- 沖上云霄:大型噴氣機的飛行
- (英)斯坦利·斯圖爾特 約翰·愛德華茲
- 8906字
- 2019-01-01 00:07:14
第一部分 飛機內(nèi)在與飛行細節(jié)
01飛行基本原理
水平直線飛行的飛機受4個力的影響(見圖1—1),當(dāng)這4個力平衡時,即升力等于重力,推力等于阻力時,飛機就平衡飛行。
●升力是由機翼產(chǎn)生的向上的力,作用于一個中心點,即壓力中心。
●重力由千克(kg)或磅(lb)來表示,作用于重心。
●推力是發(fā)動機產(chǎn)生的力,通常表示為千牛頓(kN)或磅,推動飛機在空氣中前行,作用于同向來的阻力。
●阻力是空氣阻止飛機運動的力。

圖1—1 作用于飛機的4個力
升力
如果司機在疾駛的車輛中將手伸出窗外,手伸直朝向氣流方向,氣流流過手的表面就會產(chǎn)生一個抬升的力,并將手向后推(見圖1—2)。這個向上的分力叫升力,向后的分力叫阻力。機翼的形狀要比放平的手精確得多,其效率也大得多,不過產(chǎn)生升力的方式相同。機翼以一定的角度安裝在機身上,飛行時與氣流的方向形成一個相對位置。空氣流過凸起的上表面,氣流上升并沿著機翼弧線流動,距離加長,速度加快,這就在上表面形成低壓區(qū),向上拉升機翼。氣流產(chǎn)生的升力使機翼的下表面壓力增加,向上抬升機翼,但上表面由于壓力減小所產(chǎn)生的升力遠大于下表面所產(chǎn)生的升力。

圖1—2 升力與阻力
機翼上表面的低壓區(qū)不是真空區(qū),只是相對于周圍空氣壓力減小,稱作負壓。同樣,機翼下表面的高壓區(qū)相對于周圍空氣壓力增加,稱為正壓。飛機的壓力模式分布(見圖1—3)清楚表明,負壓在抬升過程中起到了更大的作用。為更準確地描述升力,可以這樣認為,機翼上下表面的低壓與高壓區(qū)一起在機翼后緣形成下沖氣流,機翼受到升力向上與向后的作用。簡單說來,飛機好像是由機翼上表面的低壓將其吸進空氣中,這種說法并不荒謬。

圖1—3 飛機周圍的壓力模式分布
升力受到很多因素的影響。空氣密度影響升力:密度越大,升力越大。流過機翼的空速,即飛機的真空速(true airspeed,TAS)也影響升力:速度越快,升力越大。機翼相對于氣流的角度叫迎角(見圖1—4),也會影響升力:迎角越大,升力越大。機翼固定在機身不動,向上或向下俯仰機頭可改變迎角大小,即改變飛機的姿態(tài)。要保持升力不變,如水平飛行時,改變真空速需要調(diào)整飛機姿態(tài);空速增加,需要降低機頭,空速降低,需要抬高機頭。機翼面積也影響升力:面積越大,升力越大。飛機越大越重,要產(chǎn)生足夠的升力需要的翼展和機翼面積就越大。如今的大飛機都有著巨型的機翼,波音777–300X翼展長達64.9米,與波音747–400的翼展相同。

圖1—4 迎角
現(xiàn)代噴氣飛機使用較大的后掠翼(波音777后掠角達32度),飛機高速巡航時,可以延遲氣流達到音速時出現(xiàn)沖擊波。低速飛行時,機翼產(chǎn)生升力的能力較差。這就需要前緣和后緣襟翼等增升裝置,打開增升裝置,機翼面積增加,機翼的弧高增加(見圖1—5)。襟翼完全打開,機翼面積增加20%,升力增加超過80%。襟翼可增加升力,減慢速度,同時阻力也增加,讓飛機慢下來。機翼下方的獨木舟型整流罩把襟翼運行時的軌道與傳動裝置包裹起來。

