周 強
2009年1月15日,一架美國合眾國骯空公司空客A320起飛后遭鳥群撞擊,兩臺發(fā)動機停車,機長薩倫伯格當機立斷,駕機在紐約哈德遜河上迫降,挽救了飛機和所有乘客,他也因創(chuàng)造了一個飛行奇跡而成為美國家喻戶曉的英雄。薩倫伯格和他的乘客無疑是幸運的,他們成功迫降的關鍵恰恰是飛行員選擇了合適的迫降場。從飛行軌跡俯視圖可以清晰看出,在逆向河流的方向起飛后,飛機發(fā)動機瞬間失去了動力,飛行員果斷地掉轉機頭順著哈德遜河的方向迫降,并最終成功著陸。
發(fā)動機空中停車后最佳的選擇當然是在機場迫降。然而,由于停車發(fā)生大都比較突然,能夠在機場上追降的機會并不多。有些飛行員情急之下選擇在野外開闊地迫降,大都造成機毀人亡。2009年2月25日,一架土耳其航空公司的波音737客機,在荷蘭阿姆斯特丹的斯希普霍爾機場迫降時發(fā)生了慘劇,其原因是在現(xiàn)代的城市和鄉(xiāng)村已經(jīng)很難找到開闊的平坦地帶,因此,水上著陸不失為無奈之中的最佳選擇。
在世界飛行界有三大技術難題:失速螺旋槳、發(fā)動機空中停車和操縱系統(tǒng)失效。這些難題引起的空難屢見不鮮,相對于失速螺旋槳和操縱失效,飛行中發(fā)動機停車的處置尤為困難,前兩個故障飛行員比較容易作出決策,無法恢復操縱就可以棄機跳傘。而發(fā)動機停車時飛機的操縱基本正常,而要駕機返場迫降卻難如登天,歷史上這樣的嘗試大多以慘痛的結局告終。
發(fā)動機停車后,人和飛機就像游樂場的海盜船突然被掀上了天空,此時,利用飛機的滑翔功能,仍然可以安全著陸?;杩刂频年P鍵是速度和姿態(tài)角,駕駛員根據(jù)速度高度表控制滑翔速度和滑翔軌跡,根據(jù)天地線與座艙的關系位置控制下滑角度。著陸階段的關鍵是控制目測,即根據(jù)飛行高度和與著陸點的距離,控制進入著陸的轉彎點和下降航線。著陸的操縱需要飛行經(jīng)驗和很好的操縱感覺,要求極為精確。
迫降開始后,飛機幾乎是在做俯沖,在無動力的情況下保持20度左右的下滑角度只能維持400千米/小時左右的滑翔速度。而對正跑道在高度20米后,此時飛機需要一邊抬頭減小下滑角度和速度,一邊急速下墜,飛機幾乎是拍在了迫降的地方。
螺旋槳時代的迫降
在二戰(zhàn)結束前的活塞式飛機飛行時代,迫降是飛行員救生的期飛機采用較多的輕質材料,例如木材以及織物等,飛機質量較輕,這使得飛機容易獲得足以抵消自重力的升力,其三,活塞式飛機相對于現(xiàn)代高速飛機其滑翔性能更好。在人類早期的飛行實踐中,成功迫降的事例比比皆是,迫降幾乎成為每個飛行員都能掌握的駕駛技術。
現(xiàn)代戰(zhàn)機無動力迫降
飛機進入噴氣時代后,現(xiàn)代科技在不斷創(chuàng)造飛行奇跡的同時,也給無動力飛翔帶來了新的特點。首先,現(xiàn)代飛機大都采用金屬結構,質量大大增加,飛行所需的升力也要增加,因此現(xiàn)代飛機的飛行速度更降場地。這也是現(xiàn)代飛機停車迫降罕有成功范例的原因。
現(xiàn)代戰(zhàn)機在飛行中如果沒有動力是不可想象的。飛機的動力系統(tǒng)大致可分為三種產(chǎn)生向前推力的發(fā)動系統(tǒng),為機上用電設備提供能源的電源系統(tǒng),以及為操縱系統(tǒng)提供能量的液壓系統(tǒng)。現(xiàn)代飛機上這三種動力系統(tǒng)的能源均來自于發(fā)動機。那么發(fā)動機停車后如何保證電源系統(tǒng)供電和操縱系統(tǒng)油壓呢?這就需要應急動力系統(tǒng),也就是備份動力系統(tǒng)。為確保發(fā)動機停車后能維持飛機的操縱和顯示,現(xiàn)代飛機在應急動力系統(tǒng)的設計上可謂絞盡重要手段。那時飛機彈射救生裝置還沒有發(fā)明出來。飛行員要想跳傘,只能自己爬出飛機。比起和高大的垂直尾翼碰撞或是被氣流吹襲的風險,駕駛受損的飛機迫降不會是更糟的選擇。只要飛機尚可操縱,飛行員大多會選擇野外迫降。
活塞式飛機滑翔迫降成功率在當時還是很高的。成功率高的原因首先,活塞式飛機采用的是低速飛行、機翼截面比較彎曲有利于產(chǎn)生更大的升力,獲得同樣的升力只需要較小的飛行速度,其二,由于早高,其二,軍用飛機為了實現(xiàn)高空高速的飛行性能,在氣動設計上采用了高速氣動布局,包括后掠翼、小展弦比、薄型機冀等。這些設計使得飛機的滑翔性能降低;第三,現(xiàn)代飛機的結構和系統(tǒng)更為復雜,飛機的操縱系統(tǒng)需要液壓動力驅動,機上設備和系統(tǒng)需要電源系統(tǒng)供電。在發(fā)動機停車的情況下,必須采用應急動力系統(tǒng)為液壓和電源系統(tǒng)提供能源。因此,現(xiàn)代飛機發(fā)動機空中停車后的處置和操縱也更加困難。簡單地說,現(xiàn)代飛機的無動力飛翔存在缺動力、缺信息、缺時間、缺迫腦汁。然而應急動力系統(tǒng)提供動力的時間是有限的,因此,當發(fā)動機出現(xiàn)故障或停車時可供飛行員處置的時間很短,需要飛行員果斷決策,迅速處置。
通常發(fā)動機發(fā)生故障后并不是馬上進入停車狀態(tài),一個優(yōu)秀的飛行員會合理地利用這段發(fā)動機告警和降級的階段,為返場和迫降創(chuàng)造有利條件。按照一般的理解,為了減緩發(fā)動機的故障擴展,應該把轉速減到最小,然而問題并沒有如此簡單。隨著發(fā)動機推力的降低,維持飛行速度越來越難當速度無法維持時,飛行員不得不提高發(fā)動機轉速,這樣做反而會導致發(fā)動機進入危險狀態(tài)。一個老練的飛行員通常會選擇一個比較合適的轉速,盡可能維持飛機的高度和速度。一旦發(fā)動機空中停車,那么飛機的飛行高度和速度就是迫降成功的關鍵了。