波音737飛機B737的襟翼機動速度和最小機動速度簡介

編者按：受限于所能接觸到的資料范圍，筆者無法了解到波音公司對“襟翼機動速度”和“最小機動速度”的具體流程和計算方法。但是本文中所羅列出的參與兩種機動速度計算的因素和機理，應當是沒有問題的。哪些因素會影響飛機的機動裕度？機動裕度的變化規(guī)律是怎樣的？兩種機動速度有著怎樣的相互關系？理清上述問題對于飛行員來講更為重要和實用。這也是本文的出發(fā)點。當然，如果有了解兩種機動計算方法的朋友還望不吝賜教。

B737的襟翼機動速度和最小機動速度簡介

B737飛機同時使用“襟翼機動速度”和“最小機動速度”兩個概念進行機動裕度保護。這兩種機動速度使用不同的方法計算全機動能力所需的速度。全機動能力是指飛機在抖桿前仍具備40度坡度能力（25度坡度+15度裕度）。40度坡度對應的載荷因數(shù)為1.3g。正常操作情況下，飛行員應當確?？账偻瑫r滿足二者的要求。第一節(jié)

“算出來”的襟翼機動速度（一）計算方法襟翼機動速度是按照下面的“失速速度公式”計算得出的。根據(jù)襟翼機動速度的定義，在計算過程中以下幾個步驟是必不可少的。（1）依據(jù)飛機全重和載荷因數(shù)（過載）計算40度坡度時的升力。載荷因數(shù)=

升力

/

重力。當飛機保持平直飛行狀態(tài)時，載荷因素為1.0g，升力等于重力。當飛機保持40度坡度轉彎時，載荷因數(shù)為1.3g，升力等于1.3倍重力。（2）將“1.3倍重力”作為升力，代入“失速速度公式”。得到當前全重下40度坡度的失速速度。（3）按照設計，失速抖桿警告必須要早于實際失速。所以需要在失速速度的基礎上，還需要計入供警告的提前量。由此得到觸發(fā)抖桿警告的速度。（4）空氣密度和最大升力系數(shù)的變化會對失速速度產生影響，所以有必要增加一定的冗余度。最終得到的速度，就是當前全重下具備“全機動能力”（25度坡度15度裕度至抖桿）的速度了。（二）固定的襟翼機動速度在B737-300/400/500系列的飛機上，襟翼機動速度是固定的，只是簡單的根據(jù)飛機全重劃分為三檔。為了保證范圍內所有重量都具備“全機動能力”，襟翼機動速度必須按照最大重量計算。（三）浮動的襟翼機動速度從B737NG系列（700/800/900）飛機開始，襟翼機動速度改為依據(jù)飛機實際重量計算。因為飛機全重更準確了，所以襟翼機動速度也就不需要像B737-300那樣高的冗余度了。

進場機動飛行，是一個逐漸減速的過程。襟翼機動速度由“固定值”改為“浮動值”后，同樣的襟翼設置下B737NG飛機能夠獲得了更寬廣的速度區(qū)間。這對于增加進場飛行的靈活性和經濟性來無疑是非常有利的。以飛機全重51噸為例：B737-300襟翼5可用速度范圍為230節(jié)--170節(jié)。B737-800襟翼5可用速度范圍為250節(jié)--163節(jié)。

