飛機失速系統(tǒng)故障分析與處理

1、畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書院（系） 航空航天工程學(xué)部 專業(yè) 飛行器制造 班級 34030101 學(xué)號 2013040301020 學(xué)生姓名 任趙旭 畢業(yè)設(shè)計題目 飛機失速系統(tǒng)故障分析與處理 畢業(yè)設(shè)計時間 2016 年 5 月 1 日至 5 月 18 日 地點 航宇館 畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容及要求：1 掌握飛機升力與迎角的關(guān)系、工作原理及設(shè)計原則2 繪制飛機升力與迎角的關(guān)系曲線3 設(shè)置飛機失速的故障現(xiàn)象，分析并判斷故障4 討論判斷故障的方法5 總結(jié)產(chǎn)生故障的原因，提出預(yù)防措施6 編寫畢業(yè)設(shè)計論文。應(yīng)達到要求1 按有關(guān)要求完成畢業(yè)設(shè)計答辯。2 畢業(yè)論文應(yīng)符合規(guī)范要求。3 整理畢設(shè)相關(guān)工作并保存在光盤中。參考

2、文獻1陶梅貞.現(xiàn)代飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計. 西北工業(yè)大學(xué)出版社，1997.22何慶芝.航空航天概論. 北京航空航天大學(xué)出版社，1997.10指導(dǎo)教師簽字 年 月 日負責(zé)教師簽字 年 月 日一、失速歷史事件 2013年4月29日，一架貨運型波音747飛機，在阿富汗美軍基地起飛后墜毀，從飛機墜毀過程的視頻看，這是一起失速引發(fā)的起的階段飛行事故，聯(lián)想到近年來頻繁發(fā)生的戰(zhàn)斗機失速事故，人們似乎容易產(chǎn)生這樣一個疑惑：我們對失速的了解到底有多少，失速的理論和技術(shù)問題真正解決了嗎？ 波音747在爬升中失速，然后就一頭栽向地面。起飛后不久，當飛機剛剛爬升到1200英尺(370米)空中時，機組人員接到報告，貨艙內(nèi)停放著的

3、五輛重型軍用車從固定位置脫落掉落到飛機尾部，造成飛機重心后移，并失速墜毀，機上7名機組人員全部遇難。 談到失速，還要從人類的早期航空實踐說起。在上世紀20年代之前，人類還處于飛行的蹣跚學(xué)步階段，那時，由于飛機技術(shù)的落后和人們對飛行知識的缺失，失速所引發(fā)的飛行事故司空見慣的，“失速”這種伴隨飛行而來的“死亡夢魘”，成為阻礙飛行事業(yè)發(fā)展的“技術(shù)之謎”。隨著大工業(yè)的蓬勃興起，航空制造業(yè)由早期的作坊式經(jīng)營演化成大工業(yè)的生產(chǎn)模式，在前蘇聯(lián)、歐洲和美國，航空制造公司紛紛成立，并迅速發(fā)展成為具有巨大生產(chǎn)能力的大型航空制造企業(yè)。高技術(shù)與規(guī)模生產(chǎn)，飛行實踐的不斷拓展深化提供了條件，現(xiàn)實的需求驅(qū)使人們對飛行進行深

4、入的研究，而如何破解失速之謎就是一個重要的研究方向。 通過研究人們發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致失速的真正原因并不是升力的不足，而是迎角的增加，由迎角超過失速迎角后所引發(fā)的飛機失穩(wěn)，才是發(fā)生飛行事故的真正原因。通過研究人們還發(fā)現(xiàn)，由于飛機的不同和飛行狀態(tài)的差異，飛機的失速呈現(xiàn)出不同的機理和形態(tài)。弄清楚了飛機失速的原因，就容易找出預(yù)防和處置失速的方法，針對機頭失速、機翼失速和偏航失速等不同的失速現(xiàn)象，采用推桿、蹬舵等方法可以有效地改出失速從而避免事故的發(fā)生。上世紀40年代德國人發(fā)明了噴氣發(fā)動機并運用于戰(zhàn)斗機，人類航空進入了噴氣時代，通過駕駛巨大動力的高速噴氣戰(zhàn)機，人們發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)代戰(zhàn)機與傳統(tǒng)活塞式飛機不同的失速特點，從

