着陆技术|着陆过载的十个维度

和数学方程式比较起来,语言只是相当含糊的替代品

——语出阿西莫夫《银河帝国》

这是本系列的第十篇,在过往的文章中,尽管对着陆过载相关的大部分问题已经有了详细的阐释,但我仍希望在此作出简练的回答,以对本系列给予关注的读者有一个简单明了的答案。

什么是着陆过载?

其实我们在前面推送的文章中,已经给出了专业领域的解释:着陆过载是飞机着陆时,起落架对飞机的反作用力与飞机重力的比值。它不是力本身,是一个与力相关的系数。严格意义上来说,着陆过载不是重心处加速度计测量出的VRTA——空客监控标准里叫“接地垂直过载大”事件;更不是空中机动过载——口头上的“翼根过载”,而是起落架部分承受的过载的专门指称。

着陆过载究竟是如何产生的?

在飞机着陆时将下降率减小的力,升力占一部分,起落架占一部分。起落架在碰撞/接触到地面时,轮胎和减震支柱先后发生变形,压缩到底时,产生了一个峰值(最大的)力,这个力的大小决定了着陆过载最大的数值。当然在整个压缩过程中它都是变化的——事实上过载在整个飞行过程中一直在变化,因为就算是定常飞行,加速度也一直在波动性地变化。

影响着陆过载大小的关键因素是什么?

牛顿定律告诉我们,物体加速度的大小跟作用力成正比,跟物体的质量成反比。飞机承受到前、主起落架的峰值力大小取决于飞机的着陆重量、接地时下降率的大小、升力大小和起落架本身的特性。非要说个最字的话,那么下降率就是关键中的关键,因为着陆重量我们一般决定不了,而起落架特性更加跟我们无关;升力作为一个变量,影响一般没有想象的大,当然一旦减小太多,后果那肯定是“灾难性”的。

什么样的着陆过载才是正常的?

由于飞机的过载是一个整体测量值,着陆过载在飞机上并没有单独显示,谈论这个似乎没有多大意义。虽然可以通过计算得到,但作为一名普通飞行员关注这个实在意义不大。就连空客厂家定义重着陆都是用整体测量值,所以一般人还是别纠结这个问题了。

我们研究着陆过载的目的是什么?

那我们研究这个干什么?一句大白话:“可能真的是在操空心”。因为作为一名普通飞行员,写的东西目标受众却不完全是飞行员。而朋友们如果整天都在担心重着陆的事,我也认为可能哪里出了问题,不管是由于焦虑,还是彷徨,当然也有可能是认知存疑或者技能上待改进。而我们想要的,最好的结果,不是天天念着想着它,而是有一天能够忽视它。

本文的总标题一直固定在着陆技术,是想表明通过研究着陆过载这个课题,解释一下普遍存在的认知误区。要想实际应用的话,还有个内化的过程,所以如果有机会,也许还得谈谈理论和现实的对应——如果朋友们在头疼公式之余,还曾投射了更多的注意力的话,应该可以发现,我们其实已经谈到了很多现实的“表象”,甚至引用了几个没有保密需要的调查报告的案例——而如何突破认知,“返璞归真”地看穿这一不像着陆技术的专门课题,我想可能还需要走相当长的一段路——我们已经走过了,而“路的方向”我们也已经为您指引。


着陆过载的十个关键维度


潜心研究着陆过载的相关资料后,我发现了着陆过载的十个维度(有凑数的成分),可以描述普遍认知的一些特点和问题。

翼根-起落架

谈起着陆过载,很多人会在脑海中出现一个“翼根过载”的词。何谓“翼根过载”?大意应该是指飞机着陆阶段快接地时飞行员拉杆粗猛,致使机翼产生了大过载。

众所周知的是,机翼负责产生升力。它也的确会将所有外载荷传递给机身主体结构,至于是不是翼根——机翼结构比想象的复杂,有点超纲,咱们就不展开了,不然等下文章长得很多人会看不下去 ... ...

