失速改出伞结构改装概述

何周理，徐德昇

（上海飞机设计研究院，上海201210）

失速改出伞结构改装概述

何周理，徐德昇

（上海飞机设计研究院，上海201210）

飞机的失速试飞是一项高难度、高风险的试飞科目，飞机一旦进入深失速，驾驶员使用普通的改出方法很难甚至完全不能从失速中改出。为了保障在失速试飞时飞机和试飞员的安全，往往在飞机尾段加装失速改出伞。根据不同机型对失速改出伞的结构安装方式进行比较，归纳出三种不同的安装方案，可供飞机设计员在设计失速改出伞时参考使用。

失速；失速改出伞；试飞；改装

当飞机发生非指令性俯仰、滚转或偏航，或出现不可忍受的抖动或结构振动，或升力系数随迎角增加开始下降等三种情况之一的异常现象，这种现象称为失速。其机理在于大迎角（或激波诱导）机翼边界层分离。当迎角达到临界迎角时，升力系数达到最大值，若迎角进一步增大，则升力不但不增大反而会迅速下降[1]。

深失速是飞机在超过失速攻角以后发生的以纵向失控运动为主的特殊“锁定”失速现象。在失速试飞时存在进入深失速的可能，驾驶员使用普通的改出方法很难甚至完全不能从失速中改出。本文对不同机型的失速改出伞进行比较，根据失速改出伞的不同安装方式，总结各种安装方式的特点。

1 失速改出装置的必要性

FAR-25部及CCAR-25部中有关条文，即25.201～25.207中对失速有明确规定，民用运输类飞机必须进行失速性能试飞[2]。典型的“T”形尾翼布局的飞机可能存在深失速运动模态，飞机一旦进入深失速，平尾效率很低甚至失效，很难改出深失速，严重威胁着飞机的飞行安全。为了确保飞行试验的安全，必须在加装失速改出装置条件下进行飞行试验[3]。

美国对军机试飞时有严格要求，为了确保试飞安全，在美军标MIL-F-8785C和MIL-S-83691A中明确要求：新机大迎角/失速/尾旋试飞必须在加装应急反尾旋装置的条件下进行[4]。

目前国际上通常采用的应急失速改出装置有以下三种：

（1）通过改变飞机气动外形的方法（增加附加升力面）；

（2）反尾旋/反失速火箭方法；

（3）失速/尾旋改出伞（或反失速/反尾旋伞）。

相比较而言，失速改出伞系统是目前国际上应用最广泛、技术最成熟的、使用最可靠、使用过程最方便的方法。

2 失速改出伞

2.1 失速改出伞工作原理

在失速试飞时，飞机的失速改出伞系统通常安装在飞机尾段的专用改装结构上，改出伞的载荷示意如图1所示，其作用原理为：由于失速改出伞阻力的作用点（伞绳连接点）远离飞机的重心位置，因此，当飞机进入深失速状态时，迅速启动射伞动力系统，伞张开后将在飞机的俯仰方向造成很大的制动力矩，从而使飞机强行下俯，迎角回到失速迎角以下，达到改出失速（特别是深失速）状态。

图1 失速改出伞载荷示意图

为实现上述功能，失速改出伞系统的基本构成应包括：伞系统、射伞装置、伞舱/伞舱固定装置、锁钩/抛伞机构及控制系统等。失速改出伞系统的设计准则及一般要求可参考文献[5]。

2.2 失速伞改装方案

失速改出伞按伞舱及传力支架的结构形式可分为三类：内部改装方式、外部改装方式及半埋式改装方式。

2.2.1 内部改装方式

对于部分型号的飞机，由于飞机尾段的内部空间较富裕，可在内部进行失速改出伞改装，也就是在飞机尾段的内部安装传力结构及伞舱，直接将伞载荷通过支架及支架接头传递至机身主要受力结构上。在国内外已经有多种型号的飞机采用这种方式，比如CRJ-200飞机，图2所示为CRJ-200飞机的失速改出伞结构改装的外部和内部视图。这种改装方式的主要特点在于：对机身外形影响较小，一般不需要对机身原蒙皮进行较大的更改。但是这种改装形式所需内部空间较大，而且传力支架的跨度不能太大，否则支架的传力效率不高。

