民用飛機(jī)水上迫降入水程序研究

白會哲 王慶立 滕 超

（航空工業(yè)哈飛，黑龍江 哈爾濱150066）

1 概述

對于民用飛機(jī)而言，若需申請跨水運(yùn)營，那么其生產(chǎn)制造商必須向民航局申請水上迫降的適航認(rèn)證，此即要求在飛行手冊中包含完整的水上迫降入水程序。水上迫降通常分為兩類，即有計(jì)劃水上迫降和無計(jì)劃水上迫降[1]。本文只針對有計(jì)劃水上迫降入水程序進(jìn)行研究，無計(jì)劃水上迫降可參考有計(jì)劃水上迫降程序。有計(jì)劃水上迫降的入水程序與飛機(jī)緊急迫降時(shí)的構(gòu)型狀態(tài)緊密相關(guān)[2]，例如飛機(jī)的重量、起落架位置、襟翼位置、下滑角和下滑率、航向、姿態(tài)角、著水速度等，另外還與著水水面的波浪情況有關(guān)。

2 國外典型水上迫降程序

國外典型最佳迫降程序如A320 水上迫降程序如下[3]：

接近最小重量；起落架收起；襟翼放下（著陸布局）；最低的下降速率；沖擊角：-0.5、斜率盡可能低；俯仰姿態(tài)：11°（9°＜θ＜11.5°）；取縱向波濤。另外，某飛機(jī)飛行手冊上推薦的水上迫降程序如下：在降落前的燃油耗損盡可能多；斷開空調(diào)組件，關(guān)閉放氣活門、沖壓空氣冷卻門和發(fā)動機(jī)氣管；收起起落架；放下襟翼到全開位置；除非風(fēng)速極高，否則降落應(yīng)平行于主浪涌而不應(yīng)迎風(fēng)，如果存在此浪涌，應(yīng)力圖在浪涌的頂部而不在背面著水；保持正常進(jìn)場姿態(tài)直到接近水面，在著水時(shí)拉平機(jī)身到機(jī)身姿態(tài)角約12°；有足夠的應(yīng)急出口和充分的時(shí)間用來投出并登上救生筏。從國內(nèi)外典型最佳迫降程序可以看出，對于有計(jì)劃的水上迫降程序而言，均要求在小重量、收起落架、放襟翼的飛機(jī)狀態(tài)構(gòu)型下執(zhí)行，而且不同機(jī)型對波浪水面著水和機(jī)身著水姿態(tài)角給出不同的建議。針對具體機(jī)型，根據(jù)模型試驗(yàn)確定機(jī)身著水姿態(tài)角便成為決定該機(jī)型最佳迫降程序的關(guān)鍵。

3 入水姿態(tài)研究和篩選

通過仿真的方式來研究入水姿態(tài)并進(jìn)行篩選。以某型飛機(jī)19 座典型客運(yùn)狀態(tài)為基礎(chǔ)，研究不同重量，不同迎角著水下飛機(jī)載荷情況，篩選出需要的入水姿態(tài)（表1，圖1）。通過仿真計(jì)算方法，篩選出最佳入水迎角范圍為7 至10°。

4 結(jié)合著水載荷試驗(yàn)分析

根據(jù)波浪水面水上迫降水載荷數(shù)值仿真結(jié)果，針對波峰著水狀態(tài)，分析不同初始姿態(tài)飛機(jī)水上迫降的過載和壓力可得：隨著初始姿態(tài)角的增大，加速度峰值呈現(xiàn)先減小后增大的變化，在10°初始姿態(tài)角下加速度峰值最??；隨著初始姿態(tài)角度的增大，最大壓力和壓力分布的區(qū)域整體向機(jī)身尾部移動，承壓面積也逐漸變小，最大壓力有增大的趨勢。根據(jù)波浪水面水上迫降運(yùn)動穩(wěn)定性數(shù)值仿真結(jié)果，針對波峰著水狀態(tài)，分析不同初始姿態(tài)飛機(jī)水上迫降的穩(wěn)定性，可以得到：隨著著水位置與重心位置相對位置的變化，飛機(jī)姿態(tài)的變化趨勢會發(fā)生變化，初始姿態(tài)6°、7°時(shí)，姿態(tài)角呈現(xiàn)先增大后減小的變化；初始姿態(tài)8°呈現(xiàn)先輕微減小，然后增大再減??；初始姿態(tài)9°-12°呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢；最大姿態(tài)變化值隨著初始姿態(tài)的增大先略微減小后逐漸增大，而姿態(tài)峰值則隨著初始姿態(tài)的增大一直減小，且出現(xiàn)了負(fù)的角度，綜合看較好的初始姿態(tài)應(yīng)該在8-10°范圍內(nèi)。依據(jù)靜水面著水?dāng)?shù)值仿真分析結(jié)果，飛機(jī)的重心位置及重量狀態(tài)對其水上迫降載荷影響很小，對于不同初始姿態(tài)角，重心處過載受著水位置及著水位置處的機(jī)體構(gòu)型共同影響，重心處垂向過載峰值隨初始姿態(tài)角的增大呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，在6?工況下最大；各角度下水平過載峰值在6-9°范圍內(nèi)幾乎無變化，10-13°范圍出現(xiàn)緩慢減小的趨勢；隨著初始姿態(tài)角的增加，壓力作用范圍逐漸后移，并有所減小；向后弧形過渡流線使得機(jī)身底部存在背對來流的區(qū)域，此類區(qū)域幾乎沒受到?jīng)_擊壓力的作用。根據(jù)水上迫降運(yùn)動穩(wěn)定性分析，俯仰最小峰值發(fā)生在10°，過載最小值發(fā)生在11°，在俯仰相差不大的情況下，水上迫降載荷越小，飛機(jī)結(jié)構(gòu)越安全，綜合俯仰和過載，認(rèn)為飛機(jī)在初始姿態(tài)11°時(shí)迫降最安全。綜合分析以上數(shù)值仿真和模型試驗(yàn)結(jié)果，篩選出入水姿態(tài)迎角范圍為6 至11°，對于某型飛機(jī)最佳入水姿態(tài)迎角為11°。

