某型船身式水上飞机镜面水起飞着陆操纵方法探讨

赵磊

（中国飞行试验研究院，陕西 西安 710089）

一直以来，抗浪能力是反映水上飞机运行能力的一项重要指标，是飞机的抗浪能力，其要求飞机在高海浪条件下机身结构、操纵特性都要符合特定规范的能力。相反镜面水是在无风、无浪条件下产生的平静水面，分为全透明水面和全反射水面2种，具有镜面特性，在飞机起飞和着陆的时候对飞行员视觉感觉影响特别大，使飞行员对水面高度产生严重的错觉。此外，镜面水会使飞机在水面航行时阻力增大，如果是大负重滑行，飞机动力将会受到很大的制约。

水上飞机的起降点都是无任何导航设施的湖泊水面或者任何有降落条件的江河湖海，所以研究镜水面的起飞着陆安全和镜水面起飞对飞机起飞和着陆性能的影响是很有必要的。

1 镜面水的特点

镜面水是水面的一个特殊状态，其特征为着水面无风，所以不必关心着陆方向和侧风影响。水面无波浪意味着水面的视觉效果会像镜子一般，使飞行员不能建立明确的目视高，即使是有经验的水上飞行员，没有丰富的知识来源，根本无法判断飞机距离水面的高度，除缺少表而特征外，镜面水反射水面会使飞行员产生混淆，因为天空的云和岸边的东西及其顔色会非常清楚地倒映在水中。当水十分清澈明亮时，表面本身就看不到，飞行员可能无意中把湖底（而不是水面）作为基准来判断高度，这些视觉和实际特征都给水上起飞和着陆带来潜在的风险，飞行员要么拉平高要么拉平低。

由于镜面水的这些特点，某船身式水上飞机在水上起飞时，随着滑行速度加快，飞机姿态变化，由于断阶处的影响，吃水到达断阶处后，由于地效的影响，飞机会以较慢的速度脱离水面。该船身式飞机的操作方法是，当飞机脱离水面但在地效影响范围内时，需要稳姿态以保证飞机有加速的过程，直至速度达到一定程度，再拉杆带起飞机脱离地效正常起飞。但由于镜面水使飞行员对飞机高度有误判，所以有可能会使飞行员以为高度过高要脱离地效区，从而向下稳杆，造成飞机再度接水，对飞行安全造成影响。另外，镜面水在断阶滑行阶段且几乎达到飞行速度时，水的阻力可能阻碍水上飞机最后的加速，导致飞机起飞功率要比正常水面起飞所需的功率大，这就需要在飞机起飞时一定要保持起飞姿态，尤其断阶后飞机姿态不能变化。

2 镜面水起飞着陆风险性分析

对于镜面水着陆，任何情况都可能导致飞机发生异常。例如拉平过高，飞机会早早进入着陆姿态，随着速度减小，飞机可能失速，机头下俯，直接进入水中，使飞机稳定性和结构都造成严重的损坏；或者随着拉平高，飞机速度减小，从而使飞机进入高姿态接水的状态，有可能造成纵摇等危险。例如拉平过低，飞机没有建立正确的着水姿态，接水时，船身式飞机断阶之前先接水，速度较高，也很有可能导致飞机倾翻或结构受损。

飞机一旦起飞，镜面水面会使飞行员很难找到参照物，无法目测飞机在水面上的高度，很可能造成潜在的危险。镜面水面判断错误高度后的后果如图1所示。

图1 镜面水面判断错误高度后的后果

该型飞机某次遇到镜面水后，飞行员误判高度，导致飞机发生纵摇危险情况，如图2所示。

图2 镜面水判断错误产生的飞机纵摇

从图2中可以看到，由于对镜面水下对接水点判断不准确，过早出姿态，拉平高，导致接水时下沉速度较快，接水后飞机产生纵摇，最大过载达1.6g，该状态后，机组稳杆并小幅度操纵抑制俯仰运动，同时收油门降低飞机动能，从而使飞机退出纵摇状态。但若发生纵摇后，大幅度操纵驾驶杆，不能及时回杆，就会诱导出更大的姿态变化，对飞机来说很危险。

3 镜面水起降方法探讨

对于镜面水起降，在没有导航设施的水面，或者没有相关进近设备的飞机上，如下方法可以辅助驾驶员克服着陆时产生的视觉错觉，提高安全性。

3.1 选取周边参照物的方法

将着水区选取在湖边和海岸线附近，使用沿岸的特征来目测飞机的大概高度，在安全高度下进行仔细检查，观测水深和障碍物，视野放开，在保证飞机着水速度和姿态安全的前提下，使飞机平稳接水。另一种目视技术是在陆上进行最后的进近，以尽可能的最低安全高度穿过陆地进入水面，这样就保障了水面的基本高度，然后以正常的接水速度和接水姿态接水。

