摘 要：直升機(jī)速度靜穩(wěn)定性是直升機(jī)的重要飛行特性。工程師和駕駛員都希望直升機(jī)具有合理的靜穩(wěn)定性，無論是應(yīng)用于軍用領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域，直升機(jī)也都應(yīng)該具有合理的穩(wěn)定性。因此，驗(yàn)證直升機(jī)速度靜穩(wěn)定性是否符合相關(guān)條款是直升機(jī)試飛的必要內(nèi)容。文章通過理論和實(shí)際飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，給出了當(dāng)前技術(shù)條件下最合理的直升機(jī)速度靜穩(wěn)定性試飛方法，并給出了實(shí)際飛行試驗(yàn)過程中的操作建議。

關(guān)鍵詞：直升機(jī)；飛行試驗(yàn)；研究

引言

直升機(jī)速度靜穩(wěn)定性是直升機(jī)的重要飛行特性。對于工程師來說，直升機(jī)速度靜穩(wěn)定性是指直升機(jī)偶然受擾后，飛行速度（相對風(fēng)速）發(fā)生變化初始時(shí)刻是否具有自動(dòng)恢復(fù)原來平衡狀態(tài)的能力。如果速度變化后出現(xiàn)新的附加力矩，使之自動(dòng)趨于恢復(fù)原來的速度，那么直升機(jī)按速度是靜穩(wěn)定的；反之則是按速度靜不穩(wěn)定的。而對于直升機(jī)駕駛員來說，速度靜穩(wěn)定性則意味著操縱直升機(jī)保持在另一個(gè)速度飛行時(shí)所需的駕駛桿位移變化。但不管怎樣，兩者的主觀需求是一致的，那就是直升機(jī)具有速度靜穩(wěn)定性，理由很簡單，工程師希望自己設(shè)計(jì)的直升機(jī)在受擾后是易恢復(fù)的，駕駛員希望自己操縱的直升機(jī)在受擾后是易操控的。而一架直升機(jī)的速度靜穩(wěn)定性是否滿足具體需求，則需要試飛工程師和試飛員合作，通過真實(shí)的飛行試驗(yàn)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理來給出結(jié)論。采用怎樣的試飛技術(shù)和方法能夠給出更精確的試驗(yàn)結(jié)論？這是直升機(jī)試飛工程師和試飛員一直致力研究的問題。

1 國軍標(biāo)和適航規(guī)章相關(guān)條款

直升機(jī)由于可以做低空（離地面數(shù)米）、低速（從懸停開始）和機(jī)頭方向不變的機(jī)動(dòng)飛行，特別是可以空中懸停，小面積場地垂直起降，不需要機(jī)場和跑道等突出特點(diǎn)在國防和國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域都得以廣泛應(yīng)用，具有廣闊的用途及發(fā)展前景。但無論是應(yīng)用于軍用領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域，都要求直升機(jī)具有合理的穩(wěn)定性。因此，《軍用直升機(jī)品質(zhì)規(guī)范》GJB902-90和《民用直升機(jī)適航規(guī)章》針對縱向靜穩(wěn)定性都有相關(guān)考核條款。

