教学用到的电子产品:飞豹坠机技术分析

来源:百度文库 编辑:中财网 时间:2024/05/10 07:12:15

飞豹坠机技术分析

10月14日,一架飞豹战斗轰炸机在陕西蒲城内府机场结束飞行表演后,返航途中突然坠毁。机上两名飞行员,一名成功跳伞逃生,另一名不幸随机殉职。失事的814号飞豹隶属中航工业试飞院,为飞豹A型,这已是飞豹战机第二次在公开场合低空飞行失事…[详细] 那么此次814号飞豹失事的原因是什么?为什么前舱飞行员未能成功跳伞逃生?飞豹战机的飞行性能是否存在缺陷?腾讯军事将为您作出分析。

2011-11-04 第 0002

飞豹表演动作简单,出事前处于近似平飞状态

网友视频:814号飞豹当日在蒲城机场的表演动作只是简单的低空通场,但在返航时,飞行员采取了较激烈的机动,飞机消耗较多能量,改平后速度较慢。

飞豹表演动作非常简单

根据网友拍摄的视频,814号飞豹当日在蒲城机场上空的表演动作并不复杂,可以说非常简单,就是低空正常速度通场,高度大约100多米。以拍摄者的正面方向为基准,814号飞豹首先从机场跑道左端进入,进行第一次低空通场;飞越机场右端后,向左正常转弯盘旋,飞行一圈后再次从跑道左端进入,第二次低空通场。(网友视频00:00—00:44)

飞豹返航前曾激烈机动

第二次低空通场后,814号飞豹准备离开返航。这时飞行员采取的动作比较激烈,飞机首先是向左作战斗上升转弯,爬升至200多米高度;然后进行了一个180度半滚转,再拉杆向右小半径转弯。(网友视频00:44—01:02)

飞豹出事时处于近似平飞状态

飞豹完成右转弯后,动作平缓、速度较慢,处于平飞、或是一种大半径盘旋转弯的状态,并非此前有媒体报道的处于俯冲状态。但814号飞豹就是在此时发生了事故,几乎笔直坠地并发生爆炸。(网友视频01:02—01:19)

飞豹遭遇致命“失速尾旋”,直接原因难以确定

央视视频:飞豹坠毁全过程大约9秒,事发前高度为200多米,处于近乎平飞的状态,而不是一些媒体报道指出的俯冲。

飞豹坠落过程描述

对于飞豹的坠落过程,央视视频有更清晰的展现,当时飞豹高度大约200多米,整个坠毁过程约9秒。从央视视频来看,当时近乎平飞的飞豹右机翼突然下沉,飞行状态马上失控;机头迅速朝下,并进入顺时针螺旋;但飞机只顺时针滚转半圈即中止,并开始逆时针螺旋,直至坠地爆炸。(央视视频00:25—00:35)

后舱飞行员在第6秒弹射跳伞生还,这时距离触地还有2-3秒,但前舱飞行员还是未能弹出、随机殉职。从视频来看,后舱飞行员弹出后,前舱没有任何要进行弹射的迹象。

飞豹在低空进入失速尾旋,只能跳伞

用航空术语来描述,飞豹此次事故是在低空失速、并进入尾旋(也称为螺旋,spin)。

名词解释1:失速(stall)

通俗地说,“失速”是指飞机机翼在超过临界迎角后,机翼上表面出现严重气流分离,导致升力急剧下降,飞机不能保持正常飞行的现象。

法国幻影F-1战斗机进行失速尾旋改出试验的视频。飞机进入尾旋状态后,就如同狂风中的一片树叶,要改出尾旋,除了采取正确操纵外,还需要较高的高度。飞机在低空进入尾旋的话,跳伞是唯一正确选择。

名词解释2:尾旋(spin)

“尾旋”又称“螺旋”(spin),是飞机在持续的失速状态下,以很小的半径沿很陡的螺旋线航迹面旋转,同时急剧下降的运动。飞机“尾旋”的成因与“失速”有直接关系,简单地可以说是一侧机翼比另一侧机翼先进入“失速”。

此次814号飞豹在出事前处于几乎平飞的状态,按道理说,并不容易发生“失速”。但前面提到,飞豹在平飞前,曾进行过一次战斗上升转弯爬高、一次小半径转弯,这两个激烈动作会消耗较多能量,飞豹改平后速度已经比较小,很可能处于“平飞第二飞行速度范围”。“平飞第二速度范围”是指飞机速度处于最小平飞速度、经济巡航速度之间。在此速度范围飞行,操作复杂、容易超过临界迎角,导致飞机“失速”。814号飞豹是右翼突然下沉,亦即右翼先发生“失速”、升力急剧下降,左右翼的升力差导致飞机滚转,继而进入“尾旋”。

要改出“尾旋”状态并不容易,需要较大的高度余量,所以飞机在低空进入“尾旋”极其危险,一般来说,高度低于1000米就应直接选择跳伞。此次飞豹高度仅200多米,没有任何处置余地。

飞豹“失速”原因难以确定

那么究竟是什么原因导致飞豹右翼进入“失速”呢?

