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不想飛機屁股觸地,航空制造商做了什么努力?

時間:2019年12月04日   來源:微信@航空知識
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  2010年1月29日,一架奧地利航空的波音767-300從北京首都機場起飛,由于遭遇側風與紊流,飛機抬輪時尾部在跑道上擦出了一道重重的白煙。所幸飛行員沒有收到飛控系統關于機體受損的信號,這架波音767客機正常爬升向目的地飛去。

  保護這架飛機的關鍵部位就是位于飛機尾部的一個名叫尾橇的小部件,別看它個頭小,卻十分重要,現代大型民航客機可都少不了它。

 

安裝在波音737-800尾部的尾撬。尾撬內部安裝有一個可碎腔體,可緩解機尾觸地時對機體的沖擊,撞擊后必須更換。

 

92电影网午夜福利  尾橇,英文名為tail skid,直譯成中文是“尾部滑橇”,專門用于保護飛機起降時由于抬輪速度過快或遭遇異常氣流等因素導致機尾與跑道的撞擊或摩擦,確保機身本體不受傷害。尾橇上設計用于撞擊磨損的部位沒有液壓或電路系統,就像是沒有神經與血液的硬骨骼。一些飛機尾橇的橇桿可以受控收放,但控制結構必須遠離機體。在飛機整體設計中,可能遭受擦尾的部位必須位于增壓艙結構外。現代客機大多采用前三點式起落架設計,這樣的設計注定為擦尾事故的發生帶來了可能。導致擦尾事故的原因主要有幾種,起飛時擦尾多是因為錯誤的重心配平,或重心計算錯誤;由于重量或襟翼設置不當導致錯誤的抬輪速度;過快的抬輪速率則多發生在飛行員機型改裝后對新機型沒有完全適應;最后還有錯誤的飛行指揮。著陸擦尾事故則是因為空速過大、高度過高以及突然改變姿態而導致的不穩定進近;飛行員對平穩著陸的過程追求;側風、陣風和風切變處理不當;以及突然做出復飛決定而導致推力、仰角不當。其中,著陸時發生擦尾事故后果一般更為嚴重,多數情況會造成飛機主體結構受損,令人印象深刻的韓亞航空214航班空難就是一起典型的擦尾導致飛機解體的重大事故。

  為防止擦尾事故的發生,以及減少擦尾發生時對飛機的傷害,波音在這方面作了很多研究,飛機擦尾保護系統因此應運而生。這套系統專門為777-300ER這樣的大型寬體客機設計,并集成到了飛控系統當中。該系統會結合飛機重心、載荷、機場氣象條件,連續讀取起飛滑跑時的關鍵參數,并通過傳感器獲得機尾相對跑道的距離與接近率,如果認為即將發生擦尾,系統則會自動向控制飛機俯仰的水平尾翼發出信號,自動限制飛機抬頭。在此前例如757/767-300這類體型較長的客機上,應對擦尾事故的方法是在尾部下方可能發生擦尾的區域加裝一塊可以吸收沖擊力的滑橇。發明防擦尾保護系統的5名波音工程師之一——密特拉·山克瑞特(Mithra Sankrithi)介紹說:

  為寬體機安裝實體尾橇,一次輕柔的擦尾事故倒是次要的,因為我們可以更換尾橇結構,做機體強度檢查,一般情況都不會有大問題。讓跑道摩擦尾橇總比直接與機體摩擦好,只要氣動外形沒改變,蒙皮沒有受損,飛行員就依然能完全控制飛機。在787和以后的機型上,我們采用或將采用更先進的防擦尾保護系統,此時飛機不再安裝實體結構的尾橇,而是在原位置安裝傳感器,這樣可以減輕重量,降低生產與維護成本。同時,該系統還針對寬體機在起降階段做了氣動優化,使客機獲得更多的載荷。

  在客機上安裝尾橇,是為了避免機尾意外接地造成傷害,而在一款新飛機的取證試飛階段,試飛員則必須讓飛機尾部接地起飛,以獲得這款飛機一個極為關鍵的指標——最小離地速度(VMU)。空中客車的最新客機——A350XWB測試最小離地速度時(題圖),在尾部加裝了一塊可承受超過150噸壓力的特質尾橇,以防止試驗時對機體造成傷害。對飛行員來說,這是所有試飛中最令人緊張的科目之一,因為飛機抬頭后很難建立穩定的擦地狀態,大迎角會導致飛行員幾乎看不到跑道,很難保持飛機姿態與方向,此外還容易導致機尾損壞、著火。最嚴重的是,低速大迎角容易導致飛機失速、發動機停車,而這將導致飛機意外撞地或沖出跑道,造成重大損失。因此,A350XWB的這項測試選在了位于法國南部的伊斯特爾空軍基地進行,該基地跑道長達5千米,其延長線上也有數千米沒有任何障礙物,氣象方面則需跑道環境內無湍流,風速小于5節。

 

A350XWB在進行最小起飛速度測試時,滑撬與地面擦出了火花

 

  我國自主研發的ARJ21支線客機在取證試飛階段也進行過這項測試,加裝尾橇的飛機經過7架次試飛,最終給出了飛機在各種推重比下的最小離地速度,同時創造了尾橇觸地滑跑姿態角13.8°、擦地姿態長達16秒的紀錄。除了加裝機械結構的尾橇外,一些飛機還通過尾輪防止機尾與跑道摩擦,作為支撐,尾輪還可增加飛機在抬頭階段的穩定性。協和客機的尾部就有一個可以收納在流線型尾椎里的尾輪,前蘇聯伊留申飛機設計局設計的伊爾-62系列客機,尾部也有一對半埋式尾輪,飛機滑行時,尾輪放下,用于支撐巨大的尾翼與4臺D30發動機的重量,滑跑起飛時,半埋的尾輪起到了不錯的防擦尾效果。不僅客機有尾橇尾輪,J35“龍”戰機、馬基MB-326等小型戰斗/教練機的尾部也裝有尾輪。

 

伊爾-62尾部的防擦尾輪。當飛機低速滑行或停場時,該尾輪可放下,支撐巨大的尾部重量。

 

  無論是尾橇,還是尾輪,亦或什么都沒有,每次飛行結束后,機務都需目視觀察尾部是否有磨損痕跡,如果有,則必須進行更進一步的檢查與修復工作,否則有可能會給未來的飛行埋下重大安全隱患。1985年8月12日,日本航空的一架波音747客機(沒有尾橇)執行從東京飛往大阪的123次航班時,就因之前發生擦尾事故后,沒有對機體進行完善徹底的修復,導致飛行中垂直尾翼脫落進而墜毀,造成了520人死亡、4人受傷的重大事故。2002年5月25日,中華航空的一架747在起飛爬升階段突然解體,導致機上225人全部罹難。此次“澎湖空難”,也是因為該機于1980年2月7日在香港啟德機場執行CI009航班起飛時,機尾擦地損傷了蒙皮,然而當時機務并沒有按照波音給出的維修標準進行修復。此后20多年的飛行中,金屬疲勞導致該機機體強度減弱,最終以空中解體告終。

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