這種改進得益于B737NG系列取消速度表改用速度帶指示。機組的速度調定更簡便，也更可靠。B737-300系列使用速度表，空速游標由人工調定。操作繁瑣、可靠性低。采用固定的襟翼機動速度，可以減小機組調錯空速游標的概率。B737NG系列使用速度帶，空速游標由FMC自動調定。操作簡便、可靠性高。完全排除了機組計算錯誤的可能?！肮潭ㄊ健备臑椤案邮健钡谋澈笫菙?shù)字技術巨大的技術進步。（四）襟翼機動速度的“先天不足”在不同的飛行環(huán)境下，以同樣的速度飛行，飛機的機動裕度也是不同的。因為除了飛機全重外，影響失速速度的因素還有很多。（1）空氣密度空氣密度越低，失速速度越高?？諝饷芏仁軠囟?、海拔高度和氣象條件等因素的影響。重量相同、襟翼相同、空速相同，“高溫、高原機場”的機動裕度一定小于“低溫、低海拔機場”。（2）瞬間過載載荷因數(shù)越大，失速速度越高。實際飛行中并非只有轉彎坡度會增加載荷因數(shù)。粗猛的俯仰操縱和顛簸都會導致飛機的載荷因數(shù)瞬時增大。當載荷因數(shù)增大時，失速速度提高，機動裕度會減小。（3）最大升力系數(shù)的變化最大升力系數(shù)越低，失速速度越高。襟翼/縫翼故障、使用飛行擾流板、機翼污染積冰都會破壞機翼的氣動性能，導致最大升力系數(shù)下降。最大升力系數(shù)下降，會導致失速速度增大，機動裕度降低。（五）放大冗余度理論上講，我們可以把溫度、濕度、氣壓、瞬間載荷、機翼污染、結冰條件、擾流板形態(tài)等等因素全部代入失速公式參與計算。這樣我們就可以得到更為精確的襟翼機動速度。但是這樣的計算幾乎是不可能完成的。首先，氣壓、溫度和載荷因數(shù)，是持續(xù)波動變化的。為了追求成本和可靠性，機載計算機的性能遠遜于我們常見的家用電腦。即使跟現(xiàn)在的主流智能手機相比也未必占優(yōu)勢。持續(xù)代入上述變量進行計算，不僅硬件性能無法實現(xiàn)，還會出現(xiàn)計算結果滯后的問題。其次，襟翼/縫翼故障、飛行擾流板、機翼污染、積冰條件等對升力系數(shù)的削弱幅度，難以量化評價。這一問題會在下篇介紹，這里不做累述。襟翼機動速度不能顯示實時的機動裕度，無法準確的告訴我們此時此刻飛機的速度距離失速到底有多遠。這是由襟翼機動速度的計算方法決定的。不變的襟翼機動速度，如何來適應多變的飛行環(huán)境呢？唯一可行的方法就是按照最惡劣的條件參與計算。通過放大冗余度來確保襟翼機動速度在任何條件下都能滿足“全機動能力”。波音公司放大冗余度所用的氣象條件我們無從得知。但是在B737的服役記錄中，從未出現(xiàn)正常過載下保持襟翼機動速度觸發(fā)抖桿或失速的報告。可見波音對襟翼機動速度設定的冗余度是足夠的。

本段小結：（1）“襟翼機動速度”單純由飛機重量決定?！敖笠頇C動速度”以綠色的“UP、1、5、15、25、30、40”字符形式顯示在速度帶上。（2）當飛機處于正常氣動形態(tài)時，“襟翼機動速度”可以確保飛機具備1.3g過載下不觸發(fā)失速抖桿的能力。（3）高溫、高原、低氣壓、積冰、高過載、使用飛行擾流板、襟/縫翼故障等都會導致失速速度增加，縮小“襟翼機動速度”距離失速速度的裕度。第二節(jié)“測出來”的最小機動速度上一篇我們講到，受計算方式所限“襟翼機動速度”無法顯示實時的機動裕度。那么有沒有一種方法，能夠提供實時的機動裕度顯示呢？