5、而推動了失速理論的研究，到上世紀50年代，關(guān)于失速的理論發(fā)展到了成熟階段。人們了解了失速的相關(guān)理論，但在操作層面要對失速進行有效的應(yīng)對，卻是比理論研究本身要復(fù)雜得多的問題。這涉及到失速的環(huán)境、失速的條件、飛機的狀態(tài)、可供處置的時間窗口等等，由于真實飛行條件的相對復(fù)雜性，飛行員要做出相對正確的應(yīng)對是一件非常困難的事情。上世紀70年代，隨著先進飛行控制技術(shù)的引入，如何在技術(shù)上對失速進行防范和自動改出，成為飛機技術(shù)研發(fā)的一個重點。迎角監(jiān)控、迎角限制、反尾旋（螺旋）控制技術(shù)的出現(xiàn)，使飛行控制技術(shù)進入到“無憂慮”操控的先進水平。然而，飛行控制技術(shù)的發(fā)展，并不能一勞永逸地解決失速問題，飛行畢竟不是飛行器獨

6、立的活動，環(huán)境的因素、人的因素依然是影響飛行安全的最關(guān)鍵因素，因此，如何適應(yīng)環(huán)境的復(fù)雜性，應(yīng)對突發(fā)風(fēng)險的復(fù)雜多變，依然需要人的智慧和能力。二、失速離我們到底有多遠？ 對于那些無視失速危險性的飛行員們，該是他們猛醒的時刻了。那些經(jīng)常在嘴邊掛著“怎么玩的，把飛機整失速了”的人，當他們因為無知而墮入失速事故時，已經(jīng)為時已晚了。與其如此，還不如讓我們真正了解失速到底離我們有多遠。我想要告訴這些人的是：失速離我們很近，有時只差2度迎角，有時只有20公里/小時的速度差。而起飛著陸階段是我們離失速最近的危險時刻！ 其實，對于失速的茫然與忽視并不是飛行員天生的性格，在學(xué)習(xí)飛行的初期，當他們由于駕駛技術(shù)的生疏，

7、不自覺的進入抖動、搖擺甚至下墜的時候，他們也曾對失速充滿恐懼。然而，飛行訓(xùn)練培養(yǎng)了他們的飛行適應(yīng)性，他們知道什么時候飛機容易產(chǎn)生不穩(wěn)定甚至危險狀態(tài)，他們的飛行本能使他們不自覺地對這些危險進行了預(yù)防，這種本能我姑且稱之為“失速免疫能力”。但如果你因此認為自己對失速無所不知的時候，你離發(fā)生危險就為時不遠了。失速是如此的復(fù)雜，可能產(chǎn)生失速的時機和機理千變?nèi)f化，一個飛行員不可能在其職業(yè)生涯中遇到所有失速狀態(tài)，說的更直白些，你的“失速免疫力”還不足以使你抵御所有的失速，從而確保你一生的飛行安全。怎么辦？沒有別的辦法，唯一可行的是放棄對失速的僥幸心理和對技術(shù)的盲目自信，進一步加深對失速的研究，分析各種案例