圖1—5 襟翼對機翼表面區(qū)域和弧度的影響
起飛時要增加升力,根據(jù)不同情況使用5度或15度襟翼,由此增加的升力比產(chǎn)生的阻力要大。正常重量運行時,不可能無襟翼起飛。著陸時,正常情況下選用30度襟翼,系統(tǒng)不正常和道面污染時使用20度襟翼。
大型噴氣飛機滿載荷長途飛行需要50~60秒較長的起飛滑跑距離才能離陸。達到要求的起飛速度時,飛行員拉升機頭(即起飛抬前輪)到預(yù)計的俯仰角,也就增大了與氣流的迎角,升力增加,飛機爬升。大型噴氣飛機以最大起飛重量起飛,要求速度達到大約165節(jié)(305千米/小時),通常大型機場跑道長度達到約3500米才能滿足所需的起飛距離。當(dāng)然,并非所有的飛行都以最大重量起飛,重量減少,所需的升力也少,飛機所需的跑道滑跑距離也較短。

放下的前緣縫翼和襟翼

光潔機翼

20度襟翼
重量
飛機的重量通常用千克或磅來表示,如今的大型飛機重量太大,用幾十萬的重量單位來表示對很多人而言難明其義,通常使用較大的單位來表示重量。1噸(或公噸)等于1000千克,等于2200磅。1長噸等于2240磅。1長噸約等于1噸,只差40磅。使用公制、英制,“噸”還是“長噸”,沒有什么差別,為簡化起見,一律使用“噸”。舉個例子,波音777–200的最大起飛重量為297600千克或656000磅,用近300噸來表示就很清楚地說明了重量的大小。波音777–300X最大起飛重量是340噸,747–400是397噸。
飛機載荷
飛機的結(jié)構(gòu)空重加上機載設(shè)備重量、機組成員及其行李的重量,合在一起看作是飛機的使用空重。它再加上乘客(男性每個人以78千克/170磅、女性以68千克/150磅、兒童以43千克/95磅、嬰兒以10千克/22磅計算,包括手提行李及隨身物品的重量)和貨物(包括乘客的行李)的重量就是業(yè)載。使用空重加上業(yè)載,不包括燃油的重量,稱為無油重量。無油重量加上燃油重量,就獲得最后的起飛重量(見圖1—6)。飛機飛行任何時刻的總重量稱為飛機在空中總重量(all-up weight,AUW)。

圖1—6 起飛重量——波音777–200系列
波音777–200系列飛機使用空重約144噸。它的最大結(jié)構(gòu)起飛重量是297.5噸,其中最大業(yè)載加上可攜帶的燃油量可達到153.5噸,超過了波音777–200自身的結(jié)構(gòu)空重!最大的燃油重量取決于燃油的自重與油箱的最大容積,約為137.5噸。最大的載客量取決于最大的座位安裝數(shù)。波音777–200可安裝300~375個座位,根據(jù)不同座位布局,其加長型波音777–300座位數(shù)可達370~450個。
按7個小時的飛行時間來計算,波音777–200的平均重量為:使用空重144噸,業(yè)載30~40噸,燃油50~55噸(用掉約45噸,余下為備用油),起飛重量為220~240噸。
重量與平衡
重量在飛機上的分布非常重要:裝載不正確會導(dǎo)致飛機要么機頭過重,要么機尾過重,操縱面無法糾正。有效載荷及其分布需要預(yù)先精確地計劃。大部分貨物(旅客行李在辦理登機手續(xù)時就量過)預(yù)先裝在貨盤上,設(shè)計時就考慮到了貨盤與貨艙的固定問題。記錄下每一個貨盤的重量,并準確地安排其位置。使用專門的裝載車輛把貨盤升到貨艙門的高度,然后用滾軸把貨物從升高的平臺上滑到貨艙預(yù)先確定的位置。機長決定所需燃油的重量,將燃油重量按照燃油的比重轉(zhuǎn)換為體積,然后以升或加侖為單位,把燃油加進機翼或機腹的油箱中。
乘客的重量與座位的分配在辦理登機手續(xù)時就輸入計算機,同時貨物的分布、最終裝載的燃油重量等信息也輸進計算機。計算機算出飛機的重心,檢查是否在限制范圍內(nèi)。飛機設(shè)計時就考慮了重心的移動,可以使用不同的重量起飛,重量的分布也可變化。飛行過程中,燃油消耗會改變?nèi)加偷闹亓糠植迹瑢?dǎo)致重心的移動。因此,計算機也要計算出重心在整個飛行中是否依然保持在適當(dāng)范圍內(nèi)。所有這些信息都記錄在艙單上,裝載完成后離場前要把它交給機長檢查簽字。