波音從B737-300后期型號開始引入“最小機動速度”的概念正是針對于此?！安灰獙⒆钚C動速度（顯示為琥珀色速度帶的頂端）與襟翼機動速度混淆。襟翼機動速度是基于飛機重量，而最小機動速度是通過飛機迎角和當前空速計算的。這兩個速度提供了獨立的方法以保證當前空速至少提供在航站區(qū)機動飛行的全機動能力。”－－《B737機組訓練手冊》（一）失速臨界迎角“當迎角達到臨界迎角時，升力系數(shù)達到最大值，若迎角進一步增大，則升力不但不再增大反而會迅速下降，這種現(xiàn)象稱為失速。”——《中國航空百科詞典》“當空速接近失速時，SMYD完成EFS功能，使用EFSM給升降舵感覺計算機和雙感力作動筒提供850psi的A液壓系統(tǒng)壓力。這使得感覺和定中機構的升降舵感覺力增加，并在駕駛桿上提供與升降舵抬頭運動相反的運動，在AOA為8到11度時，這取決于襟翼位置，EFSM啟動。當該系統(tǒng)工作時，駕駛艙沒其他指示?！薄禕737NG飛機維護手冊》在失速的標準定義中，為什么要使用迎角而非速度來界定失速與否呢？這需要從失速的一個重要特性說起。在翼型相同的情況下，失速速度會隨著全重、載荷、空氣密度（溫度、氣壓和高度）的變化而不同。這一點在上篇《襟翼機動速度》中我們已經介紹過了。但是“失速臨界迎角”不會隨外界環(huán)境的變化。只要機翼翼型不變，不論低空或者高空，小重量或者大重量，低溫或者高溫，機翼永遠在同一個迎角失速。翼型不變，則失速臨界迎角不變。這是最小機動速度計算的一個重要的理論依據(jù)。（二）實時探測的迎角以失速臨界迎角為分界，飛機的速度區(qū)間被劃分為“第一速度范圍”和“第二速度范圍”。在第一速度范圍內，迎角越大升力越大。在第二速度范圍內，迎角越大升力越小。正常飛行情況下，飛機都處于“第一速度范圍”。我們遵循“迎角越大升力越大”這一原則，以平飛、空速保持不變?yōu)榍疤徇M行如下討論。（1）飛機全重越大，迎角越大；全重越小，迎角越小。（2）空氣密度越低，迎角越大；密度越高，迎角越小。（3）載荷因數(shù)越高，迎角越大；載荷因數(shù)越低，迎角越小。通過探測實時迎角值的方法，最小機動速度巧妙的把上述環(huán)境變量代入了失速裕度的計算之中，彌補了“襟翼機動速度”變量單一、冗余度過大的缺陷。

優(yōu)秀的飛機設計，能夠帶給人邏輯的美感。（三）最小機動速度的計算思路（1）利用“翼型不變，臨界迎角不變”這一特點，飛機制造商可以提前測得各種翼型的臨界迎角作為性能計算的基礎。（2）實際飛行中，系統(tǒng)根據(jù)襟翼/縫翼、防冰系統(tǒng)和減速板的形態(tài)選擇對應的失速臨界迎角。（3）將“空速”、“實際迎角”和“失速臨界迎角”三組數(shù)據(jù)進行比對，系統(tǒng)就可以獲得當前形態(tài)和空速下飛機距離失速的裕度。實際的計算過程中，最小機動速度的計算過程獲得的是一組數(shù)據(jù)，而不是一個數(shù)據(jù)。這“組”數(shù)據(jù)以“下琥珀色區(qū)”的形式直觀的顯示在速度帶上。在平飛狀態(tài)時（1.0g過載），下琥珀色區(qū)的含義如下：琥珀色區(qū)頂端：全機動能力、1.3G

