李 健， 郭 亮， 金久強(qiáng)， 徐 明， 王志博， 李 冰， 鄧茂盛

(中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心，北京 100083)

航空物探測(cè)量中直升機(jī)起降點(diǎn)設(shè)置及應(yīng)用

李 健， 郭 亮， 金久強(qiáng)， 徐 明， 王志博， 李 冰， 鄧茂盛

(中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心，北京 100083)

在航空物探測(cè)量飛行中，直升機(jī)以其機(jī)動(dòng)靈活、出色的超低空性能以及能夠沿強(qiáng)起伏地形飛行等特點(diǎn)，獲得了業(yè)界認(rèn)可的測(cè)量效果。但是直升機(jī)續(xù)航能力不足的弱點(diǎn)也成為野外飛行作業(yè)的首要問(wèn)題，在測(cè)區(qū)內(nèi)設(shè)置臨時(shí)起降點(diǎn)這一方法可以很好地解決直升機(jī)續(xù)航能力不足的難題。筆者在總結(jié)直升機(jī)臨時(shí)起降點(diǎn)設(shè)置原則基礎(chǔ)上，利用實(shí)例說(shuō)明直升機(jī)臨時(shí)起降點(diǎn)設(shè)置方法及直升機(jī)飛行測(cè)量效率。該方法提高了野外飛行作業(yè)的效率，擴(kuò)大了飛機(jī)的測(cè)量活動(dòng)范圍，降低了飛行作業(yè)的成本。

航空地球物理； 臨時(shí)起降點(diǎn)； 直升機(jī)

0 引言

航空地球物理勘探簡(jiǎn)稱航空物探，是指將航空飛行器作為載體，通過(guò)裝載地球物理探測(cè)儀器在空中完成地球物理探測(cè)的方法[1]。從 20 世紀(jì)80、90年代起，以直升機(jī)為平臺(tái)的航空物探在國(guó)內(nèi)悄然興起，特別是近幾年在開(kāi)展重要成礦區(qū)帶的大、中型比例尺調(diào)查中應(yīng)用廣泛[2]。直升機(jī)以其機(jī)動(dòng)靈活、出色的超低空性能以及能夠沿強(qiáng)起伏地形飛行等特點(diǎn)[3]，獲得了業(yè)界認(rèn)可的測(cè)量效果。但是直升機(jī)續(xù)航能力的問(wèn)題作為航空物探的首要難題，一直困擾著野外飛行作業(yè)。因此，如何提高飛行效率已成為一個(gè)測(cè)區(qū)能否優(yōu)質(zhì)高效完成任務(wù)的首要問(wèn)題。

1 臨時(shí)起降點(diǎn)設(shè)置原則

相對(duì)于固定翼飛機(jī)，直升機(jī)起降無(wú)需設(shè)施齊全的民用或軍用機(jī)場(chǎng)，有一塊寬闊平坦的空地即可實(shí)現(xiàn)。直升機(jī)臨時(shí)起降點(diǎn)根據(jù)功能特點(diǎn)可細(xì)化為直升機(jī)野外臨時(shí)加油點(diǎn)和臨時(shí)作業(yè)基地。

1.1 臨時(shí)加油點(diǎn)設(shè)置原則

由于直升機(jī)不需要滑跑，有一塊寬闊平坦的場(chǎng)地即可實(shí)現(xiàn)起降。針對(duì)這一特點(diǎn)，將臨時(shí)加油點(diǎn)設(shè)置在測(cè)區(qū)適當(dāng)位置會(huì)極大提高野外飛行作業(yè)的效率。臨時(shí)加油點(diǎn)的建立應(yīng)滿足下列條件： ①明確的經(jīng)緯度坐標(biāo)，可以給飛行員提供具體位置； ②明顯的地面標(biāo)志，便于飛行員在空中發(fā)現(xiàn)目標(biāo)； ③精準(zhǔn)的風(fēng)向標(biāo)，便于飛行員正確判斷起降風(fēng)向； ④合適的凈空條件和飛行通道； ⑤足夠的稱重強(qiáng)度； ⑥配備加油車，可以給直升機(jī)提供加油服務(wù)。

1.2 臨時(shí)作業(yè)基地設(shè)置原則

臨時(shí)作業(yè)基地在滿足臨時(shí)加油點(diǎn)設(shè)置條件的同時(shí)，還需要有相對(duì)齊全的配套設(shè)施，便于進(jìn)行飛機(jī)維護(hù)、航材存放以及機(jī)組人員的休整，因此在測(cè)區(qū)內(nèi)選擇一個(gè)合適的臨時(shí)作業(yè)基地是保障野外飛行作業(yè)順利通暢的前提。選擇臨時(shí)作業(yè)基地應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)原則：

