祁杰

摘 要：在直升機(jī)飛行訓(xùn)練教學(xué)中，為了滿足訓(xùn)練大綱要求，提高飛行學(xué)員綜合飛行技能，飛行教員會(huì)帶飛學(xué)生實(shí)施一系列的高級(jí)機(jī)動(dòng)飛行，這些機(jī)動(dòng)飛行由于人、機(jī)、環(huán)的共同影響作用下，會(huì)將直升機(jī)飛至安全運(yùn)行包線的邊緣，造成直升機(jī)非預(yù)期的航空器狀態(tài)，通過介紹直升機(jī)自轉(zhuǎn)、渦環(huán)、旋翼槳葉失速這三種威脅最大且最常見的特勤，從氣動(dòng)原理、進(jìn)入條件、處置方法、預(yù)防措施方面闡述，對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)和危險(xiǎn)源進(jìn)行綜合分析研究，為飛行實(shí)踐教學(xué)訓(xùn)練做好風(fēng)險(xiǎn)管控。

關(guān)鍵詞：直升機(jī);飛行訓(xùn)練;特情分析

中圖分類號(hào)：X949 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）09-0217-03

0 前言

隨著國內(nèi)低空開放政策進(jìn)一步落實(shí)，通航事業(yè)的快速發(fā)展，直升機(jī)飛行在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用進(jìn)一步凸顯，從事直升機(jī)行業(yè)人員逐年增加，在直升機(jī)飛行量逐年增加同時(shí)，伴隨的直升機(jī)不安全事故現(xiàn)象也處于高發(fā)階段，針對(duì)此現(xiàn)象作為研究項(xiàng)目背景依據(jù)，通過對(duì)國內(nèi)外事故案例分析，反映出飛行人員對(duì)直升機(jī)自轉(zhuǎn)、渦環(huán)、旋翼失速這三種威脅最大且最常見的特勤安全處理綜合能力不夠，因此研究直升機(jī)飛行訓(xùn)練特情風(fēng)險(xiǎn)分析，從特情的氣動(dòng)原理、進(jìn)入條件、處置方法、預(yù)防措施為出發(fā)點(diǎn)，做好風(fēng)險(xiǎn)防范，提高飛行員安全能力建設(shè)。

1 自轉(zhuǎn)

直升機(jī)自轉(zhuǎn)是一個(gè)下降的機(jī)動(dòng)動(dòng)作，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)功率和主旋翼系統(tǒng)不能有效的進(jìn)行傳遞時(shí)，直升機(jī)有單向離合器，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上將主旋翼和發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出軸脫開，允許主旋翼在發(fā)動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能持續(xù)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，旋翼通過向上的氣流驅(qū)動(dòng)旋翼旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生升力，為飛機(jī)安全迫降創(chuàng)造條件。

1.1 自轉(zhuǎn)的氣動(dòng)原理

（1）直升機(jī)在自轉(zhuǎn)過程中旋翼槳盤可以分為三個(gè)氣動(dòng)區(qū)域，這三個(gè)區(qū)域中的力矢量是不同的，分別成為：被驅(qū)動(dòng)區(qū)、驅(qū)動(dòng)區(qū)、失速區(qū)（如圖1）。A部分是被驅(qū)動(dòng)區(qū)、B部分是驅(qū)動(dòng)區(qū)、C部分是失速區(qū)，其中D、E是平衡點(diǎn)，由于槳葉安裝是繞軸向轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)相對(duì)氣流在靠近槳葉根部的地方氣流相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較慢，靠近槳尖處旋轉(zhuǎn)半徑增加，單位時(shí)間內(nèi)需要轉(zhuǎn)動(dòng)更大的行程，因此靠槳葉尖部延伸部位與相對(duì)氣流速度持續(xù)增加，根據(jù)升力公式L=1/2CyρV2S，為了達(dá)到相同的升力系數(shù)，理想的槳葉將其進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，從而改變槳葉的槳葉角。

（2）在實(shí)際運(yùn)用中，通常會(huì)損失一些誘導(dǎo)功率，使約40%半徑處以內(nèi)的槳矩角產(chǎn)生拉力保持在一個(gè)常值。向上的氣流和旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)相對(duì)氣流形成新的矢量合，在沿槳葉的每個(gè)點(diǎn)產(chǎn)生不同的空氣動(dòng)力合力。根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)分析處于C部分失速區(qū)域的槳葉是因?yàn)闃~迎角過大且超過臨界迎角導(dǎo)致槳葉失速，處于B部分驅(qū)動(dòng)區(qū)域的槳葉是因?yàn)榭偪諝鈩?dòng)力在旋翼軸之前產(chǎn)生了有效拉力，處于A部分被驅(qū)動(dòng)區(qū)域的槳葉是因?yàn)橄鄬?duì)氣流迎角太小，總空氣動(dòng)力在旋翼軸之后產(chǎn)生的拉力發(fā)生偏移使槳葉旋翼減速。期間D、E兩個(gè)平衡點(diǎn)上產(chǎn)生的拉力矢量方向一致，是兩個(gè)臨界點(diǎn)，產(chǎn)生的拉力和阻力形成的整體效應(yīng)讓槳葉運(yùn)動(dòng)既不加速也不減速。

