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飛行員報告:協(xié)和客機的超音速之旅

 hercules028 2019-05-14

英國航空公司最成功的“協(xié)和”客機航線是倫敦-紐約,每天有兩個回程航班。正如機長邁克·班尼斯特在本文中所證實的,這種渦噴動力客機駕駛起來比普通客機復(fù)雜得多。雖然在某些情況下“協(xié)和”的操作程序大體上與其他客機一樣,但是需要點燃加力燃燒室,進入超音速飛行……

起飛后開加力爬升的“協(xié)和”
起飛后開加力爬升的“協(xié)和”

飛行前準備

  通常情況下,我們會在起飛前一個半到兩個小時到達希思羅機場,與其他客機機組一樣完成所有準備工作。我們會了解目的地、經(jīng)停機場和備降機場的天氣情況,并根據(jù)這些因素考慮需要裝載多少燃料。

  飛行計劃人員會提前計算出我們需要的最低燃料,大約90-92噸就足以到達紐約并保留半小時余量,用于轉(zhuǎn)移到備降機場降落。飛行員會最終決定是否要裝更多額外燃料,但每增加一噸重量,我們就會因額外重量而消耗更多燃料。我們在希思羅機場多加的每一噸燃料,在抵達紐約時就只能剩下一半了。

  我們會在起飛前一小時登機。由于“協(xié)和”比傳統(tǒng)噴氣式客機復(fù)雜許多,我們必須在飛行前準備工作上至少花上一個小時。飛行工程師會對飛機進行外部檢查,與此同時兩名飛行員為起飛做準備:設(shè)置導(dǎo)航設(shè)備,檢查所有系統(tǒng)并確保儀器正常工作。這些工作大家各忙各的,直到起飛前半小時,機組才會聚集在一起作為一個團隊協(xié)同工作。一個人念檢查清單,另兩人根據(jù)清單確認已經(jīng)完成了多少工作。起飛前十分鐘,我們會得到最終艙單,告訴我們機上有多少乘客,坐在哪里,飛機裝了多少燃料,是否裝了貨物等。

“協(xié)和”客機的三人機組,駕駛艙略顯擁擠
“協(xié)和”客機的三人機組,駕駛艙略顯擁擠

  “協(xié)和”為了減輕重量沒有裝備輔助動力裝置(APU),和VC10客機一樣。我們用地面高壓空氣和電源來啟動發(fā)動機,我們會先啟動兩臺發(fā)動機以生成自己的電力和空氣供應(yīng),然后自行啟動其他兩臺發(fā)動機。隨著老式噴氣式客機的退役,這種發(fā)動機啟動方式變得越來越稀罕,因為現(xiàn)代客機已經(jīng)把APU作為標配,并不需要氣動啟動裝置了。

與現(xiàn)代客機相比,“協(xié)和”啟動時需要更多的地面輔助車輛
與現(xiàn)代客機相比,“協(xié)和”啟動時需要更多的地面輔助車輛

起飛

  我們從來沒有獲得任何特殊起飛優(yōu)先權(quán),和所有其他客機一樣也需要排隊起飛。當我們滑到跑道末端并獲得起飛許可時,我們會做一些額外檢查,包括預(yù)先打開加力燃燒室的開關(guān)——就在油門桿弧座后面。然后,無論我們的起飛重量如何,我們都會油門全推開啟最大推力,這與其他客機完全不同。當“協(xié)和”駕駛艙中出現(xiàn)來自其他客機的飛行員時,他們總是會對這種戰(zhàn)斗機般的操作感到震驚。他們已經(jīng)習(xí)慣根據(jù)起飛重量計算所需推力,輕柔推油門以免引起發(fā)動機過載。“協(xié)和”的起飛噪音非常巨大,我們在每次起飛中都會根據(jù)重量、氣溫和風(fēng)速進行復(fù)雜操縱,來降低噪音,最佳方法在盡可能短的時間里加速到盡可能快的速度。從希思羅起飛時,發(fā)動機加力燃燒室會持續(xù)工作約一分十秒。當發(fā)動機推力約75%時,加力會自動開啟,此時滑跑速度是65-70節(jié)(120-130公里/小時),當速度增加到100節(jié)(185公里/小時)時,所有四臺發(fā)動機會全部進入加力狀態(tài),這也是飛行工程師需要檢查的一件事。

加力全開高速滑跑的“協(xié)和”
加力全開高速滑跑的“協(xié)和”