《軍用直升機(jī)品質(zhì)規(guī)范》GJB902-90對直升機(jī)縱向（速度）靜穩(wěn)定性如下要求：

直升機(jī)定常前飛時(shí)，在配平速度附近18.5km/h速度擾動(dòng)情況下，其縱向靜穩(wěn)定性應(yīng)滿足：

等級1：縱向操縱位移和操縱力對速度的變化應(yīng)是平滑的，基本線形的，其局部剃度應(yīng)是穩(wěn)定的（WyV>0，PyV>0）。

等級2：儀表飛行時(shí)，等級2同等級1，對于目視飛行，縱向操縱位移和操縱力對速度的梯度允許有輕微的不穩(wěn)定，不穩(wěn)定的大小同等級3。

等級3：在不穩(wěn)定方向縱向操縱位移的變化不應(yīng)超過4.4N。

《民用直升機(jī)適航規(guī)章》（CCAR-29部）（第29.173條）對直升機(jī)縱向靜穩(wěn)定性則有這樣的規(guī)定：（1）縱向操縱必須這樣設(shè)計(jì)：為獲得小于配平時(shí)的速度，操縱桿必須向后運(yùn)動(dòng)。而為了獲得大于配平時(shí)的速度，操縱桿必須向前運(yùn)動(dòng)。（2）在第29.175條（a）到（c）中規(guī)定的機(jī)動(dòng)飛行期間，并且油門和總距保持不變的情況下，在申請合格審定要求的整個(gè)高度范圍內(nèi)，操縱桿位置與速度的關(guān)系曲線斜率必須是正的。（3）在第29.175 條（d）中規(guī)定的機(jī)動(dòng)飛行期間，縱向操縱桿的位置和速度的關(guān)系曲線在規(guī)定的速度范圍內(nèi)可以有負(fù)的斜率，只要這種負(fù)斜率對應(yīng)的操縱桿負(fù)向運(yùn)動(dòng)不超過總操縱行程的10%。

因此，無論是軍用直升機(jī)還是民用直升機(jī)，對其速度靜穩(wěn)定性進(jìn)行考核，驗(yàn)證其是否符合相關(guān)條款都是必要的試飛內(nèi)容。

2 試飛方法分析對比

自開展直升機(jī)飛行試驗(yàn)以來，一代又一代的試飛工程師們通過深入剖析速度靜穩(wěn)定性原理和直升機(jī)飛行品質(zhì)規(guī)范和研究國外先進(jìn)試飛方法，總結(jié)設(shè)計(jì)出表現(xiàn)靜穩(wěn)定性法、定總距穩(wěn)定爬升下降法、變總距穩(wěn)定爬升下降法、定總距推/拉桿加減速法等多種速度靜穩(wěn)定性試飛方法。經(jīng)過多年多型號實(shí)際試飛驗(yàn)證，留存現(xiàn)在并最廣泛使用的是最后一種，即定總距推/拉桿加減速法。其具體實(shí)施方法是：到達(dá)規(guī)定的飛行高度后，調(diào)節(jié)各操縱使直升機(jī)以規(guī)定的速度和狀態(tài)穩(wěn)定配平直線飛行（縱向周期變距桿位移增量叢配平狀態(tài)氣隨空速的變化比較容易測定），保持20s后，在總距保持不變（消除總距或總距操縱功效改變的影響）情況下，緩慢推拉桿，使速度增加/減小20km/h（相對配平速度偏移較小，保證爬升率或下降率較小以盡可能減小垂向速度變化引起的俯仰力矩的影響），穩(wěn)定在新速度下飛行20s，然后使直升機(jī)回復(fù)正常飛行。

值得關(guān)注的是，直升機(jī)試飛員在采用此方法進(jìn)行實(shí)際飛行試驗(yàn)時(shí)又出現(xiàn)了兩種操縱方式，一種是非常緩慢的推/拉桿直至速度緩慢增大/減小20km/h，另一種則是較緩慢的推/拉桿至一定位置，等待直升機(jī)速度變化20km/h，第二種操縱方式的出現(xiàn)應(yīng)該是源于試飛員對直升機(jī)操縱響應(yīng)滯后的了解。

上述兩種操縱方式的出現(xiàn)帶給我們一種思考，那就是試飛工程師在進(jìn)行試飛方法設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該充分考慮動(dòng)作的可執(zhí)行性及執(zhí)行過程中可能出現(xiàn)的不同操縱方式和習(xí)慣。那么，采用這兩種操縱方式進(jìn)行飛行試驗(yàn)會(huì)對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生怎樣的影響？為弄清這一問題，我們利用真實(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)做了大量的對比分析。下面僅例舉圖1、圖2進(jìn)行說明。

圖1為某型直升機(jī)在氣壓高度1000m以表速Vi=160km/h穩(wěn)定配平后“非常緩慢”拉桿減速的時(shí)間歷程圖，由圖可見，試飛員拉桿用時(shí)25s，且拉桿動(dòng)作非常和緩，在此過程中表速緩慢增加，全過程中高度變化僅6m左右；圖2為同型直升機(jī)在同樣的氣壓高度1000m以同樣的表速Vi=160km/h穩(wěn)定配平后“緩慢”拉桿減速的時(shí)間歷程圖，由圖可見，試飛員推用時(shí)15s后等待速度減小至預(yù)期值在，這一預(yù)期值也在9s后達(dá)到，但此過程中高度變化為30～40m。