图2 内部支架改装图示

2.2.2 外部改装方式

对于一些小型飞机，比如战斗机、轻型运动类飞机等，由于飞机尾段内部空间较小，不能安装传力支架等结构。所以将传力支架结构及伞舱等安装在机身外部，通过外部的支架结构固定住失速改出伞系统，并且将伞载荷传递至机身主要的受力结构上。由于这类飞机较小，因改装引起的结构加强不需要付出太大的代价，但是由于支架安装结构机伞舱等完全突出气动外形，因此在一定程度上影响飞机的气动性能，比如F-16飞机就是属于这种改装形式，如图3所示。

2.2.3 半埋式改装方式

有一部分型号的飞机，由于尾段内的空间有限，不能完全包容住传力支架结构及伞舱，而且传力支架的跨度较大，不适用于内部改装方式；如果采用外部改装方式，对飞机的气动影响较大，而且影响飞机试飞时的性能，这是不能接受的。这种情况适合选择半埋式改装方式，所谓半埋式改装方式，就是伞舱的一部分在尾段内部，一部分在尾段外部，伞舱与尾段之间具有一定的光滑过渡区，不会给飞机带来较大的气动影响。同时在蒙皮上增加有针对性的加强件，将伞载荷传递至机身主要受力结构上。这种方式结构效率比较高，对飞机的气动性能影响可接受，但是对飞机的原蒙皮改动量较大。比如ARJ21-700飞机就是这种改装形式，具体改装结构参见专利[6]，如图4所示。

图3 外部支架改装图示

图4 半埋式改装图示

3 结束语

随着现代民机的发展，在飞机操作系统中都有防失速程序，防止飞机在飞行时进入失速或深失速状态。然而，在一个新机型的试飞阶段，必须通过试飞来验证飞机的失速性能，失速改出伞是对飞机和飞行员的一个重要的安全保障，其研制与试验技术日趋成熟。由于美国和欧洲等发达对失速改出技术的保密，很难从公开资料中获取有用的失速改出伞技术，所以只能通过自身技术的改进和经验的积累来推动我国飞机失速改出装置水平的提高。

[1]郭博智，陈迎春.商用飞机专业术语[M].北京：航空工业出版社，2011.

[2]中国民用航空总局.CCAR—25中国民用航空规章，第25部[S].北京：中国民用航空总局，2001.

[3]王启，刘尚民，王育林.ARJ21-700飞机模型自由飞失速改出伞验证技术[J].飞行力学，2009，27（6）：64-67.

[4]赵涛，王启.反尾旋伞动态仿真计算研究[J].飞行力学，2001，19（4）：19-22.

[5]李树有，张培田.飞机反尾旋伞系统设计准则[J].飞行力学，2002，20（1）：46-50.

[6]梅鹤生，郝新超，孟庆功，等．飞机失速改出装置：中国，CN 102501976 A[P]．2012－06－20.

The Structure on Stall Recovery Parachute

HE Zhou-li,XU De-sheng
（Shanghai Aircraft Design and Research Institute，Shanghai 201210，China）

Aircraft stall flight test is a high difficulty，high risk flight test subjects，once the aircraft fly into deep stall，the pilot using the ordinary method is difficult to recover or even can not be recovered from the stall.In order to ensure the safety of the aircraft and pilot in the stall flight test，it is necessary to install the stall recovery parachute in the tail section of the aircraft.According to the different installation types of stall recovery parachute on different aircrafts，summed up the three different installation of the stall recovery parachute，available for reference to the use of aircraft designer.

stall；stall recovery parachute；flight test；modification

V211.7

A < class="emphasis_bold">文章编号：1

1672-545X（2017）05-0058-03

2017-02-02

何周理（1983－），男，湖南人，硕士研究生，工程师，研究方向：民用飞机结构设计与研究。