可能原因有3个:1、右发动机发生机械故障、或遭鸟撞后故障,左右发动机的推力差导致飞机往右滚转,右机翼实际迎角增大超过临界迎角发生失速;2、飞豹此前已处于“平飞第二速度”,飞行状态不稳定,此时遭遇风切变就容易导致机翼失速;3、副翼控制机构故障,导致飞机往右滚转,右机翼实际迎角增大超过临界迎角发生失速。

但仅从现有视频判断,发生失速的原因是难以确定的,需要技术人员对黑匣数据进行分析,以上猜测仅供读者参考。

前舱飞行员未能跳伞逃生,很可能因为弹射座椅失灵

此次飞豹坠机,后舱飞行员成功弹射跳伞生还,但前舱飞行员未能跳伞,属于机毁人亡的一等事故。前舱飞行员为什么未能及时跳伞逃生?这也是网友对此次事故的讨论焦点。

一般来说,致命事故大都因为多个失误或故障接连发生,此次飞豹坠机也不例外。

2010年7月23日,加拿大空军一架CF-18战斗机在表演低空大迎角通场时发生“失速”,情形与此次飞豹失事类似。但飞行员发现飞机失稳后,立即弹射跳伞,最后仅受轻伤。

首先是飞行员错失最佳跳伞时机

前面提到,飞机低空“尾旋”是极其危险的现象,一旦发现即将进入“尾旋”就应立即跳伞。但此次814号飞豹失事,右翼突然下沉后,大约6秒,后舱飞行员才进行弹射跳伞。)

这可能是飞行员最初判断出现失误,未意识到飞机即将进入“尾旋”;又或者飞行员一开始采取措施挽救飞机,后来意识到不可能后再决定弹射跳伞。从飞豹进入“尾旋”后,先顺时针滚转,再逆时针滚转的表现,可以认为后者的可能性更大,飞行员在采取措施改出“尾旋”。但无论是哪种情况,都浪费了宝贵的数秒时间,错失了最佳跳伞时机。

与814号飞豹坠机类似的是,加拿大空军一架CF-18战斗机在表演低空大迎角通场时“失速”坠毁,当时这架CF-18高度仅50多米,情况也非常危险。但飞行员发现飞机失稳后,立即弹射跳伞,最后仅受轻伤。

其二,前舱弹射座椅很可能失灵

现代超音速战斗机普遍采用火箭弹射座椅,需要先抛弃座舱盖或用微爆手段将座舱盖炸碎,然后启动火箭发动机将座椅及飞行员弹射出飞机。这过程中,舱盖或碎片、火箭发动机尾焰容易伤害飞行员,所以双座战斗机弹射时必须先弹射后座飞行员、再弹射前座飞行员。

从央视视频来看,后舱飞行员弹射后,仍有3秒时间,飞豹才触地爆炸。双座战斗机飞行员在弹射逃生时,为避免舱盖等物件撞击、座椅火箭发动机尾焰伤害,设定为后舱飞行员先弹射,前舱飞行员在数百毫秒至1秒后再进行弹射。这3秒时间是足够前舱飞行员弹射逃生的。

814号飞豹属于飞豹A型,弹射座椅由原来的HTY-2C型改为HTY-6B型。HTY-6B属于世界第三代技术水平的火箭弹射座椅,在2000年左右定型。该型弹射器采用火药抛盖方式,配有QKS-14双态控制器,可以根据弹射时不同的飞行速度,确定不同的人/椅分离时间,具有良好的低空不利姿态的安全救生能力,不利姿态下的安全救生包线。

所谓“低空不利姿态”,是指低空飞行的飞机处于俯冲、滚转、侧滑、倒飞等姿态。第三代弹射座椅可以在弹射出舱后,自动调整姿态至接近直立状态,再进行人/椅分离,保障飞行员安全。具体如俄罗斯的K-36Д-3.5座椅,其采用了电子程控技术、可控推力技术、火箭发动机倒飞切断技术等,可以保证飞行速度278千米/小时时,倒飞的最低安全弹射高度为46米。1999年巴黎航展上,苏35战机擦地坠毁,该型座椅就在极低高度、近乎倒飞的极端不利状态下弹射成功,挽救了两名飞行员的生命。

此次814号飞豹坠机,后舱飞行员弹射后,飞机处于螺旋状态,机头垂直向下、但略带仰角,飞机滚转速度也非常慢,状态是满足第三代弹射座椅弹射条件的。但从视频看,后舱飞行员弹出后,前舱没有抛盖弹射迹象。所以,笔者认为前舱弹射座椅很可能发生了故障导致未能弹射,或者是低空不利姿态安全救生包线不如K-36等外国同类产品,这是前舱飞行员未能逃生的主要原因。