或

40

度坡度（25

度坡度和15度裕度）。琥珀色區(qū)中間：足夠的機動能力或30

度坡度（15

度坡度和15

度裕度）。琥珀色區(qū)底部/下紅區(qū)頂端：對應當前G

載荷開始抖桿的速度。其中琥珀色速度帶的頂端，指示了飛機“全機動能力”所需的最小速度。這個速度就是我們所說的“最小機動速度”。（四）“下琥珀區(qū)”的兩個特點特點一：“底端”伴隨實際過載波動，“頂端”不隨實際過載波動。下琥珀色區(qū)底端（紅區(qū)頂端）指示當前G值的失速抖桿速度，會伴隨著實際過載的變化而波動。下琥珀色區(qū)頂端固定按“1.3g至失速抖桿”計算速度，不隨當前飛機G值變化的影響。了解下琥珀色區(qū)的這一特點是很有幫助的。通過觀察下琥珀色區(qū)的伸縮變化，我們可以清晰的了解當前狀態(tài)下的失速裕度。這是一種很實用的飛行技巧。我們以下圖為例說明：第一張圖坡度為30°。1.3g過載時抖桿速度顯示為222節(jié)（頂端）。當前過載下的抖桿速度顯示為190節(jié)（底端）。第二張圖坡度為40°。1.3g過載時抖桿速度顯示仍然為222節(jié)（頂端）。當前過載下的抖桿速度顯示為214節(jié)（底端）已經很接近222節(jié)了。第三張圖坡度為45°。當前過載已經超過1.3g。我們可以看到當前過載下的抖桿速度為235節(jié)，已經遠遠大于1.3g下的222節(jié)。琥珀色區(qū)“底端”已經高于“頂端”，所以琥珀色區(qū)已經無法顯示了。真實航班中的過載是多種多樣的。顛簸、亂流、頂風分量切邊或者粗猛操縱都可能導致飛機載荷因數(shù)的突然上升。筆者曾經在離場爬升過程中遇到過頂風分量短時增加60節(jié)的情況。當時表速迅速上漲，飛機就像坐了“土火箭”一樣往上“竄”。那種整個人被過巨大的載壓在座椅上的感覺，至今回想起來仍然心有余悸。高過載情況下，失速速度迅速上升。我們可以看到圖3中表速雖然有236節(jié)，但飛機已經很接近失速抖桿了。對面突如其來的過載，柔和穩(wěn)定的操縱飛機，盡可能改平轉彎坡度，可以有效的避免高G值下的失速抖桿?！笆僭６入S坡度角和增加的載荷因素而減小。因此，如果對機動能力有懷疑，最好將坡度角限制到不超過15度。增大正常襟翼/速度機動計劃，并保持在襟翼標牌極限范圍內，將會提供額外的失速裕度，而此裕度需要更大的坡度角?！保禕737機組訓練手冊》特點二：下琥珀色區(qū)“頂端”和“中部”需要飛機全重數(shù)據(jù)，“底端”不需要全重數(shù)據(jù)。雖然手冊中強調“最小機動速度是通過飛機迎角和當前空速計算的”。但實際使用中我們發(fā)現(xiàn)，如果不輸入飛機無油重量，下琥珀色區(qū)不顯示。沒有全重數(shù)據(jù)時，速度帶仍然能夠指示當前過載下的抖桿速度（下紅區(qū)頂端）。這可能與此時實際迎角接近失速臨界迎角有關。（五）影響翼型的一些非常規(guī)變量如果機翼翼型改變，則失速臨界迎角也發(fā)生變化。最常見的翼型改變是襟翼的收放。襟翼位置改變后，系統(tǒng)會重新選擇對應的失速臨界迎角。此外，還有一些特殊的翼型改變無法進行量化的計算和評估。系統(tǒng)只能按照最惡劣的情況放大冗余度。遇到這些情況，最小機動速度會有不同程度的提高。我們應當明確，這種改變是失速邏輯的切換，即系統(tǒng)選用了更小的“臨界迎角”參與計算。所以當遇到下述情況時，即使機組確認是假信號，也要適當增加空速。因為系統(tǒng)會更早的觸發(fā)失速抖桿警告。（1）前緣襟翼過渡當飛機的前緣襟翼/縫翼不在指令的位置時，“前緣襟翼過渡燈”亮。此時機翼的翼型與正常形態(tài)不符。翼型曲度可能更大（例如襟翼5，前緣縫翼全放出），翼型曲度也有可能更?。ɡ缒承┣熬壯b置未放出）。B737NG飛機每一側機翼裝有2塊前緣襟翼，4塊前緣縫翼。僅僅針對前緣襟翼過渡，不考慮后緣襟翼故障的可能，我們來做兩道計算題。第一題，不考慮前緣裝置卡阻在過渡位置的情況下：每塊前緣襟翼有2個位置（收上、伸出）。每塊前緣縫翼有3個位置（收上、伸出、全伸出）?！扒熬壗笠磉^渡”可能的翼型組合應當有：2*2*3*3*3*3=324種形態(tài)第二題，考慮前緣裝置卡阻在過渡位置的情況：每塊前緣襟翼有3個位置（收上、過渡、伸出）。每塊前緣縫翼有5個位置（收上、過渡、伸出、過渡、全伸出）?！扒熬壗笠磉^渡”可能的翼型組合應當有：3*3*5*5*5*5=5625種形態(tài)能否在飛機設計階段針對每種故障翼型都測試失速臨界迎角？出這種餿主意的人一定是空客公司派駐波音的“內鬼”，任務是逼瘋全體波音性能工程師。所以在前緣襟翼過渡時，失速裕度的計算只能向“性能最差的”一側靠攏以求萬全。作為驗證，筆者選取了襟翼5正常形態(tài)和兩種故障形態(tài)進行比較（下圖）。（a.）左側速度帶后緣襟翼5、前緣襟翼伸出位，前緣縫翼伸出位。這是襟翼5的正常形態(tài)。

