飛機上，人們安裝了一種特殊的裝置——反尾旋傘，能夠在測試尾旋或在改出失敗的緊急情況下使用。反尾旋傘看起來很像我國戰(zhàn)斗機降落滑跑時用的減速傘，而我國試飛員李中華也明確說過，萬分緊急的情況下可以啟動減速傘來作為臨時的反尾旋傘。這個傘的用途就是拖住飛機，使飛機停止旋轉(zhuǎn)，低頭進入俯沖。飛機開始俯沖時，飛行員將尾旋傘拋棄，即可順利加速，轉(zhuǎn)入平飛。

反尾旋傘一般只會出現(xiàn)在軍用試驗飛機上，正常服役的軍用飛機是沒有的。當然也有些非常昂貴的民用小型私人飛機（一般是特技或運動飛機）會在機艙內(nèi)常備一個反尾旋傘。

“失速尾旋”聽起來是一個很普通的名詞，發(fā)生在飛機身上竟是生死一線的危機。不過，隨著科技的不斷發(fā)展，相信終有一天我們能最大限度地減少“飛行員殺手”造成的傷亡。