8、，保有那份對失速的恐懼和警惕，并真正搞清楚應(yīng)對各種失速的理論，掌握處置失速的飛行駕駛技術(shù)。三、容易產(chǎn)生失速的幾種情況 對于失速的防范與應(yīng)對，并不是讓你無時無刻都處于一種高度緊張狀態(tài)，由無知而產(chǎn)生的緊張不僅于事無補，反而會導(dǎo)致更壞的結(jié)果。因此，了解容易產(chǎn)生失速的基本條件和時機非常重要。低速機動 低速飛行時飛行員對于失速具有一定的警覺性，這種警覺是非常重要的，因為低速飛行階段，飛機機動能力弱，很容易產(chǎn)生由姿態(tài)改變而引發(fā)迎角的急劇增加。這一點其實很好理解，由于速度的減小導(dǎo)致向心力的不足，使得軌跡的改變不能跟隨姿態(tài)的變化，導(dǎo)致迎角的急劇增加，從而超越失速迎角引發(fā)失速。對于低速失速的防范和警覺，可以使我

9、們有效地避免失速的發(fā)生，但有時由于飛行員專注于其他環(huán)境和飛機狀態(tài)的變化，會使他的這種警覺性降低，從而產(chǎn)生無意識的錯誤操控。因此，在低速飛行時飛行員要防止注意力高度集中、單打一，要時刻關(guān)注飛機迎角和狀態(tài)的變化，敏銳地感知飛機狀態(tài)的異常，一旦發(fā)現(xiàn)飛機由進入失速的趨勢，要及時終止機動。危險天氣 危險天氣條件下的飛行，對飛行員的駕駛技術(shù)提出了更高的要求，側(cè)風(fēng)、強對流、風(fēng)切變等天氣情況，會使飛機的氣動力發(fā)生顯著的變化，這些變化從一定程度上影響了飛行員的操控，有些天氣條件下盡管能夠完成飛行，但需要特殊的技術(shù)，如大側(cè)風(fēng)著陸，需要飛行員采用位置、航向、坡度的綜合修正，而且在著陸后迅速改變駕駛動作，對飛行員的駕

10、駛技術(shù)提出了特殊的要求。由于不能勝任氣象條件而在操控上出現(xiàn)重大失誤，是引發(fā)的失速事故的一個重要原因。弱動力飛行 動力不足是導(dǎo)致飛機失速的重要原因，一方面由于動力不足速度難以增加，飛機的機動能力較弱，容易產(chǎn)生由于操作失誤所引發(fā)的失速；另一方面，弱動力飛行時很容易產(chǎn)生速度的急劇衰減和能量的急劇損耗，在飛行員沒有察覺的情況下進入低速飛行狀態(tài)。為此，飛行員需要加強弱動力飛行的理論學(xué)習(xí)和模擬訓(xùn)練，掌握弱動力飛行的特點：1. 控制合理的飛行速度（殲擊機450公里/小時以上）2. 了解弱動力飛行時機動飛行速度消失快的特點，柔和操控3. 進場階段控制軌跡，而不是試圖改變飛機的下沉趨勢，避免不自主的拉桿，使飛機

11、進入失速狀態(tài)4. 沒有再次挽救的機會，確保操控的準確性，一次成功。起降階段 飛機在起降階段，一方面處于低速飛行狀態(tài)，容易產(chǎn)生失速，另一方面由于放下了起落裝置，改變了飛機的構(gòu)型和氣動外形，使得飛機的操縱性和穩(wěn)定性降低，特別是在轉(zhuǎn)彎階段和離陸、降落階段，飛行員的操控頻繁復(fù)雜，容易產(chǎn)生狀態(tài)的突然變化，從而引發(fā)失速。 應(yīng)對的方法是確保飛機在安全的起降速度范圍內(nèi)飛行，合理利用技術(shù)修正側(cè)風(fēng)和偏差，避免粗猛的操控動作。另外在起降階段如遇到突發(fā)情況，確保安全是首要原則，要努力將故障控制在跑道上，如果飛機離陸則要迅速安全地控制飛機著陸，避免危機狀態(tài)下長時間在空中停留。人機耦合震蕩 從飛行控制的角度講，起降階段是

