解析2009年国庆大阅兵受阅飞行 队形好看也讲科学

原标题:解析2009年国庆大阅兵受阅飞行 队形好看也讲科学

直-9三角队

2009年10月1日,庆祝新中国成立六十周年盛大阅兵式在北京天安门广场隆重举行。空军、海军和陆军航空兵的飞机、直升机共组成12个空中梯队,以磅礴的气势通过天安门上空,接受了人民的检阅,向全世界展示了中国空中力量。这次阅兵在参阅要素、装备类型、装备数量、装备水平等方面将创造我军阅兵史上的新纪录。外行看热闹,内行看门道,受阅飞行有哪些门道呢?

队形:展示威武,塑造形象

阅兵活动通常分为阅兵式和分列式。阅兵式是部队按照规定的队形和礼节,接受阅兵首长从队列前通过进行检阅的仪式。而分列式则是指部队按照规定的队形和礼节,依次从检阅台前(上空)通过,接受阅兵首长检阅的仪式。受阅飞行即空中分列式,由航空兵部队驾驶飞机、直升机等飞行器按规定的队形和礼节,依次通过检阅台上空,接受国家领导人、部队首长的检阅。

空中分列式最具观赏性的是空中队形,空中队形是由飞机之间的间隔、距离、高度差决定的。所谓间隔是指在飞机横轴方向上,相邻飞机翼尖之间的距离;距离是指在纵轴方向上,在相邻飞机之间,前机的后端与后机的前端之间的距离;高度差是指在竖轴方向上,上面飞机的最低点与下面飞机的最高点之间的距离,若后机低于前机叫下高度差,若后机高于前机就叫上高度差,轻型战斗机密集编队的高度差一般取3米左右。间隔、距离和高度差决定了空中编队的疏密程度,并以此划分编队的四种类型:超密集编队、密集编队、疏开编队和疏散编队等。受阅飞行为了提高观瞻效果,在保证不进前机尾流、不发生相撞的前提下,都尽可能取最小间隔、距离和高度差,往往采用密集编队。密集编队间隔为1~2个翼展长度、距离为1~2个机身长度,一般取下高度差,也就是后机在前机的下方,这样便于观察,否则,后机机头部分将阻碍飞行员视线。这次阅兵歼11梯队采用的就是30×30米的队形,歼-8F梯队为20×25米。

受阅飞行采用什么样的队形主要由三个因素决定的:一个是观瞻效果,能否充分展示部队的风采和训练水平;二是安全考虑,归结为两句话,即“防尾流,防相撞”;三是飞机的性能和驾驶员的飞行技能。受阅飞行常见队形有楔队、梯形队、横队、纵队、菱形队、箭形队、方形队、双楔队等。有的国家也喜欢展示自己的特征队形,比如英国“红箭”的阿波罗队、协和队。楔队是最常用的阅兵队形,典型的是3机楔队,长机居中,僚机分别位于其两侧后方,楔队给人以昂扬、进取的感觉,而且便于观察、指挥和编队的保持。梯形队一般适用于4架以上的飞机编队,僚机(组)均位于长机同一侧的后方,呈一线排开,梯形队给人以整齐、严谨和自信的感觉,行动灵活,便于观察和调整队形。横队是长、僚机(组)之间沿横向近似排成一字形的队形,多机横队能够制造出一种雄浑的气势,但在飞行操纵上难度较大,僚机不容易观察到长机的动态,难以进行方向机动。纵队是各僚机(组)依次配置在长机的尾后,取一定的高度差和距离纵向排列的队形,往往能制造出抒情、浪漫的气氛,但不便于僚机观察整个编队。一些看上去很复杂的队形实际都是由上述基本队形组成的,比如这次陆航直-9WA的9机三角队,就可以看作是由一个5机楔队和一个4机横队组成的。

