飞行试验核心技术系列（之一）
走进失速尾旋神秘禁区
在抗美援朝战场上，一天，朝鲜临津江上空炮声隆隆，中国人民志愿军空军与美国空军激战正酣，双方战机互相缠斗追逐。突然，我空军一架米格-15战斗机咬住了敌人的F-84飞机，我军飞行员锁定目标后，一串炮弹射向敌机，敌机冒着黑烟栽进了滔滔的江水中。然而就在这时，我们的这架飞机也因迎角太大，突然失速，很快进入尾旋状态。飞行员反推杆几次毫无反应。飞机一边旋转，一边往下掉。千钧一发之际，我军飞行员按下弹射钮，弃机逃生了。本来是一次漂亮的空中战役，可惜的是由于当时我们不懂得尾旋，也不知道如何改出尾旋而白白丢了一架飞机。直到抗美援朝战争结束后，我军才逐渐开始认识这特殊的航空现象。可以说，在我国航空发展史上，失速尾旋长期以来被国产战机视为禁区，困扰着我军航空兵部队训练水平的提高和飞机性能的发挥，严重影响着飞行安全，不少部队飞行员由于没有处置失速尾旋的经验，从而导致严重的飞行事故。
破解“死亡陷阱”玄机
失速和尾旋是两个概念，但又相互联系。我们先说失速，形象地讲就是飞机失去了保持正常飞行的最低速度。公路上的汽车没有速度可以停下来，而空中飞行的飞机却不行，没有了速度就会像铁疙瘩一样向下掉。从航空理论上分析，飞机的机翼能够产生升力是因为机翼上下存在着压力差，但这是有前提条件的，就是要保证机翼上翼面的气流不分离。当机翼的迎角较小时，在相同的时间里气流绕过上翼面所通过的路程比流过下翼面的路程长，所以上翼面的气流速度比下翼面的快，由于气流的速度越快压力就越低，因而产生了上下翼面的压力差。但如果飞机因为气流的干扰或其他原因，突然上仰并超过了临界迎角，靠近机翼翼面附近的气流在绕过上翼面时，由于自身粘性的作用，流速会减慢，甚至减慢到零，而上游尚未减速的气流仍然源源不断地流过来，减速了的气流就成了阻碍，最后气流就不可能再沿着机翼表面流动了，它将从表面抬起进入外层的绕流，这就叫作边界层分离，这种分离现象可能引起飞机升力突然减小、阻力增大、飞机操纵性和稳定性变差、发动机性能降低等问题，边界层分离如果发生在机翼上将产生很严重的后果，那就是失速。飞机失速之后的机翼气动效率极低，已经不能够产生足够的有效升力。多年来，世界各国航空科技人员为了克服边界层分离所做的努力，贯穿了近代航空的发展历程，始终是推进航空科技发展的重要动力之一。
再说尾旋，飞机失速后，会导致缺少足够的升力，无法保持正常的飞行状态，如不能及时改出，飞机会在超过临界迎角后绕其自身的三根轴自转，同时重心会沿着陡的螺旋线航迹急剧下降，形成可怕的、难以控制的自转，这种危险的飞行状态就是失速尾旋，也称螺旋。而实际上的尾旋要比这种描述还要复杂得多，一架飞机在多次尾旋中可能具有完全不同的运动状态。飞机一旦进入失速尾旋状态，就会像进入了一个巨大的磁场，并呈麻花状态加速坠落。这种现象，过去常常导致机毁人亡，仅美国和俄罗斯在失速尾旋项目的试飞中，就损失过几十架飞机，数十名试飞员因此付出了宝贵的生命，失速尾旋因而被世界航空届称为“死亡陷阱”。也正因为如此，失速尾旋也是一个倍受世界航空界关注的问题，各国一直在进行探索和研究。当今，除专门用于科学试验外，都要求在临界迎角以下一定范围内飞行，不允许靠近更不允许超过，以免发生尾旋等危险。
大迎角飞行试验与失速尾旋
从航空发展初期至今，失速和尾旋一直是影响飞行安全的一种飞行状态，它的动力学特性以及进入和改出的操纵方法都与使用飞行包线范围内的飞行状态有着本质区别。因此，大迎角动力学研究和飞行试验验证工作一直是飞行试验的重要内容。
通常，飞机失速进入尾旋都是因飞机迎角过大，超过了特定的临界角度，约20度至70度，极端情况下会超过90度。俄罗斯试飞员普加乔夫在用苏-27作大迎角飞行试验时，有意关闭了飞机的迎角限制器，使他惊奇的是，当他拉杆使飞机迎角达到60～70度时，飞机仍能稳定飞行。惊讶之余，他拉住驾驶杆不放，飞机的迎角居然达到了不可思议的115度，随后自动恢复，由于这一动作酷似眼镜蛇高高昂起蛇头窥敌待击，故这个动作被称为“普加乔夫眼镜蛇机动”。当然，这个动作在当时俄方《飞行手册》里是没有的，也是飞行条令不允许的，这更多的是从飞行试验的角度和历史的机缘。
现实中，尾旋状态下的螺旋半径很小，甚至只有几米，旋转角速度高可达每秒几弧度，下沉速度大，甚至达每秒百米。同时，尾旋作为一种极端复杂的机动，除了非常大的迎角外，还会有很大的侧滑角，并具有俯仰、滚转和偏航速率。失速尾旋不是飞机的正常飞行状态，一般是因为飞行员操作不当造成或遇到不稳定气流而发生的。由于尾旋的不可控性，极易造成飞机的坠毁，正常情况下应该尽量避免进入尾旋。但为了训练飞行员遇到尾旋时的处理能力及研究尾旋的改出方法，某些机动性较高的飞机，如歼击机、教练机，允许有意进入尾旋并改出。机动性较差的飞机，如轰炸机、运输机及民用客机则严禁进入尾旋。
尾旋的复杂还表现在不但每一型飞机因外形布局不同，尾旋的特征不同，甚至对于同一型飞机的每一架单机尾旋特性也不尽相同。对于现代高机动性飞机的设计师、试飞工程师和驾驶员来说，了解和掌握这一飞行范围的机理知识和防范措施就显得极为重要。可以说，失速尾旋伴随着飞机的诞生而存在，也伴随着飞机的发展而变化，从早期的飞行品质规范到今天的指导新型机研制与试飞验证的《有人驾驶飞机飞行品质》的大迎角要求也发生了重大变化，当今更是引进了偏离、过失速旋转等许多新的概念，失速尾旋的神秘面纱也逐渐被剥开。
随着现代航空技术的迅猛发展，为有效解决飞机因迎角过大而进入失速尾旋的情况发生，世界航空发达国家已广泛采用迎角限制器技术，这种系统可以做到无论飞行员在空中做什么动作，迎角限制器都可以把飞机的迎角限制在某一个最大值以内，以避免飞行员操纵过量，造成迎角过大，使飞机进入不安全状态。从这个意义上讲，现代飞机真正可以实现“无忧虑”操纵。
尾旋虽危险但可以征服
一般来说，尾旋有正尾旋和倒飞尾旋之分。正尾旋是在正飞情况下，飞机的迎角最大时开始失速，飞机进入的尾旋状态。倒飞尾旋是飞机在倒飞状态下进入尾旋状态。在飞失速尾旋时，试飞员要承担极大的正负过载，正过载将人向下压，造成眼球鼓胀。负过载是将人向上提，使人脱离座椅。在飞倒飞尾旋时，试飞员甚至会头顶舱盖，倒挂在座舱中。
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