(1)寬闊平坦的場(chǎng)地供直升機(jī)起降，可以存放、維護(hù)和保養(yǎng)相關(guān)的飛機(jī)航材，并且保證物探測(cè)量?jī)x器設(shè)備能夠正常運(yùn)行所需電力。

(2)交通便利，能夠滿足相關(guān)的日常生活需求。

(3)應(yīng)設(shè)置在測(cè)區(qū)內(nèi)，若不具備條件，應(yīng)盡可能靠近測(cè)區(qū)，因?yàn)榕R時(shí)作業(yè)基地越接近測(cè)區(qū)，飛行作業(yè)的航程就越短，進(jìn)而可以大幅提高飛行效率； 另外，在局地氣候變化較大的地區(qū)(例如中高山地區(qū))，臨時(shí)作業(yè)基地越接近測(cè)區(qū)，越能更好地把握當(dāng)?shù)靥鞖鈩?dòng)態(tài)，從而最大可能地避免因?yàn)樘鞖庠蚨鴮?dǎo)致返航等情況的發(fā)生。

直升機(jī)野外臨時(shí)起降點(diǎn)設(shè)置的條件是根據(jù)飛機(jī)的航程，選擇交通便利的平坦開(kāi)闊地帶。臨時(shí)起降點(diǎn)設(shè)置太遠(yuǎn)或者太近，都達(dá)不到提高作業(yè)效率的目的，只有認(rèn)真計(jì)算過(guò)油量及飛行距離，才可以制定出最合理的臨時(shí)起降點(diǎn)。

2 野外飛行作業(yè)實(shí)例

以2016年甘肅省敦煌—阿克塞航磁測(cè)量測(cè)區(qū)為例，測(cè)區(qū)東西走向測(cè)線長(zhǎng)120 km，南北走向測(cè)線最長(zhǎng)達(dá)189 km。測(cè)區(qū)北部地勢(shì)相對(duì)平坦，屬于平原與丘陵結(jié)合處； 南部屬中高山地區(qū)，其特點(diǎn)是北麓地形切割大，南麓地勢(shì)較高且相對(duì)平緩。

在飛行作業(yè)前期，擬定敦煌機(jī)場(chǎng)為作業(yè)基地。但敦煌機(jī)場(chǎng)位于測(cè)區(qū)東北角70 km處，距測(cè)區(qū)最西端測(cè)線長(zhǎng)達(dá)190 km，相對(duì)于直升機(jī)的官方巡航里程，飛行作業(yè)時(shí)航程太長(zhǎng)，嚴(yán)重影響飛行效率。經(jīng)過(guò)反復(fù)對(duì)比后，最終選擇測(cè)區(qū)中部偏東位置的阿克塞哈薩克族自治縣(以下簡(jiǎn)稱阿克塞縣)為臨時(shí)作業(yè)基地。阿克塞縣距離測(cè)區(qū)最西端測(cè)線100 km，參考AS350B3直升機(jī)的最大航程為740 km[4]，若不設(shè)置臨時(shí)加油點(diǎn)，每架次往返航程為200 km，再去除空中飛行90 min后的剩余油量，實(shí)際飛行作業(yè)距離不到300 km。以AS350B3直升機(jī)的官方最佳經(jīng)濟(jì)巡航里程為標(biāo)準(zhǔn)，作業(yè)效率勉強(qiáng)超過(guò)50%，顯然未能達(dá)到理想的飛行效率，故將測(cè)區(qū)西北部的多壩溝鄉(xiāng)設(shè)立為野外臨時(shí)加油點(diǎn)。

2.1 測(cè)區(qū)內(nèi)臨時(shí)起降點(diǎn)設(shè)置依據(jù)

阿克塞縣位于測(cè)區(qū)中部偏東，緊鄰位于測(cè)區(qū)南部山區(qū)北麓； 多壩溝鄉(xiāng)則位于測(cè)區(qū)西北角，地形比較平坦開(kāi)闊。經(jīng)過(guò)實(shí)地考察，決定將阿克塞縣作為本測(cè)區(qū)臨時(shí)作業(yè)基地的依據(jù)如下：

(1)阿克塞縣生活配套設(shè)施齊全，并且在縣城西北角有適合通航的直升機(jī)起降場(chǎng)地，在以往通航飛行中，該場(chǎng)地也曾被多次使用。