12、操作頻繁復(fù)雜、操縱精度要求較高的“高增益”操縱階段，“高增益”操縱的一大特點是容易產(chǎn)生人機耦合，由此產(chǎn)生的震蕩會嚴重威脅飛行的安全。預(yù)防人機耦合震蕩要求飛行員熟悉和適應(yīng)飛機和飛控系統(tǒng)操控特點，避免急劇、粗猛、下意識和反復(fù)無常的操控。一旦產(chǎn)生人機耦合震蕩，不要試圖消除每一次震蕩，而應(yīng)按照人機耦合的處置方法，以緩慢連續(xù)的單向操控加以克服。非常規(guī)構(gòu)型非常規(guī)構(gòu)型是指在飛機結(jié)構(gòu)、氣動外形和重量等方面，不同于常規(guī)狀態(tài)的飛機構(gòu)型。其中特別需要強調(diào)的是飛機重心、重量的特殊變化。4月29日的波音747失速事故，很重要的原因就是飛機重載起飛。重載起飛、非正常重心起飛，飛機的操控特點與常規(guī)起飛完全不同，需要特殊的駕

13、駛技術(shù)，沒有經(jīng)過特殊訓(xùn)練的飛行員是難以勝任的，另外，這種特殊構(gòu)型下的起飛，對氣象條件要求也比較嚴，不能按照一般的起降條件進行掌握，在大風(fēng)、強對流天氣下進行重載起飛是非常危險的。從4月29日的飛行事故現(xiàn)場看，當時機場處于強對流天氣，側(cè)風(fēng)較大、氣流顛簸，這是引發(fā)事故的另一個重要原因。四、MD-82型飛機的失速故障分析與處理 MD-82型飛機的失速警告系統(tǒng)連續(xù)地監(jiān)控飛機機翼升力載荷，當飛機接近失速狀態(tài)時，接通抖桿器，自動地對駕駛桿產(chǎn)生手淚派作用，同時給出目視和音指示。如果飛機局部迎角a增大到失速狀態(tài)，失速恢復(fù)系統(tǒng)使升降舵操縱系統(tǒng)中的伺服機構(gòu)推動駕駛桿向前運動，引起飛機低頭的姿態(tài)。失速警告系統(tǒng)是雙套裝

14、置，每一套都具有使所有失速警告信號起作用的能力。 MD-82型飛機的失速替告系統(tǒng)有兩個迎角傳感器、兩臺失速警告計算機、雙套抖桿器、音頻識別器、信號顯示器及失速恢復(fù)系統(tǒng)(推桿伺服作動器)組成。另外，在駕駛艙頂部開關(guān)板上有一個失速警告試驗開關(guān)。每一臺失速替告計算機接收并且綜合一個迎角探測器、一個襟翼位置傳感器、兩個機翼的縫翼接近裝置的輸出和一個水平安定面位置傳感器所提供的信號。當飛機接近失速狀態(tài)時，計算機產(chǎn)生預(yù)失速信號(該信號對速度和重心做了補償)，以提供失速預(yù)警和失速識別信號。故障分析與排除方法 在日常的機務(wù)維護工作當中，機務(wù)維護人員經(jīng)常會遇到失速系統(tǒng)的故障和與失速系統(tǒng)相關(guān)的其他故障。失速系統(tǒng)的

15、故障均不符合MEL(最低放行清單)，并且故障點不易找到，排故時間比較長，工作量相對較大。1.系統(tǒng)的失速保護引起的故陣現(xiàn)象 失速系統(tǒng)正常工作也會引起其他故障燈亮，并且不易發(fā)現(xiàn)和判斷。(1)故障描述一架MD-82飛機在執(zhí)行航班任務(wù)時，連續(xù)近兩個月一直反映“不協(xié)調(diào)燈亮故障”。在起飛后襟縫翼不協(xié)調(diào)燈亮，AIR快慢指針指向快，F(xiàn)MA顯示Sri) LOW，俯仰指針下移23，液壓壓力下降又回升，增速至220節(jié)燈滅。尤其是大重量起飛失速故障發(fā)生率高。而起飛時如果拉起角度比指引針低兩度，起飛速度增加10-20節(jié)，或用150襟翼起飛，此時故障不會出現(xiàn)。為了排除故障，先后更換了失速警告計算機、接近電門電子組件、迎角

