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A320的偏航操纵

3系飞行员  · 公众号  · 设计  · 2025-02-21 09:37

主要观点总结

本文主要介绍了偏航操纵在飞机飞行中的重要性及其应用场景。偏航操纵是围绕飞机立轴的操纵,主要使用方向舵进行。文章详细阐述了偏航操纵的原因、协调转弯与偏航阻尼、大侧风着陆的偏航操纵、单发飞行下的偏航操纵以及偏航操纵的拓展知识,包括侧滑、偏流、荷兰滚等相关概念。

关键观点总结

关键观点1: 偏航操纵的重要性

偏航操纵是飞机飞行中的重要操作,用于控制侧滑、减小偏流,以及在大侧风着陆、单发飞行等特定情境下的应用。

关键观点2: 侧滑与偏流的区别

侧滑是机头与相对气流方向不一致,偏流是机头(航向)与航迹不一致。五边进近中的偏流是航向与风的来向一致但航向与航迹不一致,侧滑是航向和相对风的夹角不一致但航向与跑道航迹一致。

关键观点3: 荷兰滚的抑制与改出方法

荷兰滚是飞机因方向稳定性较弱而产生的左右摇摆现象。正确改出荷兰滚的方法是轻微蹬反方向的方向舵,抑制偏航,同时不需要额外的增加横滚输入。

关键观点4: 协调转弯与偏航阻尼的功能

协调转弯的目标是消除侧滑,协助转弯;偏航阻尼的目标是抑制过大偏航率来提升方向上的静稳定性。正常法则下,不管是人工操纵还是自动飞行,协调转弯和偏航阻尼都自动工作。

关键观点5: 大侧风着陆的偏航操纵注意事项

大侧风着陆时,可以使用偏流法或侧滑法。偏流法优点在于抗侧风能力强,但可能因接地偏流角过大导致起落架侧向载荷超标受损。侧滑法操纵难度小,但在大侧风条件下维持飞机位置所需坡度较大,可能增加擦发动机/机翼风险。


正文

偏航操纵,指的是围绕飞机立轴的操纵,使用的操纵面主要是方向舵,其他如方向舵配平、偏航阻尼、协调转弯操纵都集成在方向舵上。

一、为什么需要偏航操纵?

1、控制侧滑

侧滑是指相对气流方向与飞机机头不一致的飞行状态。‌例如蹬左舵,飞机机头往左,飞机轨迹惯性不变(相对气流方向不变)就会产生往右(原方向)的侧滑。例如压左盘,飞机轨迹向左滚转,相对气流改为左侧,但飞机机头惯性(原航向 )没跟过来,就产生左侧的侧滑。笔者观点, 侧滑就是非协调转弯,即横滚与偏航的不匹配,是横侧或方向静稳定性在惯性上的表现。

不必要的侧滑会损失飞机的升力,降低飞机的操纵性能,所以需要通过偏航操纵来消除侧滑。在侧风条件下有意地利用侧滑法着陆,也需要方向舵的操纵来维持侧滑。

总之,侧滑的消除或者产生,都需要方向舵的偏航操纵来实现。

2、减小偏流

当飞机在侧风条件下滑跑和起飞,飞机机头自动趋向迎风一侧,此时飞机机头方向需要偏航操纵来控制,以保持飞机平行于跑道,避免偏出跑道。着陆拉平,方向舵控制飞机偏流在5度以内,以最大程度利于飞机侧风中着陆。

3、典型的偏航操纵场景

(1)协调转弯消除侧滑。

(2)偏航阻尼抑制荷兰滚。

(3)方向舵的使用,以完成侧滑法着陆或者大侧风条件下偏流法结合侧滑法拉平着陆。

(4)起飞、着陆的滑跑使用方向舵控制机头方向平行于跑道方向。

(5)单发情况下使用方向舵消除侧滑。

二、协调转弯与偏航阻尼

偏航阻尼和协调转弯功能,以侧滑概念为基础。本质上是计算机基于横侧和航向偏航加速度的探测,产生操纵面相应偏转的指令。

1、协调转弯

协调转弯的目标是消除侧滑,协助转弯。

以左坡度举例,如果只压左盘那么飞机轨迹往左,而机头的方向稳定性导致航向"不情愿"转过来,所以相对风就来自于左侧,飞机感受到左侧滑。此时方向舵向左偏转,就能帮助飞机机头往转弯方向转,这就是协调转弯。