(2)阿克塞縣緊鄰測(cè)區(qū)南部山區(qū)北麓，易于掌握山區(qū)局部天氣變化情況。在飛行中，一旦天氣發(fā)生變化，機(jī)組可以根據(jù)天氣變化的實(shí)際情況調(diào)整飛行計(jì)劃，必要時(shí)可及時(shí)返航。

(3)阿克塞縣位于測(cè)區(qū)中部，可以根據(jù)具體飛行進(jìn)度設(shè)計(jì)多種飛行計(jì)劃。

直升機(jī)野外臨時(shí)加油點(diǎn)設(shè)置在距阿克塞縣城西北方向87 km處的多壩溝鄉(xiāng)。多壩溝鄉(xiāng)隸屬于阿克塞縣，是阿克塞縣農(nóng)產(chǎn)品種植基地，地勢(shì)平坦開(kāi)闊，具備直升機(jī)野外臨時(shí)起降的條件，并且可以提供保障性的物資補(bǔ)給。另外，多壩溝鄉(xiāng)與阿克塞縣通過(guò)215國(guó)道和314省道相連，交通十分便利，是理想的野外臨時(shí)加油點(diǎn)。

2.2 直升機(jī)高效測(cè)量方案

根據(jù)地形設(shè)計(jì)以測(cè)區(qū)中間的一條切割線(距離阿克塞縣北部最近的切割線)為界限，將測(cè)區(qū)分為南、北2個(gè)區(qū)域。南部區(qū)域?yàn)橹懈呱降貐^(qū)，夏季由于水汽蒸發(fā)大，一般午后容易生成低云覆蓋山頭，影響飛行作業(yè)，因此在天氣條件允許的情況下優(yōu)先飛行南部山區(qū)； 北部區(qū)域?yàn)槠皆c丘陵結(jié)合地區(qū)，地勢(shì)比較平坦，并且受天氣影響相對(duì)較小，一般條件下都可以進(jìn)行飛行作業(yè)。

2.2.1 直升機(jī)在飛行作業(yè)中轉(zhuǎn)彎時(shí)間計(jì)算

飛機(jī)在飛行作業(yè)時(shí)轉(zhuǎn)彎所用的時(shí)間直接影響野外飛行作業(yè)的效率，轉(zhuǎn)彎所占的時(shí)間越多，測(cè)線飛行時(shí)間越短，飛行效率越低。固定翼飛機(jī)由于自身的設(shè)計(jì)原因，為了提升飛行效率通常采用間隔測(cè)線套飛的方法，因此轉(zhuǎn)彎時(shí)間較長(zhǎng)，而直升機(jī)則不存在類似問(wèn)題。飛機(jī)轉(zhuǎn)彎半徑的計(jì)算公式為

(1)

式中：R為飛機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑，m；vTAS為飛機(jī)的真空速度，m/s；β為轉(zhuǎn)彎時(shí)的坡度角，(°)；g為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，一般?.8 m/s2。

假設(shè)飛機(jī)轉(zhuǎn)彎條件為標(biāo)準(zhǔn)氣壓、靜風(fēng)及真空速度(靜風(fēng)條件下真空速度與地速相同)，以測(cè)區(qū)中實(shí)際飛行為例，將平均地速185 km/h(即51.4 m/s)及坡度角15°、25°和30°分別代入式(1)，計(jì)算出直升機(jī)轉(zhuǎn)彎半徑。坡度角15°、25°和30°對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)彎半徑分別為1 006 m、579 m和467 m。

另外需要特別說(shuō)明的是，本測(cè)區(qū)使用的是Cs-3型磁力儀，該磁力儀信號(hào)區(qū)域在北半球?yàn)?0°～85°，與地磁傾角和地磁夾角存在盲區(qū)[5]，為了避免磁力儀失蹤，要求飛行的轉(zhuǎn)彎坡度角應(yīng)小于20°。根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，在1∶5萬(wàn)比例尺(線距500 m)的測(cè)量飛行中，AS350B3直升機(jī)可以在退出測(cè)線后以15°坡度角和1 006 m轉(zhuǎn)彎半徑的標(biāo)準(zhǔn)直接進(jìn)入相鄰測(cè)線，從而極大地提高了飛行效率。