升力与重力的比值,我们前面已经定义过属于飞机空中机动过载,可以稍微想象一下——尽管有点难度。如果在空中达到2.0g的过载,要做出怎样的机动?

俗话说的好,只要思想不滑坡,办法总比困难多。我们想到了几个,一是用60°搞大坡度盘旋,二是增加1.4倍的空速,三是改变飞机迎角,貌似只有最后一种情况在着陆条件下可能发生。

但是飞机在这一刻要改变多大迎角呢?我们以极限可能性推算,A320飞机进近基准姿态大约为2.5°,标准下滑角3°。甭说复杂了,我们就假定机翼安装角是0°,这时迎角应该为5.5°。我们假设飞行员拉杆粗猛,改变迎角到14.7°(擦机尾姿态加下滑角)——能不能是另一回事——能达到2倍于重力的升力吗?

气流来向(实际下滑航径角)在整个拉杆过程中不改变?瞬间能将飞机姿态拉到11.7°?这时飞行员可能应该担心的不是重着陆,而是擦机尾姿态,当然更可能发生的是“拉飘”了... ... emm

总而言之,如果您曾稍加留意本系列文章,可能会注意到我们已经从理论和数据上都证实了,在着陆接地这个瞬间,翼根受力导致过载大的说法是站不住脚的。

稳实-轻三点

“轻三点”是一个“古老”的词汇,对于年轻飞行员来说尤为陌生,查字典可能都查不到。主要是为了对称性,毕竟在这里放一个洋文“kiss landing”,有点不伦不类的。虽然轻三点用来形容A320飞机落地也不妥帖,反正咱也找不到别的词,不懂的也别杠啦,咱们聊正经的。

追求“轻三点”落地也没什么不好,正如我们以前演算过的,就是着陆过载可能会大点(发生升力卸载的时候)。外部压力不谈,这年头谁还不要个脸,落地轻一点听客舱小姐姐一夸,咱也能小得意一把不是 ... ... 谁要说能完全抛弃这一点点“虚荣心”,我跟谁急 ... ...

话说回来,万一哪天“手气”不好,手一哆嗦,多带了那么一点,且不论一会可能发生升力卸载的事,就是带飘了,机长可能就是脸面上挂不住,而副驾驶可能被接管的可能性就大了。而升力一旦发生卸载,等下打出LOAD<15>报来,百思不得骑姐的数字,面子更加挂不住。

空客的手册里貌似也不太强调稳实的这个词,只在FCTM中含蓄的表示了一下:拉平过程中典型的俯仰增量大约为4°,可能导致机动中一个10节速度减小下的-1°飞行航迹角。

来,我们算一下——这个数学计算真心不复杂,心算就行。-3°假使对应700ft/min的下降率,-1°是不是对应233ft/min?

如果硬要谈体感的话,200多的下降率是有点“重”,且200左右的下降率怎么控制?看垂直速度表吗?不谈滞后性的话,它也可能等会就不显示了(低于200ft/min)。再说你要是拉平还在看仪表(据说有人可以瞄三眼速度,我反正是不信的),可能边上的兄弟早就“哦呵宣天”的了——标准一点,喊话喊话 ... ...

嗯 ... 这个话题也许咱们可以留着下次再谈。而稳实和“轻三点”接地的着陆过载推演,我们也早已为您呈现,孰是孰非请自便。

拉-不拉

拉杆,这是咱吃饭的本领。空客为了让我们有活干,故意在拉平方式后设个坑来套我们——30ft后系统8s内开始从50ft记忆的姿态减小至机头向下-2°。现在我们却要纠结拉还是不拉,是不是袁隆平爷爷真的工作太努力了?

但是我们真的没法克服拉杆“粗猛”导致“翼根过载”的念想不是?真的真的真的太难啦 ... ...