設(shè)置襟翼30度著陸
推力
靜推力是發(fā)動機在飛機靜止不動時用最大起飛功率所產(chǎn)生的推力。由于噴氣發(fā)動機的性能與吸入空氣的密度成正比,我們假定飛機在海平面以標準大氣溫度15C、標準氣壓1013.2hP為準。波音777–200系列配備的通用電氣GE90–94B發(fā)動機,每一臺能產(chǎn)生416.5kN或93800lb的靜推力。波音777–300X配備的通用電氣GE90–115Bs發(fā)動機,每一臺能產(chǎn)生466.5kN或114800lb的靜推力,全動力起飛條件下兩臺發(fā)動機產(chǎn)生高達933kN或229600lb的靜推力。
阻力
阻力有兩大類,一是飛機形狀與蒙皮產(chǎn)生的翼型阻力,一是產(chǎn)生升力過程中形成的誘導(dǎo)阻力。
翼型阻力
飛機的形狀所產(chǎn)生的阻力,是因為平滑的氣流被飛機的形狀所分離,實際上也叫形狀阻力。飛機的結(jié)構(gòu)設(shè)計為流線型,是為了把形狀阻力減少到最小。
飛機蒙皮與氣流摩擦也會產(chǎn)生阻力,叫蒙皮摩擦阻力。快速經(jīng)過的氣流與飛機表面接觸會在飛機表面形成一層慢速氣流。(以河水為例,河流中間流速快于河兩岸,也是這個原因。)慢速氣流所形成的附面層的厚度取決于氣流流經(jīng)表面的類型。精心打磨過的飛機表面產(chǎn)生的附面層極薄,可以把蒙皮摩擦減少到最小。
翼型阻力是形狀阻力與蒙皮摩擦一起形成的,與飛機的速度有關(guān),飛機速度提高時翼型阻力明顯增大——飛機速度翻倍,翼型阻力翻4倍。(騎自行車的人都知道,強逆風(fēng)與無風(fēng)條件下騎車,情況很不同。)
誘導(dǎo)阻力
誘導(dǎo)阻力是產(chǎn)生升力的直接結(jié)果,由機翼后緣上下層氣流交匯形成。機翼上表面的氣流向內(nèi)流向翼根上方的最大低壓區(qū),機翼下方的氣流向外流向翼根下方的最大高壓區(qū)。這兩股氣流在機翼的后緣以一定角度交匯,在每一個翼尖形成旋轉(zhuǎn)氣流,稱為翼尖渦流(見圖1—7)。這些翼尖渦流沿翼根方向旋轉(zhuǎn),在大型飛機尾流中形成強度很大的亂流。誘導(dǎo)阻力對速度的影響與翼型阻力完全不同,氣流速度增加,誘導(dǎo)阻力實際上減小。翼尖渦流在起飛與著陸的低速時更加明顯,設(shè)定著陸襟翼的最后進近著陸階段最為明顯。下雨天可以清楚看見飛機著陸時在空中飄飛的水汽。