（b.）中間速度帶后緣襟翼5、前緣襟翼收上位，前緣縫翼收上位。這是前緣裝置全部卡阻的形態(tài)。

（c.）右側速度帶后緣襟翼5、前緣襟翼伸出位，前緣縫翼全伸出位。這是前后緣裝置不匹配的形態(tài)。我們可以看到，兩種故障形態(tài)下的最小機動速度是完全相同的；不論實際形態(tài)如何，只要“前緣襟翼過渡燈”亮，最小機動速度即增加固定的幅度。這也從側面證明波音公司沒有針對每一種故障的翼型測試失速臨界迎角?！罢Ｇ闆r下，目標速度始終等于或大于最小機動速度（琥珀色速度帶頂部）。在非正常情況下，目標速度可能低于最小機動速度。”－－《B737機組訓練手冊》（2）積冰條件積冰會改變翼型的曲度并且破壞機翼表面光潔度，破壞機翼升力的同時還會增大阻力?！鞍l(fā)動機整流罩防冰”接通后，系統(tǒng)認為飛機進入積冰環(huán)境。失速邏輯被提高的同時，最小機動速度也提高。發(fā)動機整流罩防冰關閉后，失速邏輯和最小機動速度即恢復正常?！皺C翼防冰”接通后的失速邏輯與“發(fā)動機防冰”有所不同。因為B737只提供對三個內側前緣縫翼的氣熱防冰。在機翼前緣融化的冰水，被氣流吹至機翼中后段可能重新結冰。這會嚴重破壞機翼翼型，且無法消除。所以飛行中只要曾經接通過“機翼防冰”，不論后續(xù)飛行防冰是開或關，失速邏輯將一直保持在“結冰”邏輯下?！霸诳罩校瑱C翼防冰系統(tǒng)可作為除冰設施或防冰設施。使用該系統(tǒng)的主要方法用作除冰器，即接通機翼防冰之前先允許積冰。采用本程序可提供最光潔的機翼表面，并使重新結冰的可能性最小，而且推力和燃油的損耗最低?！?--《B737NG使用手冊》（3）使用飛行擾流板B737NG飛機每側機翼的上表面都裝有4塊飛行擾流板。當飛行擾流板打開時機翼翼型被破壞，從而達到增加阻力、減小升力的目的。由此可見，飛行擾流板對機翼翼型有很大的影響。在空中打開飛行擾流板，最小機動速度會有較大幅度的提高。通常情況下，即使打開飛行擾流板“最小機動速度”也不會超過“襟翼機動速度”。但是有一種情況例外，輕重量+襟翼5。下圖是在真實航班中拍攝的。左側為飛行擾流板打開，右側為飛行擾流板收回。飛行擾流板收回時的速度帶，最小機動速度142節(jié)，襟翼機動速度160節(jié)。飛行擾流板打開后的速度帶，最小機動速度165節(jié)，襟翼機動速度160節(jié)。

上圖是筆者在有準備的情況下拍攝的。打開飛行擾流板之前，筆者有意的增加了10節(jié)空速。如果機組在襟翼5先減速至160節(jié)，后打開飛行擾流板。那么飛機將小于最小機動速度飛行。在襟翼5形態(tài)下機組應當謹慎使用飛行擾流板。機組可以選擇增速而后打開飛行擾流板，也可以放出起落架代替飛行擾流板。但是筆者不推薦使用飛行擾流板的中間位置?！鞍褱p速板放在下卡位和飛行位之間可能產生快速的橫滾率，所以正常情況下要避免?！薄敖笠矸懦鰰r盡量避免使用減速板。襟翼大于等于15

時減速板應收起。如果襟翼放出情況下需要放減速板，進近過程中應避免大的下降率。到達1000

英尺AGL

之前要收回減速板?！保禕737機組訓練手冊》（六）迎角、仰角和飛行軌跡矢量簡介前文中我們大量的使用“迎角”這一概念。應當注意“迎角”、“仰角”是不同的概念。三者既相關，又有區(qū)別。迎角（angelofattack/AOA），是指翼弦相對于氣流來向的夾角。仰角（pitch），是指飛機縱軸相對于水平面的夾角。飛行軌跡矢