我们的确在前几期用了一些算数题来说明问题,也并不是为了说明“抽杆”的好处,而是为了说明大的下降率接地会有极大的重着陆风险。只是在已经发生了下沉快的情况下,飞行员会有快速带杆的本能。而为了减小下降率,这种操作不可避免——过往下沉快就立马选择复飞者听闻有几人尔?当然原因也许跟下面要说的有关。

如果大家听说过“幸存者偏差”这个词——没接触过的话请自行搜索一下,也许我们可以换一个角度来谈谈这个问题。先问大家一个问题:我们着陆时发生“接地垂直过载大”事件的概率有多大?

基于粗略的统计,我给大家一个估算值吧,1/500,即五百个航段发生一次——把空客监控标准的一二三级事件全算上。而这些事件既不等同与真正定义上的“重着陆”,也不等同于可造成机体受损的大“着陆过载”,目前它们的用途只是一种可能叫做安全管理上的关口前置。

请不要纠结的它的精确度,这里只是想表明一个简单的概念,平均下来看,每个飞行员一年难得发生一次“接地垂直过载大”事件——多于这个平均数的,自己反思下算了,咱都互相留点面子 ... ... 发生概率如此低,对于飞行员个人来说,要想从这里面获得什么“教训”还真有点难度。

从这些监控事件中,的确发现了诸如拉杆“粗猛”这一表层现象。而这些现象也的确很容易地误导了我们这些从业者,因为“偶然原因幸存下来”的数据会让我们一叶障目,却忽视了其它未发生事件的航段数据。

如果检视一下所有的数据,也许我们可能会发现,拉杆“粗猛”这一现象发生的概率,要比着陆时过载大事件可能要高得多——虽然它们之间并没有什么可比性。也许作为一种本能,还不如说:下降率大和拉杆“粗猛”相关性大些 ... ...

收-不收

跟拉杆问题类似的是收油门时机,“幸存者偏差”也同样存在于其对“接地垂直过载大”的影响。

当然我们还是可以说不收油门对接地垂直过载是有些间接影响的,比如不收油门,SPEED方式下空速不降低,再不拉杆,姿态不变化,匹配的下降率就不会减小,从而可能导致“接地垂直过载大”;收了油门,不拉杆,掉机头,飞机下沉更快 ... 呃 ... 说来说去,好像还是拉不拉杆的问题 ... ...

我们在过往文章中早已指明不收油门的“危害”,接地时扰流板不放出,升力不能及时卸载,从而导致飞机弹跳。如果这时候飞行员在飞机“在地面”状态记忆时间内,将油门收光,扰流板“意外”地放出,那么可能导致更大的接地垂直过载——事实上必然如此。

与其纠结什么时候收油门问题,我们还不如学习下自动着陆时自动油门的搞法,40英尺就收到慢车推力,相信我们的拉平技术应该比自动驾驶还是强点吧 ... ... 所以,管它呢,把注意力别放在这就对了 ... ...

至少,我们可能也应该遵循FCTM手册里的建议:飞行员在最恰当的时候收回全部推力——视情况不同,收油门的时机或迟或早。但是,机组必须确保最晚在接地时所有的推力手柄都在慢车卡位,以保证接地时地面扰流板放出。

能量-下降率

飞行员也是常人,作为一个正常人总是得有点执念,比如说对能量的执念。我们在下降时搞能量管理,进近时深怕速度“不饱满”(想一想超重着陆和非正常时修正后Vapp),也将这一概念延续到着陆拉平。

如果你要一个“收油门晚”的人给个理由,他通常给你的答案必定是“能量不足啦”,当然通常这个时候你也都会看到下降率“确实有点大”。如果陷入到这个里面,可能马上带来一系列问题,比如是“先有蛋还是先有鸡?”之类的 ... ...

所以还是跳脱出来,我一般会马上问他,“你刚才拉杆,飞机没反应了么?” ... ... “有” ... ... “那为什么不继续拉?” ... ... “怕过载大” ... ... emm ... ... 你信不信,这是个托比乌斯环。

同样的,FCTM手册有云:飞机接近地面时应避免大下沉率,即使为了保持下滑道也是如此。应优先考虑姿态和下沉率 ... ... 在拉平中,飞行员不应专注于空速,而应专注于姿态和外部参考。

拉杆改变姿态从而改变下降率,油门控制速度从而控制能量。嗯,没毛病 ...  速度是水平方向的能量元素,而下降率是垂直方向的能量元素。但此能量非彼能量,控制哪个先 ... ?你不会想告诉我,你想用油门控制下降率吧 ... ?