由此可見，兩種試飛操縱方式均可實(shí)現(xiàn)推/拉桿增/減速的目的，但“非常和緩”的操縱更利于加減速過程中的高度保持，加減速前后直升機(jī)所處外部環(huán)境變化更微小，由此得到的試驗(yàn)結(jié)果也更精準(zhǔn)一些。此外，“非常緩慢”的操縱方式對試飛員與試驗(yàn)機(jī)的“默契度”無太大要求，而“緩慢”的操縱方式則要求試飛員要么具有比較豐富的直升機(jī)速度靜穩(wěn)定性試飛經(jīng)驗(yàn)，要么對試驗(yàn)機(jī)的響應(yīng)有一定的了解，否則，很容易操縱不足或操縱過限。相比“非常緩慢”的操縱來說，“緩慢”操縱也更易導(dǎo)致前飛速度增大的同時(shí)直升機(jī)下降率較大，使高度不易保持。

3 結(jié)論與建議

通過以上研究和對比分析，可以得出以下結(jié)論：

進(jìn)行速度靜穩(wěn)定性試飛時(shí)，采用定總距“非常緩慢”推拉桿增減速的試飛方法更為合理。因?yàn)闊o論是對于經(jīng)驗(yàn)豐富或?qū)υ囼?yàn)機(jī)特性比較熟悉的試飛員，還是對于經(jīng)驗(yàn)尚淺或?qū)υ囼?yàn)機(jī)特性不很熟悉的試飛員來說，采用“非常緩慢”的操縱方式，都更易保證加減速過程中俯仰姿態(tài)變化既緩且慢，也能更大程度上消除俯仰耦合和減小加減速過程中的高度變化，獲得滿意的數(shù)據(jù)曲線，進(jìn)而獲得更精確的試飛結(jié)果。

此外，速度靜穩(wěn)定性試飛科目執(zhí)行時(shí)可分為兩個(gè)動(dòng)作段，一是穩(wěn)定配平飛行段；一是推/拉桿加減速段。整個(gè)動(dòng)作能否成功，是否有效跟這兩個(gè)動(dòng)作段的動(dòng)作質(zhì)量都有關(guān)系。在具體執(zhí)行時(shí)，建議同一速度點(diǎn)先加速再減速，然后再調(diào)整到下一速度點(diǎn)配平，以盡可能消除高度變化，減小調(diào)整時(shí)間。此外，通過實(shí)際飛行試驗(yàn)還摸索出以下幾點(diǎn)：（1）初始配平非常關(guān)鍵：配平時(shí)可先調(diào)整直升機(jī)到達(dá)目標(biāo)高度，然后進(jìn)行目標(biāo)速度的調(diào)整：用總距控制加/減速的趨勢，越速度接近目標(biāo)速度時(shí)，總距變化越小，防止修正過大，造成反復(fù)修正的現(xiàn)象。同時(shí)觀察升降速度表的趨勢，及時(shí)穩(wěn)/帶桿進(jìn)行修正，防止目標(biāo)高度的變化；（2）加減速時(shí)僅利用縱向操縱進(jìn)行小的空速變化，要保持總距固定在配平速度平飛的總距上，滾轉(zhuǎn)和偏航飄移要最小，不要修正俯仰姿態(tài)，推拉桿過程要緩慢，幅值均勻，不出現(xiàn)反向調(diào)整，且動(dòng)作過程中應(yīng)注意保持高度；（3）增速或減速過程中，需要對總距、駕駛桿、腳蹬的運(yùn)動(dòng)趨勢有預(yù)見性，并協(xié)調(diào)好桿量和速率，以獲得較均勻的速度變化；并在飛行過程中適當(dāng)調(diào)整腳蹬操縱以限制偏航。（4）小速度飛行時(shí)，直升機(jī)穩(wěn)定性較差，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修正，防止直升機(jī)進(jìn)入復(fù)雜狀態(tài)，確保飛行安全。（5）直升機(jī)縱、橫向周期變距共用一桿，縱向推/拉桿時(shí)會(huì)有不經(jīng)意的橫桿操縱，應(yīng)盡量避免；（6）推/拉桿加/減速變化量稍大或稍小并不影響試驗(yàn)結(jié)果分析，試飛員不必下意識的去推桿或拉桿來修正。

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