圖1—7 翼尖渦流

在正著陸的飛機上能清楚地看見機翼后緣的下洗氣流和翼尖渦流
總阻力
如前所述,翼型阻力隨氣流速度提高而增加,誘導(dǎo)阻力隨氣流速度降低而增加。任何時候總阻力都包括翼型阻力與誘導(dǎo)阻力。這兩種阻力之和所構(gòu)成的總阻力與速度的關(guān)系繪成總阻力曲線,見圖1—8。這個圖就是總阻力曲線,所有的飛行員都很熟悉。

圖1—8 總阻力曲線
總阻力曲線圖中阻力最小的點所對應(yīng)的速度,就是翼型阻力與誘導(dǎo)阻力相等的時候。不可思議的是,在這一點時,速度無論是提高還是降低,阻力都會增加。最小阻力時,只要速度降低幾節(jié),飛機就會進入“錯誤”的阻力曲線一邊,速度減小,阻力就快速增加,這時就需要更大的推力來增加飛機的速度。正常情況下,巡航速度大于最小阻力對應(yīng)的速度,使飛機保持在阻力曲線“正確”的一邊,確保安全操作的邊際。
失速
飛機速度減慢,要保持足夠的升力,拉升機頭來增加機翼的迎角,誘導(dǎo)阻力也隨之增加。如果飛機的速度太低,機頭向上太多,迎角達到臨界點,機翼上的平穩(wěn)氣流從上表面分離產(chǎn)生亂流(見圖1—9)。平穩(wěn)的氣流分離后,所有的升力消失了,湍流尾流形成最大的阻力,這種情形叫失速。機翼升力消失,機頭向下,飛機急速下降,增速后又進入小俯仰角姿態(tài)。失速開始時,湍流尾流導(dǎo)致飛機抖振。前推駕駛盤迫使飛機俯沖可以改出失速,同時使用全推力直至飛行速度再次恢復(fù)。然后把飛機拉出俯沖改為水平直線飛行。