受阅飞行中保持队形可不是个简单的事情,因为队形的准确与否关系到国威、军威。如果飞机间的间隔、距离误差1米,相对于50米的间隔来说只变化了2%,对于20米的间隔来说则变化了5%,就会被地面人员察觉出来;加之编队中飞机较多,地面人员会根据编队的对称性发现队形误差。所以要做到“一米不差”。怎样才能准确保持队形呢?基本方法是通过目视长机的视角大小和清晰程度来判断间隔、距离。雷达等传感器在密集编队不能够达到所需的精确值(完全依靠传感器的无人机空中加油在美国也处在试验阶段)。为了进一步提高队形的精确度,必须采用标志线的方法来精确判断。所谓标志线就是在长机的特定部位画出的明显标记,一般有两条:一条叫主标志线,一条叫副标志线。当僚机飞行员以特定的观察线同时看到这两条标志线时,说明长、僚机之间的间隔、距离是好的,否则就出现了偏差,必须及时操纵飞机加以修正。

尾流:编队飞行的绊脚石

飞机或直升机在飞行中会产生尾流,编队飞行中很容易发生后机进入前机尾流的情况,当飞机进入尾流区,会发生滚转、俯仰、抖动、下沉、变状态等现象,甚至造成发动机停车,如果在密集编队中,则可能进一步导致相撞。因此,在密集编队中进入尾流就意味着灾难性后果的发生。编队飞行实际上是同尾流作斗争的过程。

那么,什么是尾流呢?尾流是飞机(直升机)不断地将其动量传递给周围空气的结果。飞机的尾流由三部分组成:发动机产生的喷流或螺旋桨产生的滑流;围绕飞机表面的附面层产生的湍流;伴随着飞机的升力而产生的尾涡。喷流是喷气发动机喷出的废气,具有很高的速度和温度,方向大体上与飞机的纵轴一致。喷流离开尾喷口后,由于温度降低以及与周围空气的能量交换,速度越来越小。对于一般喷气式飞机来说,在其后100米左右的地方喷流速度已经减小到了20~30米/秒。湍流是飞机表面的附面层在向后流动的过程中所形成的乱流,实践证明,湍流一般只能向飞机后方延伸100~200米。尾涡就是伴随着升力的产生而产生的翼尖涡流,是一对旋转方向相反的空气团,其强度与升力的大小成正比,升力越大,尾涡的强度也越大。尾涡的影响距离比喷流和湍流要远得多,可达飞机尾后几百米到几千米,笔者估算,A380的尾涡延伸距离应在8 000米以上。直升机也有尾流问题。直升机旋翼产生拉力时,空气通过桨盘被向下排压,进而产生每秒10米左右的诱导气流(滑流),这股气流与直升机前飞气流合成,就形成了向后下方的倾斜气流。

在编队飞行中,尾涡对飞机的影响是最大的,到底有多大呢?歼轰-7在起飞状态尾涡的最大圆周速度可以达到140米/秒左右,受阅飞行时也达到70米/秒。要知道12级台风的速度是35米/秒左右,毁灭性的17级台风也不过60米/秒。不夸张地说,尾涡就是飞机后面拖着的两条龙卷风,进入这个龙卷风的后果可想而知。笔者的一个战友曾经在训练飞行中不慎进入前机尾流,他描述到:“飞机‘啪’的一下就被打翻了,一瞬间滚出了二百多米。”直升机的尾流虽然不像飞机尾涡的强度那么大,但直升机是一种很怕气流的家伙,一旦进入尾流将可能造成桨叶挥舞混乱、桨盘脱锥、旋翼涡环等严重现象,进而导致严重事故。

