在某客場俱樂部一次逗逼的飛行（順便答題）

02-03

故事是這樣的，在某客場俱樂部的單人帳篷里熬過了一個冰冷刺骨的夜晚之後，發現外邊竟然下了雪，終於恍然大悟在英國為啥所謂的「冬季系列賽」會一直延續到4月份。念叨了句「苟利飛行生死以，豈因寒暑趨避之」，我爬出帳篷跟飛友們匆匆吃了早飯便來到飛場。

有圖有真相，你們看機翼上的冰。。。

在那個時而陽光明媚時而陰雲密布的周六早晨，幾十架滑翔機陸續排到了起飛線上。等待許久，我和同事兼教練老T終於背上降落傘，爬進了有著雪白性感體形的白富美滑翔機。。。。的後邊那架1960年代的老爺機。這滑翔機吶跟好酒一樣，真是越陳越香（才怪）。我一邊做起飛前檢查單一邊欣賞充滿滄桑的儀錶盤和掉了無數次漆又補過的細鋼管框架，研究了一下奇怪的方向舵距離調整桿試圖讓雙腿伸直點免得一會兒大腿累（結果還是太短了後邊腿差點抽筋）。

幾分鐘後這架年逾50的K13由一台400馬力絞車拖拽著瞬間加速，又忽然一緩（後來我才知道這鬼俱樂部的絞車他喵的還需要換擋....)，然後以秒殺超跑的加速度在2秒內飆到70kt，伴隨著咯咯吱吱的不明響聲和呼嘯的風聲，以40°左右的爬升角沖向天空，同時還得壓上風桿抵禦凜冽的橫風，免得一會兒纜繩分離後被繩頭的減速傘帶到樹林里。

同樣飆升的是我的腎上腺素，爬了幾秒還不見速度回落到安全區間，趕緊提醒老T，老T蹬兩腳舵搖了一下尾巴，通知絞車慢一點，等一等這老爺機蹣跚的腳步。誰知幾秒後纜繩動力一下減沒了，老T趕緊推桿保平安，我瞟了一眼高度才600，心想媽蛋這特馬什麼鬼服務，然後轉頭看下風邊有沒有飛機等著一會兒飛短五邊直接著陸。老T剛要拉纜繩釋放，澎湃的動力一下又飆起來了，加速度和爬升讓我瞬間又彪了冷汗，ASI又指到70，我努力克服老爺機會飛掉機翼而高度又不夠開傘的恐怖想像，盯著高度表繼續攀升。很快飛機在1300ft改平，纜繩通過后角釋放咚的一聲自動斷開，失去約束的飛機一個搖晃慶祝了一下自由。膽小如我最討厭后角釋放那一瞬間的負過載和巨大響聲，忍不住罵了一句這次起飛真特喵刺激，簡直要搞個大新聞，老T也表示一會兒下去要投訴一下。

我接過控制轉到下風邊，配平到滑翔速度，驚奇於這架老舊的滑翔機手感之細膩，桿力適中響應敏捷，兩側翅膀猶如從肩膀上長出，給人一種自己在天空中飛翔的錯覺。難怪好些人寧願不飛有著水滴機身和修長的層流機翼、滑翔比高達40-60的現代機型，而是痴迷於駕著這些年老色衰的K6，K13乘風破浪。

本圖自Winter Series FB page，下同

不遠處布里斯托和威爾士首府卡迪夫之間蜿蜒的入海口在透過雲隙的陽光下閃著耀眼的白光，大片碧綠田野被積雲的影子劃分出大塊斑駁，猶如一幅色彩濃郁光影大膽的風景油畫。我貪婪的看著這大好風光，享受著耳邊悅耳的風聲，當然還有飽含UV的陽光。

這時老T突然問，「你有沒有感覺到飛機有奇怪的抖震？一會兒下去得檢查一下。」

我嚇了一跳，仔細感受了三秒，又思考了三秒才回答：「好像是我的腳在抖。。。」

老T：「... ...」

（方向舵踏板調太近了彎著腿很累，前邊又太刺激，腿就開始不受控制的抖開了23333）

當天有平均20kt以上的北風，正好吹在東西向跑道下風邊的山坡上，大概能提供4-6kt的上升氣流，理論上只要風不停便可以沿著這山脊飛一整天，感覺就像在海上玩衝浪。飛外場的老手們更是可以順著延綿向南北的山脊和散落的上升氣流嘗試早上定好的150-550km不等的遠距離路徑點挑戰。山坡上空早有好幾架飛機在"衝浪"，早些時候我站在山坡頂部的跑道上看著滑翔機在低於樹梢的高度呼嘯而過早已心癢難耐，便迫不及待的加入坡滑的隊伍。

沒想到某俱樂部民風如Texas鄉民般彪悍，狹小的空域硬是擠進十幾架飛機，老司機們更是一言不合就飈車，高度和距離間隔都很小，又不太遵守上升氣流中盤旋保持目視不追尾的規矩，搞得像戰鬥機狗斗一般。一時間我的FLARM（防撞告警）警報大作，而且是12點3點6點10點一起亮紅燈，我被連續警報和不斷定位周圍飛機並規避的任務搞到焦頭爛額手忙腳亂，感覺就像被數枚空空彈鎖定一樣疲於奔命。

切入「敵機」6點的老司機

慌亂幾分鐘後才適應了這種節奏，開始享受山坡滑翔的樂趣，還能有閑心跟相遇的飛機打打招呼。在下風邊起點更是找到一片柱狀上升氣流，盤旋了幾分鐘又賺了不少高度。

飛了半個多小時後老T問要不要回去了，還有人在下面排隊等，我也覺得爽夠了，就準備往回飛。

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宣傳半天滑翔機運動，然後我終於開始要答題了2333333....

