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不想飞机屁股触地,航空制造商做了什么努力?

2019-12-04 13:58 来源:微信@航空知识

 

  2010年1月29日,一架奥地利航空的波音767-300从北京首都机场起飞,由于遭遇侧风与紊流,飞机抬轮时尾部在跑道上擦出了一道重重的白烟。所幸飞行员没有收到飞控系统关于机体受损的信号,这架波音767客机正常爬升向目的地飞去。

  保护这架飞机的关键部位就是位于飞机尾部的一个名叫尾橇的小部件,别看它个头小,却十分重要,现代大型民航客机可都少不了它。

 

安装在波音737-800尾部的尾撬。尾撬内部安装有一个可碎腔体,可缓解机尾触地时对机体的冲击,撞击后必须更换。

 

  尾橇,英文名为tail skid,直译成中文是“尾部滑橇”,专门用于保护飞机起降时由于抬轮速度过快或遭遇异常气流等因素导致机尾与跑道的撞击或摩擦,确保机身本体不受伤害。尾橇上设计用于撞击磨损的部位没有液压或电路系统,就像是没有神经与血液的硬骨骼。一些飞机尾橇的橇杆可以受控收放,但控制结构必须远离机体。在飞机整体设计中,可能遭受擦尾的部位必须位于增压舱结构外。现代客机大多采用前三点式起落架设计,这样的设计注定为擦尾事故的发生带来了可能。导致擦尾事故的原因主要有几种,起飞时擦尾多是因为错误的重心配平,或重心计算错误;由于重量或襟翼设置不当导致错误的抬轮速度;过快的抬轮速率则多发生在飞行员机型改装后对新机型没有完全适应;最后还有错误的飞行指挥。着陆擦尾事故则是因为空速过大、高度过高以及突然改变姿态而导致的不稳定进近;飞行员对平稳着陆的过程追求;侧风、阵风和风切变处理不当;以及突然做出复飞决定而导致推力、仰角不当。其中,着陆时发生擦尾事故后果一般更为严重,多数情况会造成飞机主体结构受损,令人印象深刻的韩亚航空214航班空难就是一起典型的擦尾导致飞机解体的重大事故。

  为防止擦尾事故的发生,以及减少擦尾发生时对飞机的伤害,波音在这方面作了很多研究,飞机擦尾保护系统因此应运而生。这套系统专门为777-300ER这样的大型宽体客机设计,并集成到了飞控系统当中。该系统会结合飞机重心、载荷、机场气象条件,连续读取起飞滑跑时的关键参数,并通过传感器获得机尾相对跑道的距离与接近率,如果认为即将发生擦尾,系统则会自动向控制飞机俯仰的水平尾翼发出信号,自动限制飞机抬头。在此前例如757/767-300这类体型较长的客机上,应对擦尾事故的方法是在尾部下方可能发生擦尾的区域加装一块可以吸收冲击力的滑橇。发明防擦尾保护系统的5名波音工程师之一——密特拉·山克瑞特(Mithra Sankrithi)介绍说:

  为宽体机安装实体尾橇,一次轻柔的擦尾事故倒是次要的,因为我们可以更换尾橇结构,做机体强度检查,一般情况都不会有大问题。让跑道摩擦尾橇总比直接与机体摩擦好,只要气动外形没改变,蒙皮没有受损,飞行员就依然能完全控制飞机。在787和以后的机型上,我们采用或将采用更先进的防擦尾保护系统,此时飞机不再安装实体结构的尾橇,而是在原位置安装传感器,这样可以减轻重量,降低生产与维护成本。同时,该系统还针对宽体机在起降阶段做了气动优化,使客机获得更多的载荷。

  在客机上安装尾橇,是为了避免机尾意外接地造成伤害,而在一款新飞机的取证试飞阶段,试飞员则必须让飞机尾部接地起飞,以获得这款飞机一个极为关键的指标——最小离地速度(VMU)。空中客车的最新客机——A350XWB测试最小离地速度时(题图),在尾部加装了一块可承受超过150吨压力的特质尾橇,以防止试验时对机体造成伤害。对飞行员来说,这是所有试飞中最令人紧张的科目之一,因为飞机抬头后很难建立稳定的擦地状态,大迎角会导致飞行员几乎看不到跑道,很难保持飞机姿态与方向,此外还容易导致机尾损坏、着火。最严重的是,低速大迎角容易导致飞机失速、发动机停车,而这将导致飞机意外撞地或冲出跑道,造成重大损失。因此,A350XWB的这项测试选在了位于法国南部的伊斯特尔空军基地进行,该基地跑道长达5千米,其延长线上也有数千米没有任何障碍物,气象方面则需跑道环境内无湍流,风速小于5节。

 

A350XWB在进行最小起飞速度测试时,滑撬与地面擦出了火花

 

  我国自主研发的ARJ21支线客机在取证试飞阶段也进行过这项测试,加装尾橇的飞机经过7架次试飞,最终给出了飞机在各种推重比下的最小离地速度,同时创造了尾橇触地滑跑姿态角13.8°、擦地姿态长达16秒的纪录。除了加装机械结构的尾橇外,一些飞机还通过尾轮防止机尾与跑道摩擦,作为支撑,尾轮还可增加飞机在抬头阶段的稳定性。协和客机的尾部就有一个可以收纳在流线型尾椎里的尾轮,前苏联伊留申飞机设计局设计的伊尔-62系列客机,尾部也有一对半埋式尾轮,飞机滑行时,尾轮放下,用于支撑巨大的尾翼与4台D30发动机的重量,滑跑起飞时,半埋的尾轮起到了不错的防擦尾效果。不仅客机有尾橇尾轮,J35“龙”战机、马基MB-326等小型战斗/教练机的尾部也装有尾轮。

 

伊尔-62尾部的防擦尾轮。当飞机低速滑行或停场时,该尾轮可放下,支撑巨大的尾部重量。

 

  无论是尾橇,还是尾轮,亦或什么都没有,每次飞行结束后,机务都需目视观察尾部是否有磨损痕迹,如果有,则必须进行更进一步的检查与修复工作,否则有可能会给未来的飞行埋下重大安全隐患。1985年8月12日,日本航空的一架波音747客机(没有尾橇)执行从东京飞往大阪的123次航班时,就因之前发生擦尾事故后,没有对机体进行完善彻底的修复,导致飞行中垂直尾翼脱落进而坠毁,造成了520人死亡、4人受伤的重大事故。2002年5月25日,中华航空的一架747在起飞爬升阶段突然解体,导致机上225人全部罹难。此次“澎湖空难”,也是因为该机于1980年2月7日在香港启德机场执行CI009航班起飞时,机尾擦地损伤了蒙皮,然而当时机务并没有按照波音给出的维修标准进行修复。此后20多年的飞行中,金属疲劳导致该机机体强度减弱,最终以空中解体告终。

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