5 水上迫降入水程序

在上述姿態(tài)篩選基礎(chǔ)上，結(jié)合民用飛機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)和一般飛機(jī)典型迫降程序，制定某型飛機(jī)水上迫降入水程序如下：

警告：水上迫降時(shí)不得開啟旅客登機(jī)門和貨艙門作為應(yīng)急撤離通道，可以依據(jù)迫降后飛機(jī)姿態(tài)和艙外情況使用其它應(yīng)急撤離通道。警戒：迫降接水前，迫降方向應(yīng)盡量平行于波峰線。注意：如可能，應(yīng)盡量消耗多余的燃油、降低飛機(jī)著水重量?？罩薪煌ü苤坪涂团摍C(jī)組：通知(位置、航線、速度、高度、情況、意圖、時(shí)間和計(jì)劃接水的位置以及飛機(jī)的型號等，如有可能，確定去最近的船舶或陸地的航線。)乘客：通告：為水上迫降做好準(zhǔn)備（指定救生筏的位置，并將所有的松散設(shè)備固定好；穿好救生衣，系好安全帶。未出飛機(jī)前不要將救生衣充氣。）應(yīng)急定位發(fā)射機(jī)遙控開關(guān)：“ON”；應(yīng)答機(jī)：7700；

第一階段，從500ft 到25ft：空中交通管制：

報(bào)告最后位置；起落架收放手柄：“收起”；襟翼：著陸襟翼；空速：保持1.3VS0（不考慮VMC）；空調(diào)、通風(fēng)等與外界連通管路：關(guān)閉；防止沖擊動作：執(zhí)行；

第二階段，25ft 到接水前：緩慢拉桿：減速；俯仰角：11°；姿態(tài)：盡量保證機(jī)翼水平，坡度和側(cè)滑角應(yīng)低于10°；接水前速度：1.15VS0；注意：接水時(shí)注意控制下降率盡量小，建議不大于350 fpm。注意：接水點(diǎn)盡量控制在波峰或波浪的背面。

表1 某型飛機(jī)著水載體篩選狀態(tài)

圖1 入水姿態(tài)仿真計(jì)算篩選

第三階段，飛機(jī)接水后：注意：劃水過程中，盡可能保持一定的俯仰角，使飛機(jī)在水面平穩(wěn)減速，盡量避免出現(xiàn)跳躍、機(jī)體下沉等危險(xiǎn)姿態(tài)。功率桿：“慢車”；螺旋槳桿：“順槳”；油門桿：“停車”；燃油增壓泵開關(guān)：“斷開”；發(fā)電機(jī)控制開關(guān)：“斷開”；客艙語音：通知機(jī)組和乘客做好應(yīng)急撤離準(zhǔn)備；燃油切斷開關(guān)：“切斷”；應(yīng)急切斷開關(guān)：“切斷”；觀察是否失火：按需使用滅火瓶；螺旋槳：確認(rèn)，停轉(zhuǎn)；應(yīng)急出口：打開；通知旅客撤離；機(jī)組撤離。

6 結(jié)論

以某型飛機(jī)為研究對象，參考國外典型迫降程序，通過對比分析仿真結(jié)果和模型的試驗(yàn)研究結(jié)果，得出水上迫降程序的最佳入水初始參數(shù)，確定了最佳迫降程序，可為同類飛機(jī)的有計(jì)劃水上迫降程序設(shè)計(jì)提供借鑒。