16、傳感器、手柄電門、大氣數(shù)據(jù)計算機、飛行制導(dǎo)計算機、升降舵位置傳感器、自動縫翼作動器、安定面位置傳感器(2#失速替告計算機的傳感器)、雙三軸加速度計和飛行制導(dǎo)板，但故障并沒有最后排除。(2) 故障分析與排除 造成故障的原因，一是假信號引起失速保護，二是確實存在升力不足。 如果是線路故障引起的假信號，在故障出現(xiàn)時，即使增加飛行速度故障現(xiàn)象也依然存在。事實上，在飛行速度增加到縫翼收上位置的空速時，故障現(xiàn)象就消失了。這是因為此時的升力已滿足了要求，解除了失速狀態(tài)。在襟翼巧“起飛時故障不出現(xiàn)，是因為此時的縫翼已處于全伸展位置，按正常的襟翼巧“起飛設(shè)定起飛速度可以滿足需要的升力。機組所采取的小迎角、大速度

17、的起飛操縱措施也是為了增加升力。這就排除了由線路等原因引起的假信號造成此故障的可能性。 在檢查中發(fā)現(xiàn)，縫翼在中立位多伸出1/4英寸，縫翼出現(xiàn)開縫，而此時縫翼應(yīng)封閉。縫翼開縫導(dǎo)致飛機氣動特性改變，使襟翼II“起飛時存在升力損 失。110襟翼起飛時，起飛速度是按正常的襟縫翼狀態(tài)設(shè)計的，即縫翼封閉，處于無縫狀態(tài)。如果機組按飛行指引針操縱，在縫翼開縫的狀態(tài)下，按指引針指示的俯仰角起飛必然會造成升力不足，尤其是在大重力起飛情況下更明顯。失速警告計算機探測到失速狀態(tài)，發(fā)出指令使自動縫翼伸出以增加升力。液壓壓力下降又回升，說明自動縫翼工作，使縫翼放出。此時的縫翼狀態(tài)與手柄狀態(tài)不一致，因此不協(xié)調(diào)燈亮。俯仰指引

18、針下移20-30,ADI快慢指針指向“快”，F(xiàn)MA顯示SPD LOW，說明制導(dǎo)計算機已探測到當時的飛行速度不足以保證足夠的升力，因此，給出指令增加飛行速度、減小飛機俯仰角，以提高升力。因為飛行制導(dǎo)系統(tǒng)本身是正常的，所以沒有故障紀錄;失速指示系統(tǒng)工作正常，探測到失速并采取了防護措施。 在實際排故過程中，調(diào)整了縫翼位置，故障即被排除。此故障粗看起來是不協(xié)調(diào)故障，而實際上是因失速而引起的失速系統(tǒng)作動導(dǎo)致不協(xié)調(diào)燈亮。按一般的MD-82飛機航線維護經(jīng)驗來說，襟縫翼不協(xié)調(diào)故障一般判斷為信號故障，由電子專業(yè)人員排除。而此次故障則是相應(yīng)系統(tǒng)工作均正常，確實出現(xiàn)了縫翼位置與手柄的位置不一致，并且不協(xié)調(diào)燈也做出了

19、指示。這個故障很有典型性，即在日常機務(wù)航線維護過程中，經(jīng)驗會帶來方便，但有時也會帶來意想不到的麻煩。2.失速指示故障(1)利用時速警告計算機的試驗插頭測試相關(guān)傳感器 在通常情況下，如果出現(xiàn)SIF燈亮故障，應(yīng)首先到E/E艙，觀察失速警告計算機面板上是否有相應(yīng)的故障燈亮。任意一個故障燈都可能會由于這時存在著故障或者因為在故障存儲器中存儲著曾經(jīng)發(fā)生的故障而燃亮。因此，在主起落架離地時，必須清除存儲器中儲存的所有故障，而后存儲此后發(fā)生的任一故障，直到下次起飛為止。因為在計算機所有電源已切斷的情況下故障仍能存儲7小時。所以即使空中出現(xiàn)故障，在落地后直接到E/E艙觀察失速警告計算機面板也可發(fā)現(xiàn)故障。如果是