曲线-直线

毫无疑问地,人类学习某样技巧,需要具象化某些东西——就像我们前几期用数学描述着陆过载的产生一样。只停留在某个人的脑袋里,不可描述,如何以理服人,当然别人也就没法学习,形成共识。

我们有“拉平曲线”的讲法,但是搜遍整本手册,没有查到这个名词——对应的,倒是有个“拉平剖面”。

飞机接地前的运动轨迹也必然是连续的,我们把拉平技巧当做一门“艺术”,似乎因而称之为曲线也并未有蛮大不妥。但有时候这样想想,可能会发现我们把拉平过程处理的“过于艺术”。如果您要追寻一条完美曲线,空中机动过载就得控制的适当,不能随便拉拉就算了,不然可能变成抛物线 ... ...

要不咱还是给自己降低点难度?对拉平曲线搞一下“降维打击”。假设一下,如果飞机在下滑道上以稳定状态过跑道头,我们姑且把这时候的飞机,看着像以-3°航径角向“大白块”近端运动——看不出运动趋势的请面壁一下。然后我们拉杆的目标设定为向“大白块”远端运动,对着那个点“撞”上去如何?酱紫接受不了?那就向接地区内后面的标线瞄准如何?

这样说或者这样做或许可能真的没法让人接受,但这样想想应该还是可以的吧  ... ... “看得近”和“看得远”,“飞轨迹(航径角)”和“飞姿态”,这是两对孪生兄弟,我们也分辨不出谁好谁歹,就这么一说,您就当奇葩说看看算了 ... ...

隔天我到监控数据里看了下飞行轨迹可视化回放,拉平过程是一条曲率极小的线中的一小段,这是我把它放大又放大之后的发现,而最开始拉平阶段(着陆)只被标成了一个小点。

卡尔萨根从著名的旅行者1号在太阳系边缘回望地球的照片中悟出了:再看看那个光点,它就在这里。那是我们的家园,我们的一切。你所爱的每一个人,你认识的每一个人,你听说过的每一个人,曾经有过的每一个人,都在它上面度过他们的一生。我们的欢乐与痛苦聚集在一起,数以千计的自以为是的宗教、意识形态和经济学说,所有的猎人与强盗、英雄与懦夫、文明的缔造者与毁灭者、国王与农夫、年轻的情侣、母亲与父亲、满怀希望的孩子、发明家和探险家、德高望重的教师、腐败的政客、超级明星、最高领袖、人类历史上的每一个圣人与罪犯,都在这里——一粒悬浮在阳光中的微尘。

本能-技能

不是每一个足球运动员都是贝克汉姆,当然我不是说他们长得没他帅,而是他们没有标志性的“贝氏弧线”。据公开报道,小贝同学除了拥有极高的天赋,在年少时为了追求卓越,放弃了业余生活的每一分钟。他不断地练习,练习,再练习,直到他能够将球精准地踢到任意一个他想踢到的位置。在英国,贝克汉姆甚至赢得了“足球物理学界爱因斯坦”的美誉。

天赋对任何一个技能工种都极其重要,在飞行领域也是一样。但可惜的是,不是每一个微尘上的寄生物都能得到同样多的光辐射。手眼协调能力,作为一种本能,你不得不羡慕的是,一上来就有些人,在飞机操纵能力上占尽先天优势——当然飞行员最重要的天赋可能正在从“手上功夫”变成其它项目,比如情景意识 ...