圖1—9 失速——臨界迎角
顯而易見,大型噴氣飛機失速是非常危險的,飛行員的訓(xùn)練包括失速的識別和改出,在失速實際發(fā)生之前提前識別失速狀態(tài),并盡早改出。失速警告設(shè)備包括“振桿器”,出現(xiàn)失速狀況初期駕駛盤會抖動,“自動推桿器”在失速出現(xiàn)后會猛向前推駕駛盤。波音777–200在最大著陸重量208.6噸時的失速速度,光潔外形(無襟翼或起落架沒有放出)為152節(jié)指示空速(281千米/小時),襟翼全放出、起落架放下時為107節(jié)指示空速(197千米/小時)。振桿器啟動速度分別為167節(jié)與114節(jié)。
翼梢小翼
翼展超過65米會增加飛機在機場地面滑行的難度,波音747–400引進翼梢小翼,來彌補所需的額外的升力,又能在停機坪與機庫中保持足夠的間隔與安全距離。空客A340–500/600也因同樣的原因引進小翼。小翼的設(shè)計可以提升巡航性能,產(chǎn)生更大的升力,減少阻力,同時保持較好的低速操作性能。與標準機翼相比,延長翼尖與小翼能夠減少燃油消耗大約3%,正因為如此,一些翼展較小的飛機也采取了這種設(shè)計。加長型波音777–200X/300X翼展長達64.9米,最小化對原型機的改動,沒有吸收翼梢小翼的設(shè)計。實際上,波音777使用的是亞音速商用飛機中氣動效率最高的機翼形狀。因此,波音777要比同類型的飛機爬升更快、巡航更高、速度更快,在高溫、高海拔機場,能夠允許乘客滿員載量。
飛行中的平衡與穩(wěn)定
平衡性
想象一下,在兒童房的天花板上用一根線掛著一架模型飛機。把線拴在飛機重心位置時,飛機就平衡了;把線拴在飛機重心后面,機頭就朝下;拴在重心的前面,機頭朝上。類似地,如果拴線的位置固定,在模型飛機的任何一段稍微增加一點重量就把飛機的重心移動了。
現(xiàn)在想象一架水平直線飛行的飛機,以與用線懸掛的模型飛機相似的方式,由上升的升力作用于壓力中心而懸浮在空中。在空中,壓力中心就像一個一個中心點,類似于蹺蹺板的中心,要維持飛機的平穩(wěn)飛行,就要求重力與升力作用在同一條直線上。要在整個飛行過程中保持飛機的平衡就像在刀口上保持模型飛機平衡一樣不切實際。由于起飛與著陸使用襟翼會移動壓力中心,巡航燃油消耗會后移重心,升力與重力很少作用在同一條直線上。飛行中,會首先使用中央與機翼內(nèi)側(cè)的主燃油箱中的燃油,最后使用翼尖油箱中的燃油,由于是后掠翼,重心就會很靠后。增加可移動的水平尾翼可以克服這個問題,它起到穩(wěn)定的作用;整個水平尾翼的設(shè)計可以改變它與氣流的角度直到正確位置,從而矯正任何的不平衡。(不要與水平尾翼的升降舵的運動混淆在一起,稍后會講。)可變換角度的水平尾翼更合適的名稱是水平安定面。
重心在壓力中心之后,飛機機尾過重,就需要更大的力來抵消機尾過重的影響,從而使飛行更加平穩(wěn)。這就需要通過液壓機械移動整個水平尾翼,增加安定面的迎角來實現(xiàn)。水平尾翼升力增加,會抵消機尾過重的狀況。同樣,重心在壓力中心之前,飛機機頭過重,液壓機械移動水平尾翼,減小安定面的迎角從而產(chǎn)生負升力,其作用向下,再一次抵消飛機重量的移位,并使其保持平衡。使用液壓移動安定面的平衡過程就叫配平。配平飛機時,飛行員可通過駕駛盤上的壓力感覺到失去平衡的力。操作駕駛盤上的電源開關(guān)可啟動液壓機械移動安定面。飛機配平后,駕駛盤上失去平衡的壓力消失,此時飛機就平衡了,不用人工操作也能繼續(xù)保持穩(wěn)定的飛行狀態(tài)。
起飛與著陸時,飛行條件不斷地變化,操縱飛機的飛行員要連續(xù)地配平飛機。接通自動駕駛儀后,如正常巡航時,飛機自動配平。離場前,計算機根據(jù)起飛后的重量與載荷分布,計算出平衡飛機所需的安定面設(shè)定值。起飛前地面檢查準備時,就在配平刻度盤上設(shè)定好相應(yīng)的安定面設(shè)定值。
穩(wěn)定性
物體位移后再回到原來的位置,物體就是穩(wěn)定的,如果不能回來,就不穩(wěn)定。飛機設(shè)計出來就具有一定程度的穩(wěn)定性,在受到陣風(fēng)的干擾離開原來的飛行路線時,無需移動飛行操縱面就能回到最初的穩(wěn)定飛行狀況。大型旅客運輸機對穩(wěn)定性要求很高,飛機的俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏轉(zhuǎn)三種運動所具有的內(nèi)在穩(wěn)定性是基本的空氣動力與結(jié)構(gòu)設(shè)計的特征。
飛機自身的飛行穩(wěn)定性
每一種運動可以畫一個簡圖,把飛機的壓力中心想象成飛機在各個方向運動的支點(見圖1—10)。

圖1—10 壓力中心
俯仰運動的穩(wěn)定是水平尾翼的作用,就像導(dǎo)彈的固定翼或飛鏢的尾翼。(不要與為保持平衡飛行通過運動安定面來配平相混淆。)陣風(fēng)把機頭推向上,兩個機翼與水平尾翼的迎角都增加。水平尾翼遠離壓力中心,作用距離較長,所增加的升力足以拉高機尾,使飛機回到水平直線飛行。陣風(fēng)使機頭俯仰向下,會出現(xiàn)相反的情況(見圖1—11)。