俄罗斯K-36Д-3.5火箭弹射座椅可以保证飞行速度278千米/小时时,倒飞的最低安全弹射高度为46米。1999年巴黎航展上,苏35战机擦地坠毁,该型座椅就在极低高度、近乎倒飞的极端不利状态下弹射成功,挽救了两名飞行员的生命。 米格29战斗机也曾在一次航展表演时失误,双机空中相撞。碰撞后,米格29战机结构遭到严重损失,飞行状态严重失稳,滚转速度非常大。但K-36Д弹射座椅仍在这种极端情况下,倒飞弹射成功。

前舱飞行员没有拉动弹射手柄的可能性很小

还有读者可能会问,是否会是前舱飞行员没有拉动弹射手柄呢?笔者认为这个可能性很小。

因为根据美军F-18D的飞行手册,其弹射控制模式有3种:1、NORM模式,此模式下后座拉动弹射手柄,为后座单独弹射;前座拉动为双人弹射,后座先弹、前座后弹。2、AFT INITIATE模式,此模式下无论前、后座谁拉动弹射手柄,都是双人弹射,后座先弹、前座后弹。3、SOLO模式,此模式为单人模式。解放军所实行得的“国军标”在很大程度上参考美军军用标准,所以在弹射模式设置上应该也是一致的。

飞豹的前座是主飞行员,后座是武器控制员位置,一般来说,后座飞行员听从前座飞行员指令,或者说特情处置决策权在前座飞行员。此次飞豹坠机,后舱飞行员已经进行弹射,前座飞行员没有拉动弹射手柄的可能性是很小的。

飞豹低空飞行性能并不出色

飞豹战斗轰炸机在设计时对机动性要求很高,所以采取了大面积机翼设计,飞机翼载低、机动性好,但低空飞行容易受风影响、颠簸严重。

此次814号飞豹失事,已经是飞豹战斗轰炸机第二次在公开场合低空飞行时失事。09年中俄联合军演,一架飞豹在完成低空对地打击后,爬升时失控坠毁。目前,中国空军更多地使用飞豹执行近距对地支援任务,这样飞豹就需要经常在低空进入攻击,但飞豹的设计本身并不特别适合低空飞行。

飞豹出事时处于近似平飞状态

飞豹虽然是一款战斗轰炸机,但军方要求其机动性能能与最好的第二代战斗机相当。因此,飞豹在设计时采用较大的机翼面积约55平方米,几乎与美国第三代战斗机F-15相当;加上出色的重量控制,飞豹空重仅约17吨;这使得飞豹的翼载比以机动性闻名的苏27战斗机还要小。

翼载是飞机重量除以机翼面积,即单位面积机翼所须承受重量。飞机进行机动时须由机翼升力提供加速度,所以在同等技术条件下,翼载越小的飞机,机动性能越出色。但翼载小并不是任何情况下都是有利条件,飞机在低空飞行时对风敏感,翼载小的飞机低空飞行时颠簸严重,不利于武器瞄准,低空安全性也不佳。所以,与苏24、F111、狂风等采用小机翼、大翼载设计,突出低空突防性能的战斗轰炸机相比,飞豹的低空飞行性能并不出色。

此外,飞豹特别突出航程性能,机翼还采用了较大的展弦比设计,降低巡航阻力。但大展弦比后掠翼的失速特性并不好,激烈机动或遭遇风切变时容易导致机翼失速。此次814号飞豹失事,与飞豹这种特性也不能说没有关系。

欧洲狂风战斗机等采用小机翼、大翼载设计,突出低空突防性能。但狂风战机在海湾战争中,低空突击伊拉克机场时蒙受沉重损失,已经放弃低空突防战术,改为中空进入投掷精确制导武器。 英国还曾研制过TSR-2战术轰炸机,这款飞机的特点就是采用面积极小的三角翼,极端突出超低空突防性能。但这种设计导致飞机起降等其它方面机动性能非常拙劣,最终未获军方采用。

814号飞豹失事不会影响飞豹的地位

不过,现代空军在海湾战争之后已经进入精确打击时代。精确制导武器使用时需要更好的视野,超低空突防不再吃香,现在空中打击改由中空进入,发挥精确制导炸弹的投掷距离,避免进入地面近程防空武器的防御圈。

飞豹拥有出色的航程载荷性能、完善电子设备,是一款很好的精确武器搭载平台,并且维护方便、出勤率高于其它机型。所以,此次814号飞豹低空失事,并不会影响飞豹在中国空军、海军航空兵打击体系里的地位。

此次814号飞豹失事,主要是因为不明原因在200米低空进入致命的“失速尾旋”,弹射跳伞应是第一选择。但飞行员可能判断失误或者出于挽救飞机的本能,耽误了宝贵的数秒钟时间,加上前舱弹射座椅失灵,导致前舱飞行员未能及时逃生而殉职。两次低空失事显示飞豹的低空性能确实存在一定缺陷。