地面效应空气动力学机制

地面效应是一种可预见的气动反应,当飞机在大约一个翼宽范围内运行时,它会发生。固体表面物理上会约束翼边周围的三维气流,最显著的是翼尖涡旋。在自由空气中,翼通过形成压力差来产生升力,压低于下,压低于上。这种差能推动在翼尖上向后旋转的中转流,从而诱导下冲洗,减少攻击的有效角,产生拖动。当地面靠近时,表面会干扰涡旋的发展,缩小其直径并降低其旋转能量。下冲洗角度会降低,局部攻击角度会有效增加,并诱导拖动系数急剧下降。

其效果最强,在高度相当于翼展和击落机的四分之一左右的高度内,大约有一个翼展。对于36 英尺的翼展通用航空飞机,最关键的改变发生在9英尺以下;对于一个长度为117 英尺的波音737,地面效应从30英尺左右开始,最强处在10英尺以下。这种高度依赖性是大型喷气机需要不同于轻型飞机的耀斑技术的原因。 效果是瞬间和可逆的:飞机一旦爬上一个翼展,涡旋就会完全重塑,并诱发拖曳返回其自由空气价值。

如何减少地面效应诱导拖曳

诱导拖曳是低速(如起飞和着陆期间)的主要拖曳源。地面效应抑制了涡旋系统,在翼展10%的高度上将诱导拖曳减少40%至50%,根据NASA Glenn研究中心[的研究,这种拖曳具有若干操作后果:

  • 加速和升降:[] 降低总拖力,使飞机在起飞过程中能更快地加速,在较短的距离内达到旋转速度. 地面生效后,额外的升降和较低的拖力使飞机能够以较少的动力攀升或加速,有利于短跑道或软跑道.
  • 降落时飞行: 没有通常的引力拖曳导致气速失血,在照明弹期间进入地面效应的飞机往往在触地之前漂浮相当长的距离,在最后架上携带额外5节的塞斯纳172号机能漂浮500英尺或以上.
  • 换位的摊位行为:[ 摊位攻击角在地面效果上可以略微转变;由于下洗和顺位流的变化,有些翅膀摊位在略低角度上会稍有改变,只靠自由空摊位警告角可能导致低空出现突袭的机翼下降.
  • 三角形变化:[] 修正的下洗影响尾翼效能,有些飞机经历鼻下投球瞬间进入地面效应,而另一些则会上升,飞行员必须准备好补偿,特别是在耀斑时.

起飞时的地面效应

从鼻轮升空,飞机运行在地面效果. 正确速度的旋转使用增强的升力顺利地突破地面. 在许多轻型飞机中,建议的旋转和初始爬升速度假设在爬出前地面效果短暂加速. 一种常见的技巧是软场起飞:在尽可能低的空中速度下起降,在空中速度向Vy方向发展时将飞机停在跑道上方,这样可以减少加速和超速升降的拖力,以防止沉降. 只有当达到足够的速度时,飞行员才能向正常的登山和地面效果的过渡.

飞行员必须避免“躲在动力曲线后面 ” 。 在攻击角度过高的情况下过早旋转会导致拖曳从高升力(甚至减速)到超速推力,导致粘力状态。 如果发生这种情况,则将鼻子稍稍向前推,以保持地面效应并获得空中速度。 另一个常见错误是:襟翼过早回落;襟翼改变翼的有效和弦和地面效应区域。 过早回升可能导致突然丧失和难以平息。

退出地面效应: 沉积感

抛锚地面效应会产生一种明显的“沉降感 ” 。 当飞机爬升到一个翼宽以上时,涡流会重新形成、冲洗变快、诱发拖曳的尖峰。 对于特定的动力环境,爬升率可能会暂时停止甚至下降。飞行员必须预见到这种情况并调整投影或动力。在多引擎飞机中,在这种过渡期间发动机故障可能十分关键,拖曳力上升可能会显著降低爬升性能。标准爬升性能数字是根据自由空气条件计算的;初始地面效应部分是过渡性的,并不反映真正的爬升能力。