圖1—11 固有的飛行穩(wěn)定性
機翼的反角結(jié)構(gòu)使飛機具有滾轉(zhuǎn)穩(wěn)定性,每一個機翼都與水平面成小夾角(7度)。如果亂流導(dǎo)致飛機滾轉(zhuǎn),飛機向一邊形成坡度,產(chǎn)生側(cè)滑
。受上反角效應(yīng)的影響,飛機較低側(cè)的機翼下的空氣阻力把機翼向上推,一側(cè)機翼在向上的同時,機身后部同樣受機翼上反角效應(yīng)消除向心力。這就阻止飛機側(cè)滑,飛機又回到了水平飛行。
垂直尾翼的作用是使飛機具有偏轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。如果亂流使飛機機頭向左或右偏轉(zhuǎn),垂直尾翼即離開原有位置。垂直尾翼遠離壓力中心,所產(chǎn)生的反作用力足以使其又回到原來的位置。
飛行操縱面
升降舵控制飛機的俯仰運動,副翼控制滾轉(zhuǎn)運動,方向舵控制偏轉(zhuǎn)運動(見圖1—12)。所有的操縱面都是液壓操作,由三套獨立的液壓系統(tǒng)中的一套或多套提供動力,使系統(tǒng)失效的動力損失最小化。操縱面離開其中心位置,導(dǎo)致流經(jīng)操縱面的氣流施加一個力,按照所要求的方向移動飛機。
升降舵——爬升與下降
升降舵向上運動產(chǎn)生負升力,迫使機尾向下,機頭向上,飛機爬升。升降舵向下運動導(dǎo)致飛機下降。
副翼——滾轉(zhuǎn)與轉(zhuǎn)彎
副翼使飛機向左右轉(zhuǎn)彎,通過使飛機滾轉(zhuǎn),從而形成轉(zhuǎn)彎。飛機通過滾轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)彎與摩托車轉(zhuǎn)彎時的傾斜相似。一邊的副翼向上,升力減小使機翼向下;另一側(cè)的副翼向下,升力增加迫使機翼向上。當(dāng)達到所需坡度(坡度越大,轉(zhuǎn)彎越快),兩邊的副翼回到中立位,飛機繼續(xù)轉(zhuǎn)彎。飛機改出轉(zhuǎn)彎使用的是與上面所說的相反的過程。

圖1—12 操縱面

開始高速右轉(zhuǎn)時,只有內(nèi)側(cè)副翼/襟副翼在工作
波音777每一個機翼上有兩套副翼,靠近翼尖長而細一些的是外側(cè)副翼,內(nèi)側(cè)副翼在發(fā)動機后面,較大,方形。內(nèi)側(cè)副翼與襟翼的作用相似,更合適的名稱叫襟副翼。襟翼放出,襟副翼也隨之成比例向下打開。為了增加升力,在襟翼5或以上時,外側(cè)副翼也向下打開一些,兩套副翼繼續(xù)提供滾轉(zhuǎn)控制。高速時,只需較小的副翼運動,外側(cè)副翼操作被抑制。低速(正常情況下,起飛后、初始爬升、下降和進近時)需要良好的轉(zhuǎn)彎能力時使用兩套副翼。兩套副翼在275節(jié)以下才工作,該系統(tǒng)由空速來設(shè)置。
方向舵——偏轉(zhuǎn)
飛機在跑道上起飛加速或著陸后減速時,方向舵用于保持方向(與輪船的舵一樣)。在跑道與滑行時方向舵還可操縱前輪左右轉(zhuǎn)動最大至7°。有一個前輪轉(zhuǎn)彎手柄用于滑行時操縱前輪更大的轉(zhuǎn)動。在一邊的發(fā)動機動力與另一邊相差較大時,會形成不對稱飛行(即一發(fā)失效),此時,可使用方向舵來重新調(diào)整不平衡。高速時,只需較小的方向舵移動,方向舵比率系統(tǒng)在速度增加時減小方向舵的移動。
方向舵也起到偏航阻尼器的作用,它會自動運行來抑制飛機滾轉(zhuǎn)與偏航的意外運動,這種狀態(tài)稱為荷蘭滾(得名于早期荷蘭水手在海上生活數(shù)月后在陸地上無法直線走路,像喝多了酒一樣)。通常,荷蘭滾由陣風(fēng)引起,出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)–滾轉(zhuǎn)震動,與后掠翼阻尼性能差有關(guān)。穩(wěn)定系統(tǒng)感覺到運動,指示方向舵向相反方向運動,阻止荷蘭滾出現(xiàn)。
擾流板——減速板
擾流板(見圖1—13)擾亂機翼上表面的氣流,破壞了升力。著陸時,擾流板自動打開破壞升力,使飛機的所有重量牢牢地壓在機輪上。這有助于防止飛機重著陸時彈跳,同時提升剎車效率。中斷起飛時,使用反推自動打開擾流板,再次使飛機的所有重量壓在機輪上來提升剎車效果。