尾涡的形状就像两个圆锥体(蛋塔冰激凌),锥体顶端与两个翼尖相接,锥体的底面与同半径的圆柱体相连,尾涡的影响范围局限在圆锥体和圆柱体之内。现代喷气式飞机尾涡两个涡核之间的距离约等于机翼翼展的0.8倍,尾涡的宽度则是涡核距离的2倍,即翼展的1.6倍。苏-27的翼展是14.3米,其尾涡的宽度则为23.52米。还有一个概念非常重要,那就是尾涡的卷成距离,即气流从机翼后缘开始到卷成一对完整尾涡所需要的距离,就是圆锥体的高度。卷成距离取决于飞机的迎角,迎角越大,卷成距离越小,苏-27在起飞状态的卷成距离是14米,而在正常飞行时为120米。在卷成距离之内,尾涡的影响局限在锥体里面,外面的气流则是平静的,外国人称之为“寂静区”,密集编队的奥妙就在于选取合适的间隔、距离和高度差,充分利用好这个寂静区。右下图是1999年国庆阅兵轰6F领队机与歼-7EB护航机编队,两机间隔20米、距离25米,轰-6的尾涡卷成距离263米,尾涡宽度53米,取20×25米的编队形式,歼-7处在寂静区中,歼-7翼尖距离轰6尾涡的距离是17米,完全能够保证安全。有读者会问,美国“蓝天使”的超密集菱形队机翼搭着机翼、机身叠着机身,那是怎么回事儿?“蓝天使”的F-18也是处在寂静区当中,虽然其间隔、距离是负的,但它们通过选取一定的高度差避开了尾涡锥体。

机群活动大不易

国庆阅兵属于大型综合阅兵,是典型的大机群活动,上百架不同性能、不同速度的飞机、直升机要准确无误地通过天安门上空,着实不是一件容易的事情。大家可以想像一下,有2倍音速的战斗机、有体形硕大的特种飞机、有时速仅200千米的直升机,在不同的机场起飞,必须在规定的时间到达规定的地点,并由此进入阅兵航线,“准时到达”就是一个十分严重的问题。如果相差1秒,对于时速750千米的战斗机来说,就相差了200多米,所以要做到“一秒不差”。“一秒不差”谈何容易?需要各个环节的紧密衔接、准确无误。

先看起飞与集合。机群起飞时飞机的停放位置是有讲究的,一般后起飞的飞机要停在容易进入跑道的位置;备份飞机停在最容易进入跑道的位置,一旦发生特情,备份机立即替补上去。机群起飞时必须留有足够的跟进起飞间隔时间,否则后机就会进入前机的尾流,歼-7类型的飞机一般为15秒左右,轰-6为40秒。若一个梯队6架歼-7飞机完成单机跟进起飞需要花费75秒的时间,如果它以720千米/小时的速度飞行,第一架飞机与第六架飞机就相距15千米,这给集合带来了麻烦,所以要采取一定的措施,比如编队起飞、错开离陆点起飞等方法来抵消间隔时间的影响。空中集合最常采用的是180°转弯集合法,梯队长机上升到预定地点后以预定的坡度、速度转弯,后面跟进的各中队长机也开始转弯,先起飞的飞机转弯的位置靠前,后起飞的飞机转弯位置靠后,各中队利用转弯切半径缩短跟进距离,最终完成集合。

再看机群跟进队形的保持。受阅飞机通常以梯队为单位,采用纵队跟进队形,其跟进距离和高度差的确定非常重要,首先要考虑尾随梯队不受前梯队尾流的影响,其次要考虑观瞻效果。梯队的尾流影响范围与单机相比要大得多,梯队的尾流一般有1°~2°的下沉角,小型歼击机的梯队跟进距离取1 100米为宜,轰6取1 500米,伊尔-76应该在2 000米左右。梯队之间是取上高度差还是取下高度差?各有利弊。取上高度差,不容易进入前梯队的尾流,便于调整距离,但后续梯队高度越来越高,地面人员看飞机的个头和运动角速度越来越小,观瞻效果不好;取下高度差,后机可看见前机尾流、符合习惯、便于观察、观瞻效果好,但当梯队间危险接近的时候处置余地小。机群各梯队之间跟进距离的判断是机群飞行难度最大的技术动作之一,为准确判断跟进距离,应采用目视测距、雷达测距和固定光环瞄准具测距相结合的方法。