着陆时的地面效应

着陆信号弹是地面效应最明显影响装卸的地方,随着飞机降入地面,诱发的拖曳物落下,升降曲线陡峭,形成明显的浮点。过速的几节可以把飞机带过预定的触地区,有绕行或超速的危险。由于涡流强度降低,反风控制投入也会受到影响。在翼展很长的大型运输喷气机中,如波音777飞机,其波音777飞机的波音777飞机的波音777飞机的波音777飞机的波音7飞机的波音7飞机的波音7飞机的波音7飞机的波音7飞机的波音7飞机的波音7飞机的波音7飞机的波音7飞机的波音7飞机的波音7飞机的波音7飞机从50英尺左右开始,需要与轻型飞机不同的照明技术。许多航空公司使用特定的调:在30英尺处发射信号弹,并逐渐降低下降速度。

气球、波波和弹跳着陆

地面效应管理不力往往导致气球(过于冲动的投球输入导致暂时攀升 ) 或波浪(因投球输入交替而产生波浪 ) 。 正确的反应是保持投球姿态,让速度消散,或绕航。 在海面操作中,气球在水面上飘荡可能由于表面不均匀和视觉参考较少而特别成问题。 另一个现象是“地面效应反弹 ” , 飞机因为升降垫太强而跳回空气中。 补救措施是轻轻轻地下鼻子,以打破衬垫,重新建立正跑道接触。

关于地面效应的常见误解

  • “它像一个悬浮船一样是气垫。” 虽然通常被描述为缓冲,但主导机制是涡旋压制和下洗减少,而不是压缩空气。 翼下微弱的压力增加是次要的。
  • “地面爆炸效应总是造成一个停顿。” 飞机遇到拖动增加,而不是一个停顿,除非飞行员处理不当。沉没的感觉是一种正常的空气动力转换。
  • “你应该尽可能快地爬出来。” 在短短、有障碍的跑道上,停留在地面效果上加速到Vx或Vy实际上可以缩短障碍清除距离。 快速提前爬出可能效率低下。
  • “只有小型飞机受到影响。” 大面积喷气式飞机具有重大的地面影响——波音747飞行员管理50英尺以上的浮力和尾击风险。
  • “所有表面的轮廓效应相同。” 粗糙或多孔的表面(全草)可以略微减轻效应,但对于实际飞行来说,差异很小。

试点的最佳做法

起飞

  • 以制造商推荐的速度旋转,并允许在建立正上升之前在地面上加速。按期重排。
  • 在软场上,以最低的空中速度起降,并保持地面效果,直到达到安全攀登速度. 使用浅层攀登顺利过渡.
  • 在高密度高度中,预计离开衬垫时会有一个较长的地面效应加速段和一个显著的沉槽.

着陆

  • 以正确的目标速度(1.3 Vso + gust 系数)飞行稳定的方法。额外的节会大大增加浮点。
  • 以适当的高度(轻型飞机为10-15英尺)发射照明弹,并随着速度的衰减而降低投球率,不要等待缓冲板将飞机放下.
  • 在低速或跨风条件下,增加一个小速度差,但计划将飞机飞上最低浮力的跑道。尽管AIleron效果降低,但保持跨风校正。
  • 如果发生弹跳或气球,请保持投球姿态或绕道。避免迫使飞机降落在地面上。

高级考虑:重型飞机和多引擎行动

在重型涡轮风扇飞机中,引力拖曳减速率在百分比上并不明显,但绝对拖曳变化仍然影响着着陆性能. 尾击防波是首要重点:地面效应垫可以造成长时间浮力,需要精确的投球减速以软定主齿轮. 在多引擎飞机中,起飞爬升分为几个部分:第一(地面效应至35英尺)从拖力减速得到好处;第二(35至400英尺)从拖力增速中得益;飞行员必须知道地面效应的低爬梯度,以及第二段清除障碍的梯度越明显越高。

供进一步阅读, FAA飞行员的航空知识手册[(第五章)提供了基础文本。 SKYbrary[收集地面效应相关事故的操作安全报告。 AOPA航空安全研究所[为通用航空飞行员提供地面效应管理培训资源。