重心在飞机飞行中的意义

2013 年 4 月 29 日阿富汗美军波音 747货机空难原因分析

2013 年当地时间 4 月29 日，美国一架由阿富汗巴格拉姆飞往阿联酋迪拜的 N8-102 次货运航班，自巴格拉姆空军基地起飞后不久即坠毁。当时机上共有 7 名机组人员及 5 辆军用车辆。全部 7 名机组人员均在此次事故中不幸遇难。该航班隶属于国家航空货运公司（ National Air Cargo ）的波音 747-400 货机。

• 从视频中可以看出这架波音 747起飞后尾部下坠，机头翘起，随后遇到了失速的险情。飞行员挽救失败，飞机急速坠落地面。飞机充满燃油，起火后造成大爆炸。用专业的术语来说，这架飞机是因为迎角过大而导致了失速。

• 为什么迎角过大会导致失速？• 为什么起飞后产生了迎角过大现象？

1、为什么迎角过大会导致失速？•飞机为什么能飞起来（升力如何产生） ?

• 流体的连续性定理：当流体连续不断而稳定地流过一个粗细不等的管道时，由于管道中任何一部分的流体都不能中断或挤压起来，因此在同一时间内，流进任一切面的流体的质量和从另一切面流出的流体质量是相等的。 •伯努利定理：流体在一个管道中流动时，流速大的地方压力小，流速小的地方压力大。 • 空气在机翼前缘，分成上、下两股气流，分别沿机翼上、下表面流过，在机翼后缘重新汇合向后流去。机翼上表面比较凸出，流管较细，说明流速加快，压力降低。而机翼下表面，气流受阻挡作用，流管变粗，流速减慢，压力增大。于是机翼上、下表面出现了压力差，垂直于相对气流方向的压力差的总和就是机翼的升力。这样重于空气的飞机借助机翼上获得的升力克服自身因地球引力形成的重力，从而翱翔在蓝天上了。

• 飞机飞行过程中的阻力（小于音速的低速飞机 ）

• 摩擦阻力，当空气流过飞机表面时，由于粘性，空气同飞机表面发生摩擦，产生一个阻止飞机前进的力，这就是摩擦阻力。

• 压差阻力，人在逆风中行走，会感到阻力的作用，这就是一种压差阻力。这种由前后压力差形成的阻力叫压差阻力。飞机的机身、尾翼等部件都会产生压差阻力。

• 诱导阻力，升力产生的同时还对飞机附加了一种阻力。这种因产生升力而诱导出来的阻力称为诱导阻力，是飞机为产生升力而付出的一种“代价”。

• 干扰阻力，它是飞机各部分之间因气流相互干扰而产生的一种额外阻力。这种阻力容易产生在机身和机翼、机身和尾翼、机翼和发动机短舱、机翼和副油箱之间。

• 迎角对升力和阻力的影响 在飞行速度等其它条件相同的情况下， 得到最大升力的迎角，称

之为临界迎角。 在小于临界迎角范围内增大迎角，升力增大：超过临界迎角后， 再增大迎角，会在机翼表面产生强烈的气流分离，升力反而减小。迎角增大，阻力也越大，迎角越大，阻力增加越多，超过临界迎角，阻力急剧增大。可以想象，当迎角接近 90度时，飞机不会受到任何升力，反而全部是阻力。

因此，迎角过大，飞机升力急剧减小，而阻力急剧增大，再加上自身重力的作用，飞机会急剧减速，并且高度下降，即出现失速现象。

• 飞机为了起飞，必须增大迎角。• 飞机姿态平稳，受力可简化为右图。• 如果重心位置变化，例如后移， 则先前的平衡态被打破，重力 会在原来的简化中心点产生力矩， 使得飞机后仰，从而使迎角增大。• 当迎角超过临界角时，升力急剧 下降，飞机将下坠，如果高度足够 的话，降低的势能转化为动能，飞机 又会获得足够的动能来增加升力，此即 “高度换速度”，但在起飞阶段，没有 足够高度，坠机不可避免。

2、为什么起飞后产生了迎角过大现象？

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从视频上看，飞机在平稳起飞后，迎角突然增加，应该是由于重心位置后移引起的。

• 后续报道证实，导致这次货机坠毁事件的原因是货机内的 5 辆军车没有固定好，所以在飞机攀升的时候货物全部堆积到机尾处。这导致飞机的重心后移，同时也导致机尾下垂。一般来说失速情况下要提高飞机的速度飞行员要压低机头，而且在每次起飞前都要精确测量飞机的重心，确保飞行员能够自由的调节迎角。然而这次飞机的重心被改变，超过了调节的限度，所以飞机在起飞后失速最终坠毁。

• 中西航空 5481号航班就是因为重心过后、计算配平数据时使用平均重量不当导致的失速坠毁。

• 在刚果坠毁的一架空客 A330 ，因为机舱出现鳄鱼让乘客惊慌乱跑而失衡坠毁。

• 航空公司通常在起飞前半小时停止办理登机牌，这半小时正是航班配载员配载飞机平衡的关键时间。此时旅客的座位基本确定，配载员根据旅客的座位分布来安排飞机底部货仓货物如何放置，以确保飞机平衡。因此，如果旅客在飞机起飞后擅自调换座位，飞机的平衡有可能改变，从而带来飞行安全隐患。因此乘坐飞机时，如果未经得空乘人员同意，最好不要擅自调换座位，否则有可能造成飞机不平衡，甚至发生机毁人亡的事故。

3、重心在飞机飞行中的意义