  飛機在跑道滑行時很容易保持直線,因為它有一個巨大的垂尾。100節(jié)時檢查發(fā)動機狀態(tài),如果我們在V1決斷速度之前遭遇一臺發(fā)動機失效,我們?nèi)钥稍谂艿朗S嚅L度內(nèi)停下來。如果V1之后單發(fā)故障,那就只能硬著頭皮起飛了。實際上V1會根據(jù)起飛重量變化,我們要在起飛前確定V1,這樣機組人員就知道如果在V1之前或之后遭遇發(fā)動機故障,飛行員將要做什么了。最大起飛重量下的V1通常約為165節(jié)(305公里/小時),一旦超過這個速度,無論發(fā)生什么事情我們都會繼續(xù)加速,直到達到約190節(jié)(352公里/小時)的抬前輪速度,此時飛行員會拉桿把機鼻抬起到約13度。

  “協(xié)和”在氣動設(shè)計上也與其他客機不同,除了機翼產(chǎn)生的升力外,三角翼還能產(chǎn)生很強的渦升力,高度后掠的機翼前緣在迎角姿態(tài)下會產(chǎn)生兩個旋轉(zhuǎn)渦流。

“協(xié)和”起飛時機翼前緣的渦流
“協(xié)和”起飛時機翼前緣的渦流

  我們直到約215節(jié)(398公里/小時)才能升空,明顯快于普通客機。最大重量起飛的滑跑距離約為2800米。希思羅機場兩條主跑道分別長3902米和3658米,我們一般會用完四分之三長度。如果我們在起飛后遇到問題并希望返回希思羅機場,就必須緊急放油了。“協(xié)和”的最大著陸重量比最大起飛量輕了足足70噸。

  升空后,“協(xié)和”要盡可能快地爬升,因為英國空管規(guī)定任何低于3000米高度的飛機速度都不能超過250節(jié)(463公里/小時)。我們總是試圖讓空管解除這個限制,這樣“協(xié)和”就能以400節(jié)(740公里/小時)的最佳爬升速度爬升了。當速度超過250節(jié)時,飛機的機鼻和遮陽板會升起。

“協(xié)和”的可動機鼻
“協(xié)和”的可動機鼻
“協(xié)和”的可動機鼻

向超音速沖刺

  我們以最直接的航線向超音速起始航點飛去,這個階段會以0.95馬赫的速度飛行,隨著阻力的減小,飛行效率會隨之提高。進入超音速的最佳高度是8500米,而此時其他客機則在繼續(xù)緩慢加速與爬升,最終在10700米高度達到約0.84馬赫的正常巡航速度。離開希思羅機場后,我們花17-18分鐘飛到斯旺西東南部的布里斯托爾海峽,在這里開始向超音速沖刺。同樣,在進入超音速前必須做一系列檢查。

  “協(xié)和”飛機擁有自己的北大西洋航線——Sierra Mike,Sierra November和Sierra Oscar。其他客機在跨大西洋飛行時會選風(fēng)向最有利的航線,更高的巡航高度意味著風(fēng)向?qū)Α皡f(xié)和”的影響要小得多,所以我們無需為避免逆風(fēng)和追逐順風(fēng)而煩惱。雖說如此,駕駛“協(xié)和”進入高空急流仍能創(chuàng)造紐約-倫敦的最快飛行紀錄。一年中某些時候,特別是十一月到一月之間當高空急流與我們北大西洋航線相吻合時,我們每天都會利用這股強勁順風(fēng),創(chuàng)下2小時52分59秒的最快東行紀錄,而典型耗時是3小時12分-3小時15分。我們總是會在時刻表上說需要3小時20分鐘,讓我們看起來總是能夠提前抵達,給人留下謹慎承諾,拼命做事的好印象。我從肯尼迪國際機場到希思羅機場最快的時間是2小時54分鐘35秒,我還保持了從倫敦到紐約間3小時6分鐘的最快紀錄。

“協(xié)和”超音速飛行的唯一照片,由一架“狂風(fēng)”戰(zhàn)斗機拍攝
“協(xié)和”超音速飛行的唯一照片,由一架“狂風(fēng)”戰(zhàn)斗機拍攝

  當我們抵達超音速航點時,會向空管請求爬升,然后我們會油門全開再次開啟加力以突破音障。這是一個高阻力速度區(qū)域,從0.95馬赫到大約1.7馬赫的阻力會更高,所以我們需要加力燃燒室產(chǎn)生的額外推力。這次加力將持續(xù)8-9分鐘,在發(fā)動機變得足夠高效后關(guān)閉,一般來說這個速度大約是1.7馬赫。迄今為止,“協(xié)和”仍然是唯一一種不開加力就能從1.7馬赫加速到2馬赫,同時繼續(xù)爬升的飛機。