2.2.2 測(cè)區(qū)東部測(cè)線規(guī)劃

按測(cè)線將測(cè)區(qū)劃分為東、西2部分，分界標(biāo)準(zhǔn)為最東端測(cè)線由東向西約60 km距離(測(cè)區(qū)東西走向120 km)。飛行東部測(cè)線時(shí)，本著優(yōu)先飛行南部中高山地區(qū)的原則，以阿克塞縣為中心進(jìn)行作業(yè)。由于阿克塞縣位于測(cè)區(qū)中部偏東，因此無(wú)論飛行南部或者北部測(cè)線，航程因素均可忽略不計(jì)(最遠(yuǎn)航程約40 km)。但是由于南部山區(qū)北麓地形切割劇烈，在夏季飛行時(shí)直升機(jī)爬升性能會(huì)受到地效因素的影響，所以在飛南部山區(qū)時(shí)，應(yīng)向南飛行從地形較好的位置進(jìn)入測(cè)線； 到山區(qū)南麓時(shí)，由于海拔整體較高，可以由南向北方向飛行地形切割劇烈的地區(qū)，這樣既可以保障飛行作業(yè)的安全，又可以保障測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

2.2.3 測(cè)區(qū)西部測(cè)線規(guī)劃

該區(qū)域飛行作業(yè)仍然本著南部山區(qū)優(yōu)先的原則。本測(cè)區(qū)中間位置測(cè)線距離阿克塞縣和多壩溝鄉(xiāng)基本相等。飛機(jī)在阿克塞縣起飛后，油車從阿克塞縣出發(fā)前往多壩溝鄉(xiāng)。在正常情況下，飛行一個(gè)架次的時(shí)間約為200 min，油車按照平均80 km/h的速度，可以在90 min內(nèi)到達(dá)野外臨時(shí)加油點(diǎn)多壩溝鄉(xiāng)。若遇到特殊情況，可以通過(guò)短波或者移動(dòng)信號(hào)及時(shí)與機(jī)組取得聯(lián)系。

飛機(jī)到達(dá)作業(yè)區(qū)后，根據(jù)天氣情況優(yōu)先執(zhí)行作業(yè)方案①,如圖1所示； 若天氣條件不允許則先執(zhí)行作業(yè)方案②。完成第一架次作業(yè)飛行后，在多壩溝鄉(xiāng)落地加油，準(zhǔn)備第二架次飛行。

圖1 敦煌—阿克塞測(cè)區(qū)西部中端測(cè)線飛行示意圖

第二架次作業(yè)主飛最西端測(cè)線，如圖2所示。依舊優(yōu)先執(zhí)行方案①； 若天氣條件不允許則先執(zhí)行作業(yè)方案②。完成第二架次飛行作業(yè)后，返回多壩溝鄉(xiāng)落地加油，準(zhǔn)備第三架次飛行。

圖2 敦煌—阿克塞測(cè)區(qū)西部西端測(cè)線飛行示意圖

油車在結(jié)束加油后，便可以返回阿克塞縣。若返回途中無(wú)異常情況，可在飛機(jī)落地前到達(dá)阿克塞縣； 若遇突發(fā)事件發(fā)生，可通過(guò)短波及移動(dòng)信號(hào)與機(jī)組或相關(guān)保障人員取得聯(lián)系。

第三架次起飛后，根據(jù)天氣情況優(yōu)先執(zhí)行西端測(cè)線飛行，由于返航航程相對(duì)較遠(yuǎn)(距離阿克塞縣約90 km)，機(jī)組應(yīng)密切注意油量，對(duì)油量進(jìn)行合理分配使用。

2.3 測(cè)區(qū)飛行時(shí)間、距離及效率估計(jì)

在測(cè)區(qū)西部測(cè)線規(guī)劃中，往返測(cè)區(qū)航程約為150 km，分別為第一架次進(jìn)入測(cè)區(qū)航程60 km及第三架次返回阿克塞縣航程90 km。在往返航途中飛機(jī)以經(jīng)濟(jì)速度飛行，地速約為210 km/h，因此飛機(jī)進(jìn)入測(cè)區(qū)航程所需時(shí)間約為17 min，返回阿克塞縣航程所需時(shí)間約為26 min。

以3個(gè)架次計(jì)算，每架次飛行時(shí)間為200 min，第一架次與第三架次去除航程所占時(shí)間后約為180 min，根據(jù)AS350B3飛行手冊(cè)中的飛行參數(shù)，在飛機(jī)重量為1 800 kg時(shí)，飛行時(shí)間可以達(dá)到297 min，因此第二架次作業(yè)理論上可以達(dá)到約240 min。綜上所述，3架次整合飛行時(shí)間約為600 min。按照飛行中地速為190 km/h計(jì)算，去除進(jìn)出測(cè)線及轉(zhuǎn)彎距離，1 d的有效飛行測(cè)量距離可以控制在1 750 km左右。

