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[27飞行操纵] 很忙很法国:副翼和谁在一起了?!

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发表于 2020-12-22 12:54:23 | 显示全部楼层 |阅读模式

副翼,Aileron,读音“艾乐龙”,不知为何总是让人下意识地联想到“马克龙”(Macron)。刚才查资料,发现这个“龙”和法国还真是有点儿渊源。


Aileron,源于法语,最初的意思是litter wing,也表示鸟类翅膀的末端部分(extremities of a  bird’s wing)。尽管首先把这个词用在飞行机械上的是一个英国人,Boulton在1864年用它命名了他发明的用于控制横侧向运动的飞行控制装置,当时这种名为Aileron的新事物还停留在概念上。


1903年莱特兄弟在第一架飞机上实现了横侧向控制,但具体的技术还不是副翼,而是“机翼翘曲”(wing warping)。到了1904年,副翼才被用到了有人滑翔机上。到了1915年左右,伴随着方向舵(rudder)和升降舵(elevator)的标准化,副翼才开始成为主流的横侧向飞行控制装置。今天我们看到,和在鸟类身上相似,飞机的副翼也位于翅膀末端,副翼是运动方向相反的一对活动舵面。


01 曾用名:水平方向舵


这对舵面首先会使飞机横滚。要理解这一点,并不需要太多空气动力学知识。副翼在飞机“平飞”、大翼基本上比较“平直”的状态下起作用。就对单个舵面来说,它摆向大翼的任何一边,就会受到对面气流的冲击,因而使整个大翼向着相反的方向运动,进而使飞机“横滚”(roll)——沿着机身纵轴运动。例如右侧大翼的舵面向上方摆动,那么右侧大翼就会因此下沉。两个舵面配合、向相反方向摆动,就加强了飞机的横滚运动。


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副翼使飞机能够横滚,这让飞机显得酷酷的。但是,任何不以转弯为目的的横滚都是耍流氓,除非是在游乐场里。正常乘客内心里都不想要横滚,而把“我不想要横滚”说出口的乘客超乎寻常(我算一个),为此给乘务员的应急预案是安慰乘客“先生我们的飞机之所以横滚是因为它需要转弯”。


的确,通过横滚实现转弯才是副翼的真正使命。由于空气动力学的原理,副翼的运动除了使飞机横滚,也使飞机产生“侧向”(lateral)运动的趋势。纯粹的侧向运动是绕着垂直于水平面的“竖轴”而转动,这正是我们日常观念里的“转弯”,或者说“改变方向”。因此,副翼的运动实际上会让飞机改变方向,这才是副翼的价值所在。


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说到这儿,你可能会感到有点儿不对劲,飞机不是有“方向舵”吗?事实上,方向舵(rudder)是真正的“舶来词”,当出现在船舶上时,它确实常常是唯一用于控制方向的装置。位于水面以下的方向舵使船舶转弯的原理,类似于飞机通过副翼实现横滚:水流对舵面的冲击使船舶发生了竖轴方向上的“横滚”。动力快艇是一个典型的例子。


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但别忘了,对于帆船,水面以上的帆对于方向控制甚至更为重要。而对于今天的客机,副翼实际上有着帆一般的地位;副翼和方向舵在一起,实现“协同转弯”。事实上,因为副翼的作用在于改变方向这一明显的事实,在1908年以前,副翼还常常被叫做rudder或者horizontal rudder(水平方向舵)。而今天位于飞机尾部、被正式命名为方向舵(rudder)的那个舵面,在飞机不需要转弯的时候,还起到了“偏航阻尼”的作用——通过自动而高频的微小摆动来克服被称为“荷兰滚”的有害的自发运动。


方向舵不是唯一用于转弯的舵面,并且也不止是用于转弯,这就显得似乎副翼才是真正专注于方向控制的舵面。但是,不,那说的是传统的副翼。从前车马慢,飞机也慢,那时候副翼和方向舵在一起,一起专注于方向控制,它们各有别的心思是许多年后的事情了。


02 与襟翼在一起?


在属于B737的时代,副翼还专注于“水平方向舵”的职能。但是在浪漫(无奇不有)的法国,副翼的想象力起飞了,它望着旁边的襟翼心想:你是flap(襟翼),我也是flap(板子),为何不能在一起(why not have an affair)?


因此,当襟翼释放时,A320的副翼也跟着一起运动,这一功能有正式名称:“副翼下垂”(Aileron Droop)。在飞机下降阶段,乘客将看到A320的副翼轻微地摆动,幅度介于0和向下5度之间;而对于一些A321,最多可以达到向下10度。


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摆动并不是随风飘摆,而是与飞行员操纵杆的动作一致。ELAC(升降舵副翼计算机)翻译了飞行员的指令,输出为舵面的运动。正如ELAC的全称所暗示的,副翼不但和襟翼在一起,而且也和升降舵在一起了;而我们知道升降舵管理飞机的“俯仰”姿态。现在来猜猜副翼为何要下垂而且摆动?


与襟翼相比,它带来的面积和翼型变化实在有点小,而且总是摆动,因此这一功能在起降阶段起到的主要作用,并不是像伸出襟翼那样用于“增加升力”。另一方面,它与操纵杆的动作一致,也就意味着与升降舵协同工作,因此副翼下垂功能实际上就是“协同俯仰”,这能够改善飞机在低速时的操控性。


事实上在一些美国产品上,副翼也有相似的功能,但其作用是和襟翼“协同增升”。根据一名机长的介绍,MD-11有“Deflected Ailerons System”(偏转副翼系统),能让飞机离地的速度减少3节,这表明副翼和襟翼在一起,产生增升作用。


那么说回A320,副翼到底是和谁在一起了?方向舵?襟翼?还是升降舵?有点不太知道了,不过这似乎也很法国,而且还没完……


03 和扰流板在一起!


同一架飞机,落地以后,等地面扰流板完全升起,副翼也升起了,这一功能也有正式名称:副翼反下垂(Aileron Anti Droop)。


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这一次证据确凿:它和地面扰流板在一起!当地面扰流板完全伸出,它也完全伸出,和其他舵面没有什么关系。它们在一起毫无疑问是为了“协同减速”。这个关系有官方背书如下——


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但是,并非每一架A320的副翼都有这一功能,它是选装的。由于地面扰流板仅受控于SEC(扰流板升降舵计算机),而副翼仅受控于EALC,因此这一功能就和这两个计算机都有关系了。法国人升级了计算机,就能让副翼闲不下来。


大概就是总是因为闲不下来,等到有了机会,也就是断了液压的时候,副翼就可能会跟累成狗似的彻底耷拉下来。手册用了Droop down一词来描述这个场景:


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但是,你也不用怀疑,等到重新接了液压,副翼肯定“啪”地一声立正。谁知道它这一天天地这么忙是为了啥?


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发表于 2020-12-22 20:19:47 来自手机 | 显示全部楼层
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发表于 2020-12-22 21:37:50 | 显示全部楼层
写得真棒!感谢分享!
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发表于 2021-1-15 16:42:43 来自手机 | 显示全部楼层
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