大運首飛細節之我見

從主流媒體公布的落地視頻來看，運20在落地階段進場速度偏小，飛機的下沉率很大。 在飛機接地前，飛行員會增大帶桿量，使得飛機進入平飄階段，保證飛機輕柔的接地——也就是我們通常所說的拉飄。但是在運20降落的過程中，由于下滑速度偏小，在拉飄時仍然下沉，飛行員不得不加大帶桿量。但此時飛機處于第二速度范圍，通過拉桿增大飛機迎角不但不會減小下滑率，反而隨著飛機迎角的增大，阻力大幅上升，飛機速度減小，下沉率隨之加大，出現了“越拉桿越往下掉”的情況此時重接地已經不可避免。

對于飛行員而言，此時的接地下滑速度雖然不理想，但是遠遠沒有到需要復飛的程度，保持現狀接地仍然是可以接受的。但是重接地會帶來另外一個問題——起落架摩擦力與接地作用力會給飛機一個巨大的低頭力矩，后果是機頭急速下俯，拍向跑道。我們可以從視頻中看到，此時飛行員再次拉桿，機頭有一個明顯的上揚趨勢，抑制住的重著陸的低頭下俯。

總體來講，這次試飛降落過程中飛行員的處理還是體現出了相當的水平，盡管在控制下滑速度方面并不完美。考慮到國產運20是首飛，在氣動設計與飛行品質方面難免有不足之處，也不能貿然把所有的問題歸咎到試飛員身上。

然而細心的觀察者會發現，我們的運20在接觸地面之后發生了一個看上去很嚴重的問題——整個T型尾翼發生了較為嚴重的振動，振動的持續時間和幅度都超過了我們印象中飛機降落時的狀態。由于官方并沒有對這個現象給出較為詳盡的官方解釋，因此民間各界引發了很多議論。筆者在咨詢了北京航空航天大學的相關學者之后，認為可以從以下的角度給出一個較為合理的解釋。

我們首先分析一下振動的來源。很多軍迷和愛好者認為飛機著陸的沖擊力造成了T尾的振動。筆者認為，雖然不能否認重著陸的沖擊力會以波的形式在飛機內傳播，在外觀上的確會導致飛機的振動，但是這個沖擊力導致的波在機體內會以聲速傳播，就運20使用的機體材料而言，著陸時的沖擊會以5200米/秒的速度在機體結構內傳播，到達尾部幾乎不需要時間。也就是說，我們會在飛機接地的一瞬間看到T尾由于重著陸而導致的振動。然而，視頻中T尾在著陸瞬間并沒有明顯的振動，而較大振幅的振動出現時間相當靠后，不能用傳播時間來解釋。這就說明，飛機振動的主要原因并不是著陸沖擊。

通過仔細觀察我們發現，在飛機發生振動之前，飛機剛剛打開著陸擾流板。筆者認為，擾流板產生的亂流最有可能是導致振動的主要原因。

通常飛機上安裝的擾流板會有三個作用：

其一，也是主要的作用，減速和破壞機翼的升力。此時擾流板會完全展開，破壞飛機產生升力最關鍵的上翼面流場，并且產生脫體渦造成巨大阻力。此時由于飛機機翼的力矩特性將被完全破壞和脫體渦的非定常性，飛機往往需要在完成著陸動作之后再完全打開擾流板。

其二，飛行中減速作用。在下滑過程當中，不完全打開的擾流板可以改變翼型彎度，從而減小機翼升力。

其三，輔助滾轉操縱。一般來說，飛機的橫滾是靠機翼的副翼完成，但是過度的使用副翼會導致副翼反效問題，這個問題在大展弦比的運輸機客機上尤為突出，因此如果緊急情況下需要急速滾轉時，一側的擾流板也會放出用于輔助。

值得注意的是，當擾流板發揮其第一個作用時，產生的阻力往往非常巨大，在飛機設計領域，通常會將擾流板產生的阻力設計為大于無板情況下的70%。也就是說，在打開擾流板之后，擾流板處產生的阻力飛機總阻力的40%，由于脫體渦產生阻力的效率低于流線體，因此擾流板處的氣流能量將大于飛機總阻力能量的40%。由于擾流板面積相對飛機本身來說很小，所以此時產生的脫體渦將帶有巨大能量，足以將對附近的T尾產生足夠的作用力。又因為脫體渦本身的非定常性，T尾收到的力將會很不穩定，這將導致整個T尾的劇烈震動。

脫體渦還有一個重要的特性，就是如果以飛機作為參考系，它的傳播速度將基本等于飛機的飛行速度，由于此時飛機速度很慢，脫體渦產生到影響到飛機T尾將存在一個明顯的時間差，也就是所謂的洗流時差。從視頻中我們可以明顯的觀察到這個時差的存在。

從飛機設計的角度來看，這種由于減速板產生的振動發生在運20上，應該是一個正常的現象。

一方面，尾流振動問題是飛機設計中的一個著名的問題，曾導致很多飛行事故，當年美國F/A-18就曾經有過這種情況，導致尾翼被震裂。這個案例在業內還是相當出名，因此運20在設計中肯定會考慮到這個問題，將T尾由于擾流板脫體渦而產生的振動控制在合理的范圍內。通俗而言，這種振動僅僅是飛機的設計飛行狀態中的一部分。

另一方面，飛機在地面上的震動頻率會低于飛機在空中的震動頻率，這是因為在地面上飛機的震動固支端是起落架，而在空中是飛機的重心，其懸臂長度大大加長。所以不能輕易按照飛機在地面的震動情況來看待飛機在空中的震動情況。因此對于此時飛機的振動，并不能夠提供足夠的依據來判斷飛機的整體剛度。

我們有理由相信平尾震動問題是一個在設計中就被考慮到的問題，盡管看上去有些不順眼，卻是正常的現象。退一步說，我們的運20還僅僅處于試飛階段，即使對于試飛的情況不滿意，也有充分的空間和時間去解決問題。