喷气式客机是如何减速的?

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民用商业航班是几乎来往于新西兰和中国之间唯一的交通工具了,虽然远隔千山万水,但是飞机总可以把乘客准时安全的送抵目的地;很多乘客都知道,飞机加速是通过喷气式发动机产生的强大气流将几百吨中的飞机在几十秒内从静止加速到将近三百公里/每小时后送上蓝天;但是您知不知道,飞机在降落的时候是如何在两千多米的距离内从几百公里的时速减低到十几公里/小时的时速呢?

也许您会按照汽车的知识来考虑飞机的减速方式,降落的时候不是有轮子吗?所有的轮子都着地后飞行员“大力踩刹车”就可以通过轮胎与地面的摩擦制动力来停下来了。其实这是不对的,飞机的轮子上确实有刹车装置,但是这个装置可没法让几百吨的东西从几百公里的时速降下来,速度那么高,单独依靠三个起落架上的轮胎进行刹车是完全不够用的;尤其在潮湿、结冰或被雪覆盖的跑道上,这种有效性则可能因飞机轮胎和跑道间的附着力损失而降低。那么飞机在高速降落的时候是如何在短短的跑道上减速的呢?

喷气式客机如何减速?

现代的喷气式客机,使用三个主要的方式协同工作,让飞机在降落到跑道上后能够迅速降低速度,它们是:

  • 推力反向器 Thrust reverser
  • 扰流板/减速板 Spoiler / Speed brakes
  • 轮胎刹车 Landing gear brakes

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thrust reverser / image source: google images

推力反向器,英语:Thrust reverser,是飞机发动机中一个用暂时改变气流方向的装置,使发动机的气流转向前方,而非向后喷射;这样会使发动机向后的推力改变角度向斜前方喷射而使飞机获得极大的减速能力。推力反向器一般用于喷气式飞机,在降落以后减速,减少机轮制动器的损耗,并缩短降落距离;让民用航班的庞大身躯在短距离内可以可靠安全的减速。如果从发动机内部的操作来看,发动机内部的液压作动筒使反推整流罩的移动套筒,带起阻流门,露出格栅段,堵住风扇气流向后流的通路而转向从格栅段流出,改变气流的方向从而产生反推力;还有一种反推的结构是如上面的动图一样的由几块液压板向外撑开造成发动机内部的气流改变流动的方向。

不过,发动机反推只会用在高速滑行减速的最初阶段,在速度不高的情况下飞行员一般都会关闭反推装置,因为速度不高的情况下反推的气流会吹求跑道上的杂物(例如飞机轮胎的碎片等等)并被吸入发动机中造成发动机叶片或是其它结构的损坏。由于发动机的涡轮扇叶只能够向一个方向旋转,反推并不是让发动机的叶片反向旋转、而反推产生的气流也不是180度掉头而仅仅是向斜前方进行喷射,所以其产生的反向推动力仅仅能够提供40%左右的减速能力;而剩下的制动力又是从哪里来的呢?

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speed brakes / image source: google images

扰流板,又称减速板,英语:Speed brakes / Spoiler,它是喷气式客机的机翼上常用的一种减速装置;因为其结构简单,可靠性高,从小型到大型飞机上的应用相当广泛。民用客机的扰流板通常安装在两侧的机翼上,使用时通过液压系统顶起,有效地增加航空器前进的阻力并增大机翼上方的压力,达到同时减缓飞行速度和降低飞行高度的目的。如果您正巧有机会坐在机翼旁边的客舱内,在降落的时候您就会发现,机翼后部会有几块通过液压装置操作的减速板,在降落的时候会“全力张开”,给飞机提供强大的阻力让空气为高速运动的客机减速。当飞机的速度只有几十公里/小时候,减速板就会被飞行员收起来,因为这个时候使用轮胎的刹车就已经足够了。

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landing gear brakes / image source: google images

轮胎刹车Landing gear brakes,它的工作原理与汽车刹车装置差不多,通过液压或是气压装置,把刹车皮“贴上”刹车盘,让动能转化成热能使得速度降低;同时,现代的飞机轮胎刹车系统上都拥有与汽车的ABS系统一样的“防抱死装置”,而且这个装置是系统自动控制的,不需要飞行员人为干预,刹车的压力会通过轮胎的感应器发出的信号来不断的调整;只不过由于飞机的刹车装置“挺贵的”,所以通常在降落的最初阶段、也就是飞机速度还比较高的时候,先使用上面的发动机反推和扰流板方式把速度多降下来一点,然后轮胎的刹车再介入,这样能“节省”一点刹车的损耗。


总结一下,飞机的降落过程就是,飞机还在空中的时候,落地前,用扰流减速板,用来给飞机减速,并将飞机机身下压;当飞机触地瞬间,轮胎的刹车是不工作的,为的是轮胎接触跑到的一瞬间能够自由转动;当落地的瞬间起落架感应到压力后,机载系统启动反推力减速装置;并打开地面减速板,其主要作用是将机身压在地面上,为后续的机轮刹车增大摩擦力;当飞机的速度已经降低到一定的时候,为了保护发动机反推装置关闭、减速板继续张开提供制动力;同时轮胎的刹车开始工作,以“点刹”的方式施加制动力在轮胎上,最终让飞机平稳安全舒适的完成整个降落过程。

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