20、差異燈亮，則可以通過測量試驗插頭上的相應(yīng)插釘與一號插釘間的電壓來確定故障點。例如，一架飛機信號牌SIF燈空中閃亮，有時常亮。地面檢查測量發(fā)現(xiàn)左迎角傳感器在28.30電壓超標，更換左迎角傳感器后測試電壓為+8.2伏，在標準范圍內(nèi)，故障即被排除。(2)利用狀態(tài)試驗板故障回顧功能判斷故障 狀態(tài)試驗板(STP)在日常排故過程中，是一個常用的輔助機載設(shè)備。利用它的故障回顧、維護試驗、恢復(fù)適用試驗三項功能可以明確排故方向，迅速找出故障點，提高工作效率。SIF故障原因很多，但在實際維護中最常見的故障點是空地信號故障。該故障在STY上一定有記錄，通常為:GND SENSORFAILURE。這表示至少有一個地面

21、傳感器與其他的地面?zhèn)鞲衅餍盘柌灰恢碌臅r間超過40秒。且還會伴有NO AU-TOLAND燈亮。 如果飛機上安裝的是一971型號的飛行制導(dǎo)計算機，將提供更加詳細的故障記錄。例如:GND SENSOR FAIL-URE 0一計算機無法隔離出故障,GNDSENSOR FAILURE 1 R2-58繼電器故障,GND SENSOR FAILURE 2 R2-6繼電器故障,GND SENSOR FAILURE3左主起落架wow電門故障,GNDSENSOR FAILURE 4一右主起落架wow電門故障。根據(jù)相應(yīng)的故障記錄就可以確定是R2-6,R2-58繼電器或相應(yīng)的電門故障，從而被迅速排除。例如，飛機離地后

22、SIF燈常亮，自動駕駛接通后，主、副配平不工作。通過檢查，判斷為空地信號故障。若wow電門或R2-6,R2-58兩個空地繼電器不工作，會直接導(dǎo)致SIF燈常亮，會使制導(dǎo)計算機接收到飛機仍在地面的信號，致使自動俯仰配平被抑制。初步檢查判斷wow電門正常，認為是R2-6與R2-58繼電器故障。更換R2-6與R2-58繼電器后，故障仍然出現(xiàn)。進一步檢查時發(fā)現(xiàn)，當檢查wow電門時，當時只把兩個代替目標接近了電門，以驗證電門工作正常。而實際上，應(yīng)拆下主起落架支撐連桿，使真正的目標與電門接近以驗證電門與目標的間隙也正常。重新檢查wow電門后發(fā)現(xiàn)電門間隙過大，調(diào)整間隙后故障被排除。 在日常維護飛機時，為了模擬空中狀態(tài)，經(jīng)常在駕駛艙拔出空地繼電器斷路器，然后在左右wow電門上貼兩個目標，來模擬空中狀態(tài)。但在排失速系統(tǒng)故障時，一定要使真正的目標與電門接近，真正模擬空中狀態(tài)，才能找準故障源，提高排故效率。五、失速的預(yù)防與應(yīng)對 就像我前面所描述的哪樣，我們對失速理論與駕駛技術(shù)的缺失比我們想象得要嚴重的多。失速的環(huán)境因素、飛機因素、人為因素和其他相關(guān)因素比我們想象得要復(fù)雜得多，預(yù)防與應(yīng)對失速并不是一件簡單的事情。1.加強理論學(xué)習(xí) 失速理論教育不能僅停留在航理層面，飛行員在初始教育階