3.2 小下滑角下降

在没有适当可用的目视参考时，需在最后的着陆阶段建立稳定的着陆姿态并保持稳定的下降率，下降率不能过大，防止船身与水过度接触，造成飘跳，而飞机发动机功率也需稳定，使飞机保持可控制的操纵状态接水。在高度达到最后着水高度后，飞机建立触水常用姿态，调整飞机功率和下降率，无风的环境飞机状态不易改变，保持姿态、空速和下降率直到水上飞机触水。一旦建立了着陆姿态和功率设定，保持空速和下降率不变，不做进一步调整，飞行员应密切监测仪表稳定下滑。仅在空速或下降率偏离预定值时改变功率。不要拉平，但让水上飞机以着陆姿态飞到水上。触水后，在升降舵上施加温和的反压，以保持相同的俯仰姿态。仅在确定水上飞机确实在水上后关闭油门。飞行员可以通过视觉、听觉和身体感觉来验证。如果发生了意料之外的跳跃，此时保持飞机状态，不要感觉到下沉就出姿态，很容易使飞机拉平高或者大姿态接水，对于该型船身式飞机，很容易发生纵摇。在确定所有的信号均指示水上飞机已经在水上后再关闭油门，降低速度，操纵水上飞机保持排水量滑行姿态。

这个方法可以在没有相关导航和设备的时候，使飞机以相对安全的方式降落到水面上，但这个方法要求的低下降率使下滑角比较小，从而造成飞机有很长的下滑过程，使飞机着水距离变长，所以需要开阔的水域。

保持空速、姿态和下降率的着水方法如图3所示。

图3 保持空速、姿态和下降率的着水方法

3.3 无线电高度表辅助着水

如果飞机有精确的无线电高度表，则飞行员可以根据无线电高度的读数进行更精确的姿态、速度、功率控制，可以不必过早地建立接水姿态，也不必过早看向水面，避免受到水面倒影的迷惑。随着无线电高度的减小，机组配合一致，在接近水面前根据速度和下降率控制油门，由机组另外成员不断报高度数值，随着逐渐接近水面改变到着水姿态。这样既可以更从容地调整飞机下降高度，也可以避免飞机在接近水面的时候速度过快、下降率过大或水姿态不正确。

以上这些技术训练成熟，常常可以实现安全、舒适着陆，水面降落受制于环境和设施，但水上飞机由于其特有的适应性特点，掌握好适当的着水技术，能更好扩大该型飞机的适用性。另外在镜面水着水和起飞的时候，有些相关飞机参数是需要关注的。

3.3.1 飞机速度

与正常的着水飞行相同，镜面水着水也是速度逐渐变化的过程，直到水面接近着水速度。不同的是镜面水很多时候无法准确预测高度，所以无法做到速度和高度的统一，接水的时候拉高导致速度下降，从而导致失速或者接水下降率大。所以在明确接水或者接近水面前，一定要控制好速度，防止飞机发生危险。

3.3.2 飞机姿态

由图2可以看到，姿态过大，飞机接水时发生了纵摇，这是飞机船底断阶前后不稳定的力和力矩造成的一种周期性的纵向运动。除了姿态过大会造成纵摇，姿态过小也会造成飞机纵摇。每个水上飞机都有其纵摇边界，如图4所示，确定水上飞机纵摇的上边界和下边界，控制飞机的姿态，远离飞机的纵摇区域，保持适当的姿态接水，从而避免飞机发生纵摇而损伤飞机结构[1]。

图4 水上飞机纵摇边界

3.3.3 飞机过载

水上飞机着水时，由于受镜面水的影响，飞机可能会发生下沉率大接水和纵摇等危险情况，这些情况下，飞机过载相对会较大，从而损伤飞机结构。

3.3.4 发动机合适的动力

发动机是控制飞机下沉率和飞机速度的重要工具，动力稳定也是飞机下滑稳定的重要因素。所以在飞机接水前，控制好速度和下降率、调节发动机油门功率是主要手段，切记粗猛操作油门，把油门控制在稳定的状态，配合姿态和速度，使下沉率达到一个稳定可接受的数值，从而稳定接水。

3.3.5 下沉率和下滑角

下沉率过大，容易在接水的时候使飞机过载过大，从而损伤飞机结构。所以根据速度、姿态和发动机状态，控制好下沉率，是保证镜面水飞机接水的重要条件。由于下沉率较小，速度基本保持在接水时的速度，飞机的下滑角也比较小，所以在镜面水接水时，要挑选开阔的水面或者开阔的空地，无地形障碍，适合飞机长距离着水。

3.3.6 可预见的视觉高度或者无线电高度

镜面水着水最大的危险因素是无法准确判断飞机距水面高度，所以无论利用周边地形间接判断高度，还是使用机载无线电高度表获得精确着水高度，可为飞行员获得最直接的镜面水着水数据提供支撑。只有飞机员可以明确着水高度和高度的变化，才能有效正确地操纵飞机着水。

4 总结

镜面水不仅增加水面起降难度，而且也加重了飞行员起降负荷，从而使镜面水水面起飞更加困难。平静的水面导致阻力增加，飞机加速和离开水面更加困难。该型飞机最好的着水位置在船身断阶处，姿态过大或过小都会对飞机着水产生影响。着水瞬间控制飞机的姿态是最重要的，以防飞机因水面阻力过大姿态出现大幅变化，产生纵摇等危害飞机姿态的事件。由于飞机结构、机上设备不同，水面着陆的方法有些许差别，每个飞机都需经过飞行试验选择最适合该机型的镜面水起降方法，从而保证飞机安全。