  突破音障沒有任何感覺,飛行非常平滑。駕駛艙內(nèi)唯一能察覺的跡象是當激波通過機身表面的傳感器時,垂直速度表會不規(guī)律地亂跳3-4秒。在此過程中乘客能注意到的唯一感覺是發(fā)動機成對開啟加力時,椅背會傳來兩次輕微推背感。

  除了解決突破音障的阻力問題外,“協(xié)和”客機還需要解決超音速飛行的升力中心后移問題。在跨音速飛行時,“協(xié)和”客機的升力中心會隨速度增加而后移。為了抵消這種情況,飛行員需要偏轉(zhuǎn)機翼后緣的升降副翼,但這樣做會產(chǎn)生更大配平阻力?!皡f(xié)和”客機的設(shè)計師意識到了這個問題,通過將飛機前部油箱的燃料泵送到后部油箱,使重心以相同速度后移,這意味著無需偏轉(zhuǎn)控制翼面,不會產(chǎn)生配平阻力。從0.7馬赫開始,10噸燃料將從靠近機鼻的油箱轉(zhuǎn)移到垂尾下方的另一個油箱中。

“協(xié)和”的重心調(diào)節(jié)系統(tǒng)
“協(xié)和”的重心調(diào)節(jié)系統(tǒng)

  當我們加速到1.3馬赫時,另一個聰明的設(shè)計開始發(fā)揮作用。羅爾斯·羅伊斯/斯奈克瑪“奧林巴斯”發(fā)動機無法吞入速度超過434節(jié)(804公里/小時)的空氣,因此需要對進氣減速。每個3.35米長的進氣口內(nèi)都有兩個斜板,被設(shè)計用于產(chǎn)生激波,降低進氣速度。由于斜板的定位非常敏感,所以由民航客機裝備的第一臺數(shù)字計算機控制。隨著空氣在減速同時也被壓縮,所以需要膨脹以匹配發(fā)動機外部的空氣壓力?!皡f(xié)和”動力系統(tǒng)產(chǎn)生的推力一半是進氣道產(chǎn)生的,空氣在這里被減速、壓縮、加速并再次膨脹。如果沒有斜板,“協(xié)和”將無法超越1.3馬赫。

“協(xié)和”的進氣道/發(fā)動機系統(tǒng)
“協(xié)和”的進氣道/發(fā)動機系統(tǒng)

進氣道斜板位置會根據(jù)速度自動調(diào)節(jié)
進氣道斜板位置會根據(jù)速度自動調(diào)節(jié)

超音速巡航

  “協(xié)和”會在大約15200米高度加速到2馬赫,此時隨著燃料的消耗,機身逐漸變輕而推力保持不變,所以飛機會緩慢爬升。“協(xié)和”最快的速度是2.04馬赫,這也是最大允許速度,只有在我們沖入一個冷空氣團中才能飛到這個速度,但此時自動駕駛儀會采取措施降低速度。“協(xié)和”在設(shè)計上能承受2.2馬赫的巡航速度,但這種速度將導(dǎo)致機身蒙皮溫度升高,把巡航速度降到2馬赫意味著會產(chǎn)生更少的金屬疲勞問題。

“協(xié)和”在超音速的時候,由于熱脹冷縮機身將拉長300毫米,熱脹間隙最大的地方是隨機工程師的工作臺和艙壁之間,所以所有“協(xié)和”在退役前的最后一次飛行中,隨機工程師都把自己的帽子放在這個縫隙里
“協(xié)和”在超音速的時候,由于熱脹冷縮機身將拉長300毫米,熱脹間隙最大的地方是隨機工程師的工作臺和艙壁之間,所以所有“協(xié)和”在退役前的最后一次飛行中,隨機工程師都把自己的帽子放在這個縫隙里

  其他客機一般以固定高度飛越大西洋,而“協(xié)和”飛機被允許在一個高度區(qū)間內(nèi)飛行,一般是15200-18300米。我們將以2馬赫(2173公里/小時)的速度飛行兩小時,每分鐘飛行37英里。你可以在桌板上立起一枚1英鎊硬幣,飛機在兩倍音速壓坡30度轉(zhuǎn)彎時都不會倒,飛行非常平滑。

  萬一此時有乘客突發(fā)重病或飛機遭遇機械故障,“協(xié)和”無法繼續(xù)前往紐約怎么辦?與普通客機相同需要緊急降落。但由于“協(xié)和”的飛行速度是普通客機的2倍以上,所以我們在緊急備降前必須在一半時間內(nèi)考慮前方兩倍距離的情況。所以選拔“協(xié)和”的空勤人員時,我們總是在尋找既能駕駛“協(xié)和”從A地安全飛到B地,又有能力應(yīng)對突發(fā)意外的人。