三看解散与着陆。同跟进起飞一样,机群的解散、着陆也要花费不少时间,为保证最后一架飞机落地时还有足够的备份油量,应尽量缩短解散着陆过程的时间,在返航中要调整速度差,第一中队加速返场、尽快着陆,为后续中队腾出时间。同时返场的各中队采用依次延迟转弯的方法拉开通过跑道上空的距离;中队通过跑道上空时解散编队,离队的顺序从转弯方向由内侧向外侧,例如5机楔队的左航线解散动作顺序是4、2、1、3、5号机。飞机依次着陆时也要取好时间间隔,防止后机进入前机尾流;前机投放减速伞的位置要尽量靠前,防止后机压过减速伞。

飞机尾涡示意

1999年国庆阅兵轰6F领队机与歼-7EB护航机编队示意

180°转弯集合方法示意图

技能高超,心理稳定

国家大典,万无一失。受阅飞行责任重大,关系到国家和军队的形象,容不得半点闪失。担负受阅飞行任务的飞行员不仅要忠诚、可靠、纪律严明,而且要具备精湛的飞行技能和稳定的心理品质。

受阅飞行要做到“米秒不差”,没有精湛的飞行技能是办不到的。以修正队形偏差为例,受阅飞行属于低空飞行,飞机受气流影响大,加之飞机本身的气动原因、发动机原因,出现偏差是必然的、不可避免的。但修正偏差、保持队形并不容易,因为在密集编队中,队形小、机动余地小,修正偏差时稍有不慎就可能导致飞机相撞或进入前机尾流,修正时动作要及时、准确、柔和,甚至要有所预判。就像叶问的咏春拳,动作不大,可招招制敌、一指千钧,不是高手玩得了吗?

任何一种飞机都有固有的飞行品质,有的好飞一些,有的操纵起来则比较费劲,同一型号的飞机在不同的飞行状态下,也会表现出不同的操纵特点。综合阅兵要使不同的飞机以基本相同的速度、在基本相同的高度下通过检阅台,当然要彼此迁就,像99年阅兵时先导梯队为将就轰-6F领队机,护航的歼7EB采用550千米/小时的速度,这个速度并不是歼7飞机最好飞的速度。受阅飞行员的过人之处就是将困难的飞行变为自如的飞行,没有精湛的技能、不能人机一体,是无法执行受阅飞行任务的。俗话说“台上一分钟,台下十年功”,精湛的技艺来自于刻苦的训练,有些训练科目之艰苦,超乎常人想像。

受阅飞行对飞行员的心理品质要求很高。这种心理要求主要来自两个方面:一个是低空飞行,再一个是高心理负荷。

按照中国空军《飞行条令》,100米到1 000米为低空范围,受阅飞行一般为低空飞行。低空飞行由于视线角度变小,易产生透视判断错觉和暗焦点错觉,影响飞行员对高距比的判断,误远为近,误低为高。低空飞行精力消耗大,易紧张疲劳。据调查,高空飞行飞行员的心率为77次,而低空飞行达到116次,应激水平明显增大,在过高刺激下,出现注意范围狭窄的现象,导致“错、忘、漏”的发生。此外,低空飞行由于地物运动角速度增大,引起飞行员视觉功能降低,一般飞行员观察飞机下方的视力降到0.4以下。

受阅飞行既是重要的军事任务,也是重要的政治任务,举世关注,举国重视,这种过高的“心理动员”也会给飞行员造成极大的心理压力。人们干每件事情都需要“事先心理动员”,受阅飞行属于“高动机”行为,过分强调责任、意义往往使人的情绪愈加紧张,进而加重心理负担,反而影响到操纵技能的发挥,甚至出现动作“木僵”的现象。有的年轻读者可能没有经历过重大场面,在某些环境中,人的心理压力之大是难以想像的,非亲历难解其味。笔者曾遇到过一个机械师,他在一次重大任务中,惟恐出现纰漏,居然在一个晚上起来7次查看机库门锁好没有,可见多么大的心理压力呀!

【作者 王旭东】返回搜狐,查看更多

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