1.2 進(jìn)入條件

（1）在飛行過程中，如遇發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車，為儲(chǔ)蓄直升機(jī)能量，應(yīng)立即下放總矩桿到最低位，槳葉進(jìn)入自轉(zhuǎn)狀態(tài)讓直升機(jī)進(jìn)入自轉(zhuǎn)。

（2）在懸停過程中發(fā)動(dòng)機(jī)停車，此時(shí)直升機(jī)進(jìn)入懸停自轉(zhuǎn)狀態(tài)，應(yīng)保持直升機(jī)水平姿態(tài)，使用腳蹬保持方向，上提槳矩桿運(yùn)用旋翼動(dòng)能進(jìn)行減震著陸。

（3）直升機(jī)主減系統(tǒng)或傳動(dòng)系統(tǒng)故障，不能進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)功率正常輸出，應(yīng)使用自轉(zhuǎn)使直升機(jī)安全迫降。

（4）直升機(jī)在高度允許情況下進(jìn)入渦環(huán)及帶功率下沉狀態(tài)，也可以通過自轉(zhuǎn)恢復(fù)功率進(jìn)行改出。

（5）直升機(jī)飛行過程中調(diào)速器失效，駕駛員人工調(diào)整油門控制轉(zhuǎn)速仍不能進(jìn)行有效制止，若調(diào)速器高轉(zhuǎn)速端調(diào)節(jié)失效，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和旋翼轉(zhuǎn)速處于超轉(zhuǎn)狀態(tài)，如不能減小和控制雙針轉(zhuǎn)速，將會(huì)到來災(zāi)難性的后果，應(yīng)該做好進(jìn)入自轉(zhuǎn)狀態(tài);若調(diào)速器低轉(zhuǎn)速端調(diào)節(jié)失效，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和旋翼轉(zhuǎn)速處于低轉(zhuǎn)狀態(tài)，如不能增加和控制雙針轉(zhuǎn)速，將會(huì)到來災(zāi)難性的后果，為了保障直升機(jī)能量，應(yīng)該做好進(jìn)入自轉(zhuǎn)狀態(tài)。

1.3 處置方法

（1）在教學(xué)過程中進(jìn)行自轉(zhuǎn)科目學(xué)習(xí)的技巧，在選擇著陸區(qū)時(shí)，即使條件不好應(yīng)保證安全的前飛速度和沒有大的下降率，這樣就算沒有好的下墊面飛機(jī)著陸人員也是安全的，自轉(zhuǎn)的練習(xí)應(yīng)在500尺的高度之上進(jìn)行，開始自轉(zhuǎn)應(yīng)該做好三點(diǎn)準(zhǔn)備：1）看外面，主要是去的地方是否安全（保護(hù)機(jī)上人員安全）;2）看儀表數(shù)據(jù)，油門保持在綠區(qū)，直升機(jī)能量情況（勢(shì)能、前飛動(dòng)能、旋翼動(dòng)能）;3）看外面直升機(jī)與著陸區(qū)的投影和姿態(tài)。（如圖2位置1）

（2）協(xié)調(diào)一致下放槳矩桿到最低位，運(yùn)用腳蹬控制側(cè)滑和方向，運(yùn)用周期變距桿保持直升機(jī)狀態(tài)，快速有效的檢查姿態(tài)儀、側(cè)滑儀、雙針轉(zhuǎn)速和空速。使用總矩桿管理旋翼轉(zhuǎn)速：旋翼轉(zhuǎn)速高，上提總矩減少轉(zhuǎn)速;轉(zhuǎn)速降低過快，應(yīng)放總矩桿增加旋翼轉(zhuǎn)速;在進(jìn)行自轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)彎中，流經(jīng)槳盤空氣增多，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速增加，此時(shí)應(yīng)上提槳矩桿降低旋翼轉(zhuǎn)速，防止旋翼風(fēng)車狀態(tài)下轉(zhuǎn)速超轉(zhuǎn)。直升機(jī)轉(zhuǎn)彎坡度大且重量大，自轉(zhuǎn)機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)彎中容易轉(zhuǎn)速高。自轉(zhuǎn)進(jìn)入時(shí)速度過小，下降率過大練習(xí)自轉(zhuǎn)應(yīng)復(fù)飛。（如圖2位置2）

（3）練習(xí)自轉(zhuǎn)時(shí)的高度控制在100尺提醒，在40-100英尺或機(jī)載手冊(cè)推薦的安全高度上向后帶桿開始做拉開始準(zhǔn)備，50英尺拉開始（25尺協(xié)調(diào)配合提槳矩），3-10英尺之前要推平機(jī)身，使用腳蹬來保持方向，應(yīng)避免向后將直升機(jī)姿態(tài)拉至過大導(dǎo)致尾槳撞地，造成近地面動(dòng)態(tài)翻滾。（如圖2位置3、4）