本能的引证解释是形容某种下意识的举动或反应。咬文嚼字的事咱就不干了,但意识在前还是在后?——我们口里念叨的“提前量”问题,应该还是比较重要的。

作为电传飞机操纵系统的“痼疾”,A320系列飞机在俯仰操纵上发生操纵滞后(感觉反应延迟)有两个因素:一是飞行员侧杆输入和ELAC计算机之间的信号延迟,另一个就是升降舵的偏转速率限制。预计到这种反应延迟加上对拉平方式的理解,您也许就不会觉得:“我明明拉杆了,飞机就是没反应啊 ... ... ”,嗯,怪我咯 ...

这还没有包括对其它情势的判断,比如拉平前的下降航径角,还有环境因素:机场标高、非标准的3°以上的下滑角、顺风乱流影响、跑道上坡或下坡 ... ... 也许还要加上横向偏差的干扰和对速度的“担忧”。这些都属于技能的范畴,而技能增长与知识经验的积累高度相关。

直觉-数据

直觉 赵方婧 - 直觉

... 直觉它要我告诉你 告诉你 告诉你 告诉你
我已经喜欢上了你 喜欢你 喜欢你 喜欢你
感觉我有些不对劲
可能要说句对不起 ... 

正如网红歌里唱的那样,直觉有时候就是那么没有来由的,它有很多特点:直接,快速,坚定感,直觉思维与分析性思维相比虽然有着明显的区别和不同,但二者的发生和形成并不矛盾。就像本能与技能一样,用之于飞行也并无不妥,也许有时候回想一下,多少次没来由的直觉就突然唤起了你,从而恢复了“情景意识”。

但是在着陆过载这个专门课题上,可能有大部分人就是因为直觉发生了理解偏差——虽然直觉告诉我不要这么写。所以咱们前几期一直在用数据说话,希望大家用直觉也能发现它们是小风小浪同学苦心孤诣,利用不多的休息时间精心编撰的。

极限-日常

用着陆过载分析来解决拉平技术问题,本质上就和用极限思维方式来解决日常性问题一样——就像用“底线思维”来解决安全问题而忽略SOP一个意思。从本性上讲,我们不希望给朋友们留下这样的观感。

本系列文章只是针对着陆阶段1s的时间内发生的事情,进行的专门理论研究和数据统计——夹筋一点讲其实只有3/8s。而飞行员要飞好一个落地,绝不能只是关注这一秒钟内发生的事。硬上一个专业术语的话,就是要安全关口前置和风险管控意识 ... 233333 ...

又一次,正如FTCM手册中提到的:稳定进近对于成功着陆至关重要。一定要用合适的空速和飞行航径角。飞行员需要的是稳定进近和正确的拉平技术,如果认为不能安全接地,应果断复飞。

关注-忽视

正如我们通篇想表达的那样,重着陆话题虽然大家常常探讨,但在群体意识中有不少误会的地方。某些人甚至对着陆拉平过程过度神秘化,发明了一些莫须有的名词,创造了一些操作手册不推荐的方法,有可能把一些初入飞行事业的人带偏了。

本篇的成文时间在本系列文章第七-八篇之间,在上一期推送后,有的留言看起来让我作为研究者也好,飞行员的角色也好,略显尴尬,但这篇文章并不是对他们的回应——我更倾向于将研究成果和感情回馈给认真阅读的朋友们。我们已预设的态度仍然是:过度关注着陆过载(或接地垂直过载)这个单一因子,对提高飞行技术并没有什么好处——而作为一个话题,随便聊聊我想也并不碍事。如果是作为一名在成长路上的飞行员,还是把精力放在情景意识和SOP程序上,再就是像小贝同学一样不断地练习,练习,再练习吧。

正如我们开篇时说的,最好的结局就是可以忽视过载这个事。尽管把我们的调侃忽视吧,也不必要过于纠结背后本身的原理,以及本系列文章的所有关于着陆过载的论证,去关注一下手册内容吧。

最后一次,借用FCTM的描述:如果飞机以Vapp和稳定的飞行航径角到达拉平高度,那么正常标准操作程序SOP的着陆技术可使飞机保持正确的接地姿态和空速。

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