圖1—13 擾流板
飛行中,擾流板可作為減速板,使用擾流板手柄來人工打開,可快速地減慢飛機速度,或提高下降率。使用減速板,在客艙中能聽到輕微的隆隆聲。飛機轉(zhuǎn)彎時,一側(cè)的擾流板能自動打開來輔助實現(xiàn)較大的轉(zhuǎn)彎坡度,因此它也可作為飛行操縱面。機翼向下一側(cè)的擾流板自動升起,升力減小,輔助機翼向下運動。
飛行控制——駕駛盤與方向舵腳蹬
飛行操縱面的動作(見圖1—14)是本能的。起飛時,達到飛行速度,向后拉駕駛盤,抬前輪達到升空所需要的機頭向上姿態(tài)。著陸時,向后拉駕駛盤,拉平飛機減慢下降率,以便平穩(wěn)接地。

圖1—14 飛機操縱面
飛行中,向后拉駕駛盤抬升機頭,使飛機爬升;向前推駕駛盤,飛機下降。向左轉(zhuǎn)駕駛盤(就像轉(zhuǎn)動汽車的駕駛盤),飛機向左壓坡度,然后轉(zhuǎn)彎;反之亦然。蹬左舵,飛機向左偏轉(zhuǎn);蹬右舵,飛機向右偏轉(zhuǎn)。每個方向舵腳踏板上方都是腳尖剎車裝置,用腳尖施加壓力來剎車。著陸后或中斷起飛要減速時,腳尖剎車向各自一側(cè)的小車式主起落架機輪,形成對稱或差動剎車(就像坦克剎車的方向控制,右邊的履帶使坦克向右轉(zhuǎn),等等)來補償方向舵的控制。
直接物理操作大飛機的飛行操縱面是人力所不能及的,飛行操縱面通常由稱作動力控制組件(power control unit,PCU)的液壓機械裝置來操作,由飛機的液壓系統(tǒng)提供動力。飛行員移動操縱系統(tǒng)來操作控制活門(通過鋼索或電氣信號線),控制活門決定輸入給動力控制組件的液壓,從而移動操縱面的大小。操縱面與飛行員的操縱系統(tǒng)之間沒有直接連接,氣流作用于偏轉(zhuǎn)的操縱面的力,通過駕駛盤或方向舵腳蹬無法感覺到。飛行員無法直接感受到作用于飛行員操縱系統(tǒng)的飛行控制壓力時,存在過量操縱飛機的風(fēng)險。為解決這個問題,感力組件可提供人工感力,給操縱系統(tǒng)施加與操縱面運動相應(yīng)的壓力。因此,飛行員獲得操縱飛機的感力,就像輕型飛機上使用鋼纜把操縱系統(tǒng)與操縱面直接連接。的確,有時需要一定的力量來克服傳送到飛行員駕駛盤和方向舵腳蹬的真實的感力組件的壓力。(圖1—14展示了完整的飛機與操縱面。)