各位737的朋友人工進近時是油門是根據錶速還是根據能量？ - 飛行員

我只有很有限的動力飛行經驗，主要是通過理論、滑翔機、航模以及模擬飛行的經驗來回答，如有謬誤還請斧正。

速度配平和追空速表

在配平飛行中，飛機受以下三個因素限制：

升力 = 重力；推力 = 阻力；俯仰力矩 = 0；

當然從飛行員的角度來講還有桿力（舵面力矩）=0；

凈空中的滑翔機沒有平飛這個說法，抵消阻力的唯一能量來源便是重力分量，所以這是分析能量問題的最佳案例。飛機因為阻力每秒消耗的能量等於飛機每秒下降高度交換的重力勢能。

之前在上升氣流中飛機在45kt飛行，以減小能量損耗並減小盤旋半徑以最大利用上升氣流。

當轉到下風邊時，我推桿降低飛機仰角等待速度穩定在60kt，然後配平至桿力為0。

暫時忽略配平問題和升力問題，當機頭姿態降低時，下沉率增大，單位時間內有更多的重力勢能分量讓飛機加速，速度增加阻力也增加，直到兩方平衡，飛機穩定在新速度上。

基本上一個俯仰姿態決定了一個速度。

但是，速度的改變需要一個加速和減速的過程，這個改變的周期需要好幾秒，長於飛機姿態角/迎角的響應周期。新手飛行的一大誤區就是追速度，推桿加速，盯著速度表，等速度到了目標值拉杆停止加速，可速度的響應有個滯後，這種做法的後果就是飛機速度一定會越過目標值，然後過度修正又導致速度反向越過目標值，很難成功，飛機一直飛正弦軌跡。（動力飛行中通過推力調整速度同理）

這個錯誤的根源就是認不清能量守恆的本質，速度的提供者是重力勢能，限制者是隨速度增加的阻力，而重力勢能變化率由飛機姿態角控制。

抓住了問題本質就容易了，我們只要推桿把飛機穩定在一個姿態角，這個姿態角可以通過機頭參照點和地平線確定參考，這很容易。只要姿態角固定了，那麼下沉率以及能量來源就會很快穩定於一個定值，這個能量變化就會讓飛機加速或減速直到速度穩定，這時我們觀察速度穩定在目標速度之上還是之下，再微調姿態角，等待，比較，可以很快照到目標速度的姿態角了。這時就可以調整配平片調整桿力，使飛機穩定在這個速度上。

能量守恆

這時我們發現有一架飛機也加入了下風邊準備著陸，我們的高度有點偏高，為了增加著陸間隔，我們決定開一點減速板提早丟掉一些能量以縮短五邊早點著陸。我把擾流板拉開1/4，飛機阻力增大並帶來一點抖震，我為了保持速度便再度略微推桿低頭，飛機以略微陡些的下滑道飛向下風邊末段。

開減速板後飛機阻力增加，為了保證能量守恆就必須以更多的重力勢能抵消阻力增加消耗的能量，也就是更陡的下滑道。

也就是說下滑道的變化本質上是能量的變化，姿態的變化是為了維持速度。

假如我不開擾流板只推桿來改變下滑道會有什麼後果呢？速度會增加。

如果我想靠拉杆讓下滑道變淺呢？速度會減小，但減到一定程度時下滑道未必變淺。

下滑道和能量管理

滑翔機著陸的一大特點，也是一大技能便是飛機的能量管理。大概也是這個技能讓數次大型飛機無動力迫降事故有了一個萬幸的結局。

能量管理分為兩部分，一個是五邊長度，另一個是下滑道能量控制。

滑翔機的五邊其實是六邊，下風邊和Base leg之間有個45度角的斜邊，方便觀察著陸場並更容易調整五邊長度，來保證近進起點處於合適的能量範圍（即高度範圍，畢竟能量來源就是ρgh）。離機場越遠就需要越高，越近就需要越低；當然如果有很高的滑翔速度，那麼動能也能換一部分高度，或者換一段距離。

