刘立苏

摘 要：当飞机在结冰环境中飞行时会发生平尾冰积聚，冰污染导致的平尾失速（ICTS）严重威胁着飞机飞行安全。本文详细介绍了平尾冰积聚过程，并详细分析了平尾失速产生的原因及发生平尾失速时飞机的响应和改出方法，并将平尾失速与机翼失速进行对比。研究结果对平尾失速技术研究和试飞提供较好的技术支持。

关键词：平尾失速；平尾冰污染；失速

中图分类号：V217.1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）21-0059-01

机翼失速已被航空从业人员所熟知，现代飞机有非常完善的失速保护系统，但平尾失速还没有被航空从业人员所熟知。由于平尾失速产生原因的特殊性，使得平尾失速一般发生在着陆进近阶段，如果不能立即判明是平尾失速并执行改出动作，将发生灾难性的后果。下面的两个真实事例能够让我们认识到发生平尾失速后不及时改出而导致的灾难性后果及目前飞行机组对平尾失速专业知识的匮乏。

事例一：2001年某月某日，中国空军发生连续两起Y-8飞机飞行事故，2号、1号两架Y-8飞机分别坠毁于机场226°方位、8.9km和225°方位、8.5km处，两机相距425m，空勤人员全部牺牲。经调查组事故分析，认为导致这两起一等事故的直接原因是：飞机穿云着陆过程中平尾结冰，飞行员无法判断，放下大角度襟翼后导致平尾失速，飞机急剧下俯，飞行员无法处置，垂直坠地（两架飞机坠地角度约为90°～110°），先后发生一等飞行事故。

事例二：2000年1月4日，某航空公司一架Y-8飞机着陆进近时发生平尾积冰失速，当时高度约300m，飞机机头突然下俯，空中机械师迅速收襟翼，飞行员两脚蹬住仪表板拉杆到底，飞机成功改出，掉高度约100m。

本文对平尾冰污染及平尾失速产生的原因进行分析，详细阐述了平尾失速时飞机的响应及此时机组应采取的改出措施。并将平尾失速和机翼失速的异同点进行对比，以进一步区分与机翼失速的不同。

1 平尾冰污染

在结冰环境中飞行时，飞机所有的迎风面都会出现结冰现象。对于更尖外形的结构更容易发生结冰，且结冰速率也更快。与机翼相比，平尾前缘半径较小，相对厚度也只有机翼的一般，这导致在结冰环境中飞行时平尾结冰比机翼结冰发生的更早、结冰速率更快、结冰厚度也更厚。

冰风洞试验及自然结冰试验表明平尾前缘积冰相对厚度是机翼前缘结冰相对厚度的3～6倍，是风挡雨刷摇臂上积冰相对厚度的2～3倍。对于涡桨类飞机，其桨叶产生的气流可能使平尾结冰现象更加严重。

2 平尾失速产生的原因

常规布局的飞机平尾产生负升力，从而形成一个抬头力矩平衡由机翼升力形成的低头力矩，达到全机力矩平衡。负升力的产生需要平尾为负迎角。当平尾迎角超过平尾失速临界迎角时发生平尾失速。

对平尾失速导致的飞行事故分析表明，平尾失速主要发生在有结冰气象条件下着陆进近阶段。在此阶段容易发生平尾失速的主要原因有以下几点：

（1）平尾前缘发生结冰，改变平尾气动外形，平尾失速临界迎角显著减少。（2）着陆进近时伸出襟翼，机翼升力增加，机翼气动中心后移较多，机翼升力产生的低头力矩增大；从而需要平尾产生更大的负升力来克服机翼升力导致的低头力矩。需增大平尾迎角，平尾失速裕度进一步减小。（3）伸出襟翼后，机翼对平尾的下洗气流显著增强，导致平尾的正迎角减小而负迎角进一步增加，极易发生平尾失速（如图1所示）[1]。（4）减速进场，飞行员需增加推力并拉杆以保持较小的进场速度，拉杆使升降舵后缘上偏，从而增加平尾的弯度而减小了平尾的临界迎角。

综上所述，在结冰进近过程中平尾迎角增加，失速临界迎角减小，当平尾迎角大于失速临界迎角时发生平尾失速。

3 平尾失速时飞机响应及改出方法

当平尾迎角逐渐增大直至平尾失速的过程中，平尾下表面发生气流分离；分离的气流在平尾后部重新附着；由于气流分离，平尾配平效率降低，飞机无法配平。如果飞机操纵系统为可逆的，当气流分离后重新附着点移动到升降舵铰链点之后（如图3所示），则此时飞行员可以感受操纵杆的前后抖动；随着越来越逼近平尾失速，操纵杆的抖动幅度越来越大，所需控制力也越来越大。

当平尾迎角继续增大至平尾失速时，平尾产生的负升力迅速减小；升降舵铰链力矩突然增大并发生逆转，升降舵后缘下偏，操纵杆被压向前方。一般来说克服铰鏈力矩所需的操纵力非常大，超出飞行员的力量范围。平尾失速发生后，由于平尾产生的负升力迅速减小，全机的俯仰力矩不在平衡，而是表现出很强的低头力矩，在此低头力矩作用下，飞机将以极大的下俯角俯冲；此时飞机过载小于1g，严重时可能出现负过载。

由于高度较低，平尾失速后需要立即执行改出动作，否则将发生灾难性事故。NASA格林研究中心的研究结果表明改出平尾失速的主要措施如下[2]：

（1）立即收起襟翼，减小机翼下洗气流对平尾的影响，减小平尾迎角；（2）全力拉杆，恢复飞机飞行姿态；（3）根据发动机推力作用线相对重心关系决定推力设置，若推力作用线在重心之上，产生低头力矩，则收油门；反之，则保持推力不变。

4 平尾失速与机翼失速对比

通常情况下失速指机翼失速，目前对机翼失速的理解已经非常全面深入，但对平尾失速的研究却还处于初始阶段。虽然都是因为超出临界迎角而产生失速，但是平尾失速与机翼失速在飞机响应和改出方法上确是完全相反的。现将平尾失速与机翼失速时飞机响应和改出方法进行对，如表1所示。

5 结语

本文详细介绍并分析了平尾冰污染、平尾失速产生的原因、平尾失速时飞机的响应及改出方法，并将之与机翼失速进行对比分析。本文可为进一步深入研究平尾冰污染导致的平尾失速（ICTS）和平尾失速试飞提供一定的借鉴价值。

参考文献

[1]Michael G.AC23.143-1 ice contaminated tailplane stall （ICTS） [R].Seattle：FAA，1998.

[2]史刚，李云.Y-8飞机平尾积冰导致的飞行事故分析[J].飞行力学，2011，（5）：84-86.endprint