淺談積冰條件下渦槳運輸機的舵面過補償

李映紅 王君行 趙智姝

（1.海軍航空大學教練機模擬訓練中心，葫蘆島 125001；2.海軍工程大學電子工程學院，武漢 430033；3.海軍航空大學航空基礎學院，煙臺 264000）

1 舵面過補償?shù)漠a生原因與危害

1.1 舵面的移軸補償與舵面過補償

多數(shù)渦槳運輸機的操縱系統(tǒng)采用的是機械式操控方式，飛行員在操控飛機時，使用桿、舵對舵面進行控制，這類飛機的舵面面積都比較大，隨著飛機飛行速度的提高，舵面偏轉產生的樞軸力矩與相應的桿、舵操縱力也會增大，這樣就會導致飛機操縱性變差，飛行員操縱困難增加。為了解決這一問題，減小桿力、舵力，改善飛機操縱性，飛機舵面在設計過程中，加入了多種氣動力補償措施，移軸補償就是應用比較廣泛的一種。采用移軸補償時，舵面樞軸的安裝位置從舵面前緣向后移動一定距離，進而起到補償作用。

而所謂的舵面過補償，從字面意思上理解就是過度的舵面補償。在特殊情況下，空氣動力樞軸力矩大于樞軸之后舵面的樞軸力矩，這就是舵面的過補償。

1.2 舵面過補償?shù)奶攸c和危害

飛機的各個翼面前緣遇到過冷水滴極易積冰，其表面也很容易因為鉚釘、污跡、工藝問題等因素形成冰脊從而出現(xiàn)積冰現(xiàn)象，積冰會嚴重破壞飛機翼面的氣動外形和氣流流線，使表面氣流提前分離，臨界迎角急劇下降。下面就針對各個翼面在積冰時出現(xiàn)的舵面過補償進行分析。

飛機水平尾翼對于控制和保持飛機俯仰姿態(tài)有著重要作用。平尾前緣積冰會破壞前緣氣動外形和氣流流線，使平尾下表面的氣流分離提前，臨界負迎角急劇減小，如圖1所示。根據(jù)飛機風洞實驗數(shù)據(jù)表明，角冰型對平尾氣動特性影響最大，平尾最大負升力系數(shù)會下降60%，臨界迎角最大會提前10°。

圖1 平尾前緣積冰的流態(tài)

升降舵過補償通常出現(xiàn)在著陸放襟翼、復飛階段，此時飛行高度低，飛行速度慢，飛機急劇下俯是，危險程度極大。還有可能引發(fā)平尾失速，進一步增大飛行危險性。

飛機的垂尾也是很容易發(fā)生積冰的部位。垂尾前緣積冰后，在大偏角和大側滑角部位，會出現(xiàn)方向舵過補償，其原因與升降舵過補償類似。飛行數(shù)據(jù)表明，垂尾前緣積冰時，當側滑角大于15°時，腳蹬力會急劇下降，甚至自發(fā)地向施力方向偏移，這樣就會導致飛機出現(xiàn)大側滑，引起飛機掉高度、掉速度甚至失速。在安-24飛機垂尾積冰的試飛中發(fā)現(xiàn)，當方向舵偏轉角超過18°時，飛行員保持方向舵偏轉角所需要的力大為減小，并出現(xiàn)反常操縱現(xiàn)象。

當飛機機翼發(fā)生結冰時，會嚴重影響飛機氣動特性，導致飛機升力系數(shù)減小，阻力系數(shù)增大。當機翼前緣在大迎角或機翼上表面出現(xiàn)橫向帶狀積冰時，流經(jīng)上表面的氣流會提前分離，若副翼向上偏轉，補償面樞軸力矩對舵面將會起主導作用，出現(xiàn)副翼過補償。此時原本的壓桿力可能迅速減小甚至歸零，導致側副翼偏轉角自動增大，使飛機發(fā)生急劇滾轉。

2 舵面過補償?shù)念A防

對于飛機舵面過補償進行處理，預防是關鍵，而預防舵面過補償，避免積冰是根本，這就要求相關技術人員做好日常預防工作。

首先，盡量防止飛機入云或進入結冰區(qū)，確實難于避開時，應在進入前3～5min打開飛機各防冰系統(tǒng)開關。另外，在結冰條件下飛行時，應根據(jù)結冰程度，決定是否連續(xù)或者間歇使用除防冰設備。輕度或中度結冰條件下，可以使機、尾翼除冰系統(tǒng)持續(xù)工作。但在嚴重積冰時，為了防止加溫區(qū)后出現(xiàn)結冰，應每隔6～8min將機、尾翼加溫系統(tǒng)接通3～4min，并嚴密關注除冰情況。

其次，飛行中若積冰信號燈亮起，表明空氣溫度、濕度基本達到積冰條件，就必須按相關規(guī)定，開啟防冰系統(tǒng)進行除冰，并盡快脫離易積冰區(qū)。

最后，飛機積冰后，為防止出現(xiàn)副翼過補償和方向舵過補償，應避免小速度大迎角飛行以及大側風飛行，盡量少做轉彎和航向改變操作，減少多面偏轉。在易積冰條件下著陸和復飛，為防止在大迎角下出現(xiàn)副翼過補償，不允許粗猛拉桿。為防止飛機在大側滑角下出現(xiàn)方向舵過補償，不允許側滑儀的小球偏離中心超過一個球的位置。

3 舵面過補償?shù)奶幹?/h2>

若機翼前緣積冰，會導致機翼表面產生氣流分離，此時飛機會發(fā)生輕微的抖動和橫側搖擺，如此時果壓桿力減輕，應適當?shù)叵蚯巴茥U，減小迎角，增大發(fā)動機功率，增加飛行速度，并消除飛機傾斜。

若垂尾前緣積冰，出現(xiàn)方向舵過補償，腳蹬力會急劇下降，甚至自發(fā)地向施力方向偏移，為消除側滑，必須向另一腳蹬施加適當?shù)牧ΑＨ绻麥u槳運輸機必須在易積冰條件下飛行時，對桿、舵力異常與狀態(tài)變化要敏感，注意盡快脫離積冰區(qū)。一旦出現(xiàn)積冰，應避免速度過小或做過大的飛行操作，操縱動作要柔和協(xié)調，以免出現(xiàn)大迎角而危及安全。由于積冰后出現(xiàn)側滑，不僅會使飛行性能和失速特性嚴重惡化，而且容易導致方向舵過補償，加劇側滑，使飛機急劇旋轉或機身傾斜發(fā)散失控，因此必須避免側滑，飛機機動或小速度時更應注意這一點。

4 結語

通過分析可知，如果飛行員不了解舵面過補償?shù)脑砗陀嘘P現(xiàn)象，就無法有效地預防這一危險情況，那么一旦出現(xiàn)了舵面過補償，也就很難及時地將飛機從急劇下俯或旋轉狀態(tài)中改出，嚴重危及飛行安全。因此，必須相關飛行人員必須做好針對性的模擬訓練，更好地應對各種舵面過補償情況。