實(shí)際的測(cè)量飛行也驗(yàn)證了該作業(yè)設(shè)計(jì)的可行性。本測(cè)區(qū)飛行作業(yè)每架次平均飛行200 min，每架次測(cè)量距離約570 km，飛行效率可達(dá)173 km/h。

3 野外臨時(shí)起降點(diǎn)應(yīng)用前景

我國(guó)現(xiàn)階段使用直升機(jī)進(jìn)行大比例尺航磁測(cè)量工作方興未艾，2015—2017年間有多個(gè)測(cè)區(qū)執(zhí)行任務(wù)，其中部分測(cè)區(qū)通過(guò)設(shè)置臨時(shí)起降點(diǎn)順利完成任務(wù)，并大大提高了測(cè)量效率。例如： 2016年松遼盆地西坡航空重磁綜合測(cè)量區(qū)，使用臨時(shí)起降點(diǎn)后每天最少節(jié)省航路320 km； 2015—2017年間云南騰沖—云縣地區(qū)1∶5萬(wàn)航磁測(cè)量區(qū)，由于山區(qū)氣候多變，在未使用臨時(shí)起降點(diǎn)前，因?yàn)樘鞖庠蚨啻畏岛剑O(shè)置后不僅能夠在作業(yè)時(shí)為飛機(jī)加油補(bǔ)給，還可在第一時(shí)間提供準(zhǔn)確的天氣信息，為測(cè)量工作的順利完成提供了保障。

由此可見(jiàn)，設(shè)置臨時(shí)起降點(diǎn)在保障飛行安全的前提下，極大地提高了直升機(jī)的野外作業(yè)效率，使有限的作業(yè)時(shí)間得到了充分的利用。在現(xiàn)階段通用航空公司以時(shí)間換效益的經(jīng)營(yíng)模式下，使現(xiàn)有資源可以進(jìn)行充分運(yùn)轉(zhuǎn)及利用。

4 結(jié)論

在測(cè)區(qū)內(nèi)設(shè)置直升機(jī)野外臨時(shí)加油點(diǎn)和臨時(shí)作業(yè)基地有效地提高了直升機(jī)野外飛行作業(yè)的效率。該方法極大地節(jié)約了飛行成本，合理地控制了往返于測(cè)區(qū)間的航程時(shí)間，將有限的飛行時(shí)間應(yīng)用于測(cè)量飛行，最大程度上減少了浪費(fèi)在航程上的飛行時(shí)間。該方法不僅解決了航空物探測(cè)量飛行時(shí)直升機(jī)續(xù)航能力不足的問(wèn)題，而且還極大地提高了直升機(jī)的飛行效率。

[1] 熊盛青.發(fā)展中國(guó)航空物探技術(shù)有關(guān)問(wèn)題的思考[J].中國(guó)地質(zhì),2009,36(6):1366-1374.

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[3] 熊盛青,于長(zhǎng)春,眭素文,等.中高山區(qū)高精度航磁測(cè)量方法[M].北京:地質(zhì)出版社,2009.

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Setupandapplicationofthehelicoptertakingoffandlandingpointinairbornegeophysicalsurvey

LI Jian， GUO Liang， JIN Jiuqiang， XU Ming， WAND Zhibo， LI Bing， DENG Maosheng

(ChinaAeroGeophysicalSurveyandRemoteSensingCenterforLandandResources,Beijing100083,China)

In the airborne geophysical survey，the survey results acquired by the helicopter are recognized in geological industry because of the advantages of mobility, hedgehopping and contour flying. But the poor endurance of the helicopter is the primary problem during the airborne geophysical survey. Establishing a temporary taking off and landing point for the helicopter is the best way to solve this problem. After Summarizing the setup principles of the temporary taking off and landing point of the helicopter, the authors explained the methods of setting up the temporary taking off and landing point and the survey efficiency of the helicopter through a concrete example. The method has highly promoted the flying efficiency, expanded the survey range and reduced the survey cost.

airborne geophysics; a temporary taking off and landing point; helicopter

10.19388/j.zgdzdc.2017.05.12

李健,郭亮,金久強(qiáng),等. 航空物探測(cè)量中直升機(jī)起降點(diǎn)設(shè)置及應(yīng)用[J].中國(guó)地質(zhì)調(diào)查,2017,4(5): 82-85.

P631

A

2095-8706(2017)05-0082-04

2017-01-20；

2017-04-05。

李健(1977—)，男，工程師，主要從事航空物探野外數(shù)據(jù)采集及處理工作。Email： 5213195@qq.com。

(責(zé)任編輯劉丹，劉永權(quán))