如果又遠又低又慢，那就慘了：Low and Slow, Six Feet Below. 無數事故都始於能量不足。

我在老T指揮下轉了兩個略緊湊的彎對準跑道，我可不會玩大側風近進，控制交還老T，老T熟練的調整機頭指向適應橫風，同時拉開一半減速板，洶湧的阻力傳來，飛機以較大的俯角向地面俯衝才能維持阻力的巨大能耗維持近進速度，老T藝高人膽大，定了一個離跑道頭很近的地方做參照點，又增加了一些減速板，俯角更大了，現在飛機準確地向參照點飛去，跑道迎面撲來。在離地面幾米高的地方柔和改平，蹬直機頭，吊住高度，溫柔接地。沒想到接地之後才是辛苦，機場草地各種不平，又布滿野獾挖的坑，著陸滑跑把我倆顛地七葷八素。等暈回來正好看到後邊一架飛機默契地以一個較淺的下滑道越過我們在前方著陸了。

滑翔機對下滑道的控制範圍比較大，如果不用擾流板便可以非常非常淺的著陸，遠低於一般飛機的下滑道角度，當然除了能量不太夠飛回來的飛機誰也不想接近於這種情況；如果擾流板全開便可非常非常深的下滑，有些飛機可以幾乎是45度角勻速俯衝，飛慣了民航機的飛行員坐在滑翔機前座觀摩這樣的著陸估計會嚇一跳。當然正常情況下大家都會選擇兩條極端下滑道中間的角度，以便向上向下調整都有足夠的自由。

這時我們也看到了， 調整下滑道的唯一依靠就是我們能以多大功率消耗掉重力勢能。

而俯仰輸入是為了姿態，姿態是為了速度，我們希望有固定的近進速度，便不能單靠姿態來控制下滑道。

動力飛機的推力因素

大部分動力飛機的近進不太一樣，他們的滑翔比沒這麼高，需要額外推力來提供能量，同時又有一個基準的下滑角，所以問題要稍微複雜一點，我們簡化再簡化地分析。

假設我們構型固定，速度固定，下滑角固定，那麼在勻速直線的穩定近進中：

重力勢能的變化供能 + 發動機推力供能 = 阻力耗能；

因為我們下滑角和速度固定，那麼我們可以基本認為阻力和目標勢能變化固定。

能量的唯一主動可控變數是發動機推力（暫不考慮擾流板，民航近進一般也不用）。

動力飛機的下滑道角度邊界跟滑翔機相反，完全滑翔時反而是最大下滑角邊界，並沒有最小角度，因為有推力，飛機平飛和爬升都可以，比滑翔機自由多了。

現在假設下滑道角度偏深，但速度正常：
如果我們拉杆抬頭，下滑角恢復到正常值，但是垂直速度降低，勢能變化提供的能量則會減少，總能量不足，長期上速度會緩慢下降。

（如果飛機速度小於Vmd，速度的下降會導致阻力進一步增加，造成速度進一步下降，此謂速度的不穩定區間。在艦載機著艦模擬中會很容易見到這種狀態。）
根據之前滑翔機的理論，調整下滑道的唯一依靠就是我們能以多大功率消耗掉重力勢能。我們想要更淺的下滑道就要更低的消耗重力勢能，正確的做法應該是抬頭調整下滑道的同時略微提高推力，利用發動機的能量增加抵消勢能的能量下降。
簡單來說要想維持速度不變，就要做到：
提姿態，補推力；降姿態，減推力
假設下滑角正常，但下滑道偏低了，速度正常：
這個狀態下我們的姿態、能量都是正確的，但高度偏低，所以需要一個補充高度勢能的過渡階段，補充的能量當然來自推力。跟前邊一樣，過渡段需要提姿態修正高度的時候要補推力，當高度差不過的時候回歸原來正確的姿態和推力。這樣就可以在提高度後回歸原來正確的能量和姿態，只要能量正確，姿態正確，那麼下滑道也應該正確。
假設下滑道正確或修正正確，速度偏低：
這個貌似很簡單，補油咯。但還是不能追速度，要大約知道需要增加多少推力才能增加需要的速度，等待再修正。大概也可以同2，補能量先高後低。比如初始基準推力T，速度偏低，估算正常速度需要推力T+dT，為了減少提速的時間，可以推到T+2dT或T+3dT，然後快速減到T+dT，等穩定後再修正。基本上就是帶微分和積分項的人肉PID控制。
假設下滑道又低又陡，速度還偏低：
我們估算補下滑角需要dT1，補速度需要dT2（這兩個是基準修正），但提升下滑道和速度需要一個短時的額外能量補充dT3。這時首先把推力變成T+dT1+dT2+dT3，提速提高時把油門穩定在的基準修正T+dT1+dT2，並修正姿態到正確下滑道。速度穩定後再針對修正速度。
如果氣象不穩導致速度和下滑道快速、周期性變化：
我們按照湍流理論將我們的速度分解成平均速度值U和瞬時隨機速度增量U』，所以任意時刻空速顯示為U+U。同理也可以把現在的勢能消耗想像成E+E。定位新的基準推力時只需考慮時均值U和E，在較長周期上少量修正基準油門也許是個好的辦法？總之千萬不要追速度。
總之能量調整應該更和姿態息息相關，而不是調整速度，如果保證下滑角時姿態要比標準姿態高，那麼很可能推力也需要比基準推力高一點吧。當然下滑角還有個空速和地速差的因素，不過這更多的是基準確定，而不是修正的問題了。

以上，望斧正