"空中刹车"(AIR BRAKE)的技术实现

文摘   2024-12-09 10:50   广东  

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AIR BRAKE(非术语)


茶余饭后,聊天闲话,总会有朋友问:既然马斯克的“大火箭”可以空中刹车,被“筷子(CHOPSTICKS)”夹住,四轴无人机能够空间瞬停,那我们常见的飞机或者直升机能像它们那样“空中刹车”吗?——那我们就从专业的角度回答朋友们的问题。

  • 在航空飞行中,飞机和直升机的“空中刹车”其实并不能够像“大火箭”回收、四轴无人机瞬停那样的操作,也不像地面车辆的刹车一样能够瞬间停止(实际上地面也不是瞬间停止)。

  • 飞机和直升机要在空中减速或停止需要通过特殊部件或气动装备的气动控制和特殊的飞行技术来实现。

本文对这类“空中刹车”方法进行专业分析。这其中包括了一些机载设备或者气动装置,也包含一些机动动作及飞行技巧,朋友们可以简单了解。

一、固定翼飞机的空中刹车(减速)

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1.扰流板:


  • 固定翼飞机没有传统的刹车装置,但可以通过扰流板(speed brakes或spoilers)来达到“空中减速”效果。

  • 扰流板是安装在机翼上表面的可动板,展开时会扰乱气流,增加空气阻力,同时削弱机翼升力,从而降低飞机速度。

  • 通常,扰流板主要用于着陆或紧急情况下,帮助飞机快速减速并调整姿态,例如,民航飞机在进近和降落阶段通常会预位开启扰流板以降低升力、缩短滑行距离;此外,在高空飞行中也可以使用扰流板控制速度,但飞行员需要注意避免升力过度损失,防止失速;当然,自动驾驶交联飞控系统操纵扰流板空中作动也会起到协助转弯的作用。

所以,长期乘坐客机的朋友们就会注意到,在空中时候会看到机翼靠尾部区域有些”扰流板“从机翼上掀起并小幅拍打飞机落地后,会看到这些扰流板瞬间成接近直角竖起。

这样的动作都是起到减速、乱流、减升、调整姿态、协调转弯的功能。

2.特技飞行中的急停动作:


  • 在特技飞行表演中,飞行员通常会采用一些空中特技动作实现类似“刹车”的视觉效果。
  • “眼镜蛇机动”(Pugachev’s Cobra),这是一种非常极限的飞行动作,飞机机头快速抬起到高迎角,使飞行速度迅速下降,达到“急停”效果。这种动作对飞行员操控技巧要求极高,也对飞机的结构、发动机性能有较大挑战,因此仅少数战斗机可以实现。

3.反推装置:


  • 飞机的反推装置(thrust reverser):

    一般在地面降落后使用,主要用于缩短滑行距离,减少对轮胎和制动器的磨损。然而在空中,反推装置“原则上”不使用,或者根本就不允许使用。因为反推装置产生的强大气流反向推力会直接导致空中减速,推力瞬间降低,“失速和坠机”都是可以预见的操作后果。

    推荐阅读:飞机“失速”状态的特征与预防

    空中意外开启反推造成的航空事故还是比较多的。

    注意1:现代飞机或者利用机械限动,或者利用“空——地”逻辑交联,对发动机反推的使用进行了操作限制,这样就不会发生空中操纵的情况。但是较早之前或者个别机型仍旧存在没有空中保护的情况,比如C-17。

    注意2:某些战斗机为了实现更短的着陆距离,会在即将接地之前提前打开反推,也并不稀奇。

    注意3:某些飞机尽管空中限制开启,但是有些逻辑是低于一定高度会实现解锁。如:波音某些机型手册离地15英尺以下反推解锁(记不大清了,如果有误,请联系更改)。

  • 矢量喷口(Vector Nozzle):

    某些特殊战斗机,例如俄罗斯的苏-27系列,由于拥有矢量推力,可以通过调整喷管角度在空中进行极端的机动动作,实现一定的“急停”效果,但这并不是通常意义的空中反推刹车。


二、直升机的空中刹车

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1.旋翼刹车:


  • 直升机在地面上停机后,有时会使用旋翼刹车(Rotor Brake)来快速停止旋翼转动,通常允许操作的前提是旋翼转速低于一定值。

  • 旋翼刹车的设计是为了提高地面安全性,避免旋翼继续旋转造成危险。

  • 然而,旋翼刹车仅在地面使用,在空中并不会使用,否则会直接导致升力丧失,直升机坠落

    注意1:在空中不会使用,不代表飞行员不会误操作;飞行员误操作,不代表旋翼刹车就能实际制动。这是因为旋翼刹车系统与发动机选择开关以及WOW信号交联,在发动机启动或者离地后,液压回路自动关闭。

    注意2:有些老旧机型的直升机并没有实现系统交联、联动保护,毕竟这种设计“要加钱”。所以空中旋翼刹车还是可以实现的。

    注意3:旋翼刹车系统通常为选装设备,没有配备也是正常的。

2.特技飞行中的“急停”动作:


  • 直升机也有一些特技飞行动作可以产生“急停”效果。比如急停悬停(Quick Stop),也有“甩尾急停”的机动动作。这是指直升机飞行过程中迅速向后拉动操纵杆,减小前飞速度并进入悬停状态。这个动作需要飞行员精准操作,通过倾斜主旋翼以及尾桨的配合,使直升机快速减速并在短时间内保持稳定。

  • 急停悬停在直升机应急情况下非常重要,比如在障碍物前方紧急悬停避免碰撞。飞行员可以通过急停动作调整飞行姿态,并根据场景需要实现空中减速。这种操作要求对直升机动力系统、旋翼角度和尾桨的控制达到高度配合。
  • 与战斗机类似,直升机同样可以实现眼镜蛇机动(Pugachev’s Cobra),但是除了对机型构型与发动机性能有较高的要求之外,对于直升机驾驶员的技术要求更为严苛。


写在最后

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从航空专业的角度来说,无论是固定翼飞机还是直升机,都没有直接的“空中刹车”机制。

  • 它们的空中减速主要依赖气动结构的控制,如扰流板和特技飞行中的急停动作等。固定翼飞机借助扰流板、特技飞行动作实现“空中刹车”效果,而直升机则通过特殊机动动作达到急停悬停,但这些都对飞行员技术和航空器设计提出了较高要求。
  • 还有朋友会问,汽车可以倒车,飞机能“倒机”么?——固定翼飞机“倒机”,非常罕见。但是直升机向后飞,那就是非常容易实现了,而且还装配有“后视镜”。通常来说,配备后视镜是为了观察直升机后侧或周围环境,还有的后视镜是为了便于观察吊运的货物、人员等。

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