2、偏航阻尼

偏航阻尼的目标是抑制过大偏航率来提升方向上的静稳定性。

如果说协调转弯是减小方向稳定性的影响来协助转弯,那么偏航阻尼就是加强方向稳定性以抑制坡度形成。例如荷兰滚的抑制:当飞机由于横侧稳定性强于方向稳定性,开始左右飘摆时,方向舵偏航阻尼的介入能够增强方向稳定性,有助于飞机改出飘摆沿直线飞行,最终重新稳定在坡度改平状态。

3、正常法则自动工作

正常法则下,不管是人工操纵还是自动飞行,协调转弯和偏航阻尼都自动工作,指令均来源于飞行计算机,而非飞行员的脚蹬输入,所以空中无论是人工飞行,还是在自动飞行,都不使用方向舵。

4、备份法则和直接法则需注意

协调转弯功能在备用法则和直接法则中失去。

偏航阻尼在备份法则中偏航阻尼功能保持有效,权限为限制方向舵偏转正负5度。在直接法则下偏航阻尼功能失去,所以注意直接法则下有可能遭遇荷兰滚,且改出可能不是自动的。

三、大侧风着陆的偏航操纵

空客推荐大侧风着陆使用"综合法",即以偏流法进近为基础,在着陆拉平过程中,减小偏流引入侧滑,这样既减少了主起落架因为偏流过大引起侧向载荷超标,又能避免单纯侧滑法引起过大的坡度导致擦发动机/翼尖。

1、偏流法的优缺点:优点是抗侧风能力强。缺点是接地偏流角过大可能导致起落架侧向载荷超标受损。

2、侧滑法的优缺点:优点是进近着陆和接地滑跑的动作保持一致,操纵难度小。缺点:

(1)在大侧风条件下,维持飞机位置所需要的坡度较大,增加擦发动机/机翼风险。

(2)在拉平过程中,侧滑需要更大的接地姿态以弥补垂直升力的损失,增加擦尾风险。

(3)抗风能力差。大型客机机身很长,侧滑法飞行导致整个机身都受到侧风的作用。

(4)单起落架接地的载荷可能过大,侧滑法带杆垂直升力效率相对不足更容易引起重着陆。

近期2月18日一架CRJ900飞机在加拿大多伦多机场接地后侧翻倒扣的视频显示,飞机右侧风中进近,着陆右起落架先接地,后飞机右侧机翼脱落并发生滚转,虽然具体原因不明,但是导致机翼脱落必然有重着陆的原因。当时跑道23号,塔台风:270度23节,阵风33节,右侧风风量为19节。

四、单发飞行下的偏航操纵

1、单发后的自动辅助

正常法则下的平飞,侧杆横滚率输入为零,法则努力保持飞机的稳定,下图左发失效可见方向舵偏航阻尼的主动介入,增加了方向上的稳定性。

2、飞行员蹬正侧滑

飞行员根据侧滑指示,将侧滑蹬正,以获得最佳的性能。

3、方向舵配平

方向舵的配平,配平的是脚蹬上的力矩,不应该通过配平来直接进行方向舵的偏转输入。当AP接通后,方向舵的配平由自动驾驶控制,也就是说在AP接通时按配平归零,配平并不会归零。

4、方向舵配平归零

单发着陆的配平归零时机,手册说的是在着陆拉平减小推力前,可见方向舵配平的是推力的不对称,也就是说归零的时机要符合不对称推力的消减,所以笔者认为50尺按压配平归零比较贴合收油门过程。

单发不配平侧滑可以落地吗?飞机发动机不对称力相当于替机组蹬了方向舵,类似于侧滑法着陆,飞机必须维持坡度才能保持跑道航迹着陆。

五、偏航操纵拓展
1、侧滑原因及名词概念






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