  遭遇上述緊急情況時,機組三名成員之間會進行討論,在飛行員機長的領(lǐng)導(dǎo)下及時做出反應(yīng)。準備越充分,狀況發(fā)生時做出決定所需的時間就越少。

  備降機場的選擇主要根據(jù)其跑道長度,“協(xié)和”客機可以在任何能降落波音747的機場降落。這些都是基礎(chǔ)設(shè)施良好的機場,能讓突發(fā)疾病的乘客迅速就醫(yī)。典型備降機場有愛爾蘭香農(nóng)機場、加拿大紐芬蘭的圣約翰斯機場、康涅狄格州布拉德利國際機場、新澤西州紐瓦克機場,但由于噪音限制我們無法備降波士頓機場。如果我們在大西洋上空飛了三分之二航程,得知紐約機場因大雪或其他原因被關(guān)閉,首選備降機場是華盛頓杜勒斯國際機場,它也是“協(xié)和”的目的地之一。

  一般來說在飛往紐約的“協(xié)和”航班上,你在減速下降之前會飛到17700米的高度,距離美國海岸80公里之前我們必須減速到亞音速。在放慢速度時,拖在“協(xié)和”身后約48公里長32公里直徑的音爆錐會逐漸縮小。我們會放慢速度以適應(yīng)正常降落航線,下降到3000米時需要減速回250節(jié)。話雖如此,如果周圍沒有任何其他客機,我們會飛得更快些。

超音速飛機音爆錐示意圖
超音速飛機音爆錐示意圖

進近降落

  后掠翼飛機的飛行員可以通過放下機翼后緣襟翼和前緣縫翼來降低速度,“協(xié)和”飛機沒有這些,所以只能依靠增大迎角來低速飛行,更大的迎風(fēng)面積會產(chǎn)生更大的空氣阻力。但這樣機鼻高高揚起會遮住飛行員的視野,無法看到跑道。這就是為什么“協(xié)和”飛機具有可動機鼻的主要原因 :為了在起降中使飛行員看清前方?!皡f(xié)和”在最后進近中的迎角可達11-12度,而普通客機是2-4度。這是一個很大的不同。

“協(xié)和”的大迎角接地
“協(xié)和”的大迎角接地

  我們的進近速度為190節(jié)(352公里/小時),比其他客機的約120節(jié)(222公里/小時)要快得多。我們飛得越慢,就越需要增大迎角來提高升力,但更大的迎風(fēng)面積會增加更多阻力,就像是飛行的電熨斗。下降到240米時我們將減速到160節(jié)(296公里/小時),這也是正常接地速度,比其他客機的110-120節(jié)(203-222公里/小時)再次高出不少。

  這種操作也被稱為降噪進近,是最有效和最安靜的。這是我們首選的進近方式,唯一的缺點是如果前方有客機在降落,我們就會在進近中超過他們??展鼙仨氝m應(yīng)“協(xié)和”的特殊降落方式,當時他們指揮得很好。我們有時必須提前減速,以避讓前方緩慢飛行的客機。

  儀表能準確顯示主輪相對地面的高度,但仍要由飛行員來判斷主輪該在跑道的哪處平穩(wěn)接地。當我們即將降落時,我們?nèi)栽谝?60節(jié)的速度和每分鐘259-274米下降率飛行。當主輪接地時,機翼將失去約90%的升力,會迫使機鼻下沉。而我們必須堅持拉桿保持前輪抬起,利用機身阻力迅速減速。而普通客機的飛行員在主輪接地后就能立即讓前輪接地,而我們必須在減速到足夠慢之后才能讓前輪接地。由于前所未有的降落速度,“協(xié)和”成為了第一種擁有碳纖維剎車盤的民航客機,并裝備了非常有效的反推系統(tǒng),使我們可以在比747略遠的地點停下來。

“協(xié)和”客機的蛤殼式反推裝置
“協(xié)和”客機的蛤殼式反推裝置

  接下來就是滑向航站樓?!皡f(xié)和”的前起落架位于機鼻后方9米處,也就是客艙第五排座椅下方。所以我們會滑到滑行道右側(cè)邊緣,然后才向左轉(zhuǎn)彎。滑行時,我們會關(guān)閉四臺發(fā)動機中的兩臺,即便如此在重量很輕的情況下,“協(xié)和”也一直在加速,我們不得不經(jīng)常剎車。來到航站樓后,我們將處于乘客關(guān)懷模式。在駕駛艙門外面向所有顧客打招呼并告別。

罕見的“協(xié)和”四機編隊
罕見的“協(xié)和”四機編隊

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