低速左轉(zhuǎn)(襟翼10度),內(nèi)側(cè)副翼/襟副翼、外側(cè)副翼和擾流板都工作

飛機接地時,所有襟翼全放出,所有擾流板全升起

擾流板放出作為減速板(右機翼相同)
電傳操縱
波音777的電傳操縱系統(tǒng)使用計算機調(diào)節(jié)從駕駛桿到操作操縱面的液壓動力控制組件的輸出。電傳操縱系統(tǒng)使結(jié)構(gòu)設(shè)計效率更高,從而減小了垂直與水平安定面的大小,重量減輕,燃油經(jīng)濟性提高。
主飛行控制系統(tǒng)(primary fight control system,PFCS)給飛機提供俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏轉(zhuǎn)的人工和自動控制,還可防止過量操縱、失速、超速、坡度過大。駕駛盤、方向舵腳蹬、減速板操縱手柄之上的位置傳感器把位移轉(zhuǎn)換為電信號,分別傳給稱作“作動筒控制電子設(shè)備”(actuator control electronics,ACEs)的4個“黑匣子”。來自作動筒控制電子設(shè)備的信號傳輸給三臺主飛行計算機(primary fight computer,PFC)。主飛行計算機還接收來自飛機其他系統(tǒng)的信息,如空速、外部大氣數(shù)據(jù)、姿態(tài)、迎角、發(fā)動機推力,以及起落架、襟翼、縫翼與減速板的位置。調(diào)節(jié)后的信號再傳回作動筒控制電子箱,由它傳送到液壓作動筒來驅(qū)動飛行操縱面。
操作電傳操縱的波音777,與傳統(tǒng)飛機完全一樣,但優(yōu)勢更多。比如,非傳統(tǒng)的飛機,每改變一次推力,收放起落架、襟翼、減速板,飛行員需要人工進行相應(yīng)的配平。波音777飛機所有的配平變化都由主飛行計算機管理。此外,飛行員操作傳統(tǒng)的飛機轉(zhuǎn)彎,正常情況下需要向后輕拉駕駛盤保持高度。而在波音777上,以正常的坡度角轉(zhuǎn)彎也是由計算機管理的。波音777唯一需要飛行員配平的就是空速改變時,這與傳統(tǒng)的飛機操作完全一樣。配平電門雖然不直接移到水平安定面,但效果是一樣的。飛行員駕駛波音777,會有駕駛傳統(tǒng)飛機一樣的感覺。
波音777還配備了一臺或多臺主飛行計算機失效的備份功能。如果備份方式系統(tǒng)性能輕微減弱,當(dāng)在人工操縱飛機時,飛行員需為推力變化、襟翼的移位等進行配平。如系統(tǒng)性能進一步下降,三臺主飛行計算機全部失效,則該飛機的飛行和受到的保護程度同一架傳統(tǒng)飛機別無二致。整個電氣系統(tǒng)盡管幾乎不可能同時全部斷開,但也有機械備用。飛行員可通過駕駛艙到安定面與所選定的擾流板之間的鋼索維持飛機的控制,直到電氣系統(tǒng)恢復(fù)供電。
波音777的電傳操縱系統(tǒng)也可補償一發(fā)失效時的偏轉(zhuǎn)。推力不對稱補償(thrust asymmetry compensation,TAC)系統(tǒng)持續(xù)地監(jiān)控發(fā)動機數(shù)據(jù),測定每一臺發(fā)動機的推力值。一臺發(fā)動機的推力與另一臺的推力相差大于或等于10%,推力不對稱補償系統(tǒng)就會自動增加方向舵使飛機偏轉(zhuǎn)最小化。推力不對稱補償系統(tǒng)給飛行員足夠的提示來識別一發(fā)初始失效,但它并不立即用滿舵。使用方向舵腳蹬或手動斷開系統(tǒng)預(yù)位可人工操控推力不對稱補償系統(tǒng)。