（4）將直升機(jī)姿態(tài)推平后，應(yīng)按照懸停時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)停車方法來處置，前面有所闡述這里不做解釋。（如圖2位置5）

1.4 預(yù)防措施

（1）平時(shí)練習(xí)自轉(zhuǎn)進(jìn)行100ft、50英尺高度的通場飛行練習(xí)，這樣對(duì)自轉(zhuǎn)建立目測很有幫助。

（2）在沒有前飛速度時(shí)或者尾撬要接地狀態(tài)時(shí)應(yīng)強(qiáng)制推平機(jī)身。

（3）360度自轉(zhuǎn)，每次轉(zhuǎn)彎提點(diǎn)槳矩，防止超轉(zhuǎn)，可以聽聲音控制轉(zhuǎn)速。

（4）訓(xùn)練自轉(zhuǎn)時(shí)不應(yīng)恢復(fù)功率過晚，防止迅速操縱導(dǎo)致操縱過度。

（5）練習(xí)進(jìn)入自轉(zhuǎn)應(yīng)兼顧到點(diǎn)、線、位置、方向、速度、雙針轉(zhuǎn)速、總矩諸元，隨時(shí)做好調(diào)整。

（6）通過總矩桿控制旋翼轉(zhuǎn)速應(yīng)加強(qiáng)地面模擬練習(xí)，防止空中因緊張出現(xiàn)反向操縱。

2 渦環(huán)的氣動(dòng)原理

直升機(jī)渦環(huán)是一種氣動(dòng)效應(yīng)，即使直升機(jī)使用全部總矩行程量提供最大的功率還會(huì)垂直下降，在這個(gè)下降過程中，直升機(jī)三個(gè)操縱系統(tǒng)的效應(yīng)變差，在渦環(huán)嚴(yán)重時(shí)，可能操縱系統(tǒng)沒有操縱效果，及帶功率下沉。直升機(jī)產(chǎn)生升力由于旋翼翼面的曲度不同，在旋轉(zhuǎn)過程中形成上下表面的壓差并產(chǎn)生升力，一定量的旋翼翼尖處的氣流循環(huán)流通，從槳盤的下表面流向上表面，這種氣動(dòng)效應(yīng)對(duì)于所有翼型的直升機(jī)都是很常見的，這種現(xiàn)象稱之為：翼尖渦流。當(dāng)直升機(jī)在下降過程中，槳盤下表面的氣流進(jìn)一步向上循環(huán)流通，這樣將會(huì)進(jìn)一步增加翼尖渦流，在這種渦環(huán)狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)提供的大多數(shù)功率用于增速環(huán)繞旋翼翼尖的渦流而被浪費(fèi)。此外直升機(jī)在進(jìn)一步下降過程中，槳葉根部的相對(duì)氣流導(dǎo)致其迎角增加，導(dǎo)致槳根部分失速引起二次渦環(huán)。（如圖3）

2.1 進(jìn)入條件

（1）垂直或者趨近于垂直下降，下降率超過每分鐘至少300英尺，根據(jù)當(dāng)天的直升機(jī)載重、環(huán)境因素等，這個(gè)下降率包線有調(diào)整。

（2）直升機(jī)旋翼系統(tǒng)必須使用不低于發(fā)動(dòng)機(jī)20%以上的功率。

（3）直升機(jī)前飛速度應(yīng)低于有效過渡升力，根據(jù)機(jī)型不同速度包線有稍微偏差。

2.2 處置方法

（1）在渦環(huán)發(fā)展初期，可以增加前飛速度，如果飛行環(huán)境允許部分放低槳矩桿減少翼面渦環(huán)進(jìn)一步加強(qiáng)同時(shí)降低阻力，渦環(huán)改出后就恢復(fù)正常飛行狀態(tài)。

（2）在渦環(huán)發(fā)展的后期或完全發(fā)展的渦環(huán)，如果高度允許，可以通過進(jìn)入自轉(zhuǎn)來破壞渦環(huán)狀態(tài)，當(dāng)重新建立好操縱效應(yīng)后就恢復(fù)正常飛行狀態(tài)。

（3）當(dāng)渦環(huán)形成后，對(duì)于左旋直升機(jī)，可以上提槳矩，協(xié)調(diào)抵住左舵，同時(shí)向右壓桿，直到旋翼重新獲得剩余升力，操縱系統(tǒng)獲得操縱效應(yīng)（右旋直升機(jī)相反），這也是國內(nèi)外最新的直升機(jī)渦環(huán)的改出方法，這種方法對(duì)于高度損失較小，改出時(shí)效性比較快，實(shí)際運(yùn)用更好。

2.3 預(yù)防措施

（1）查看機(jī)型手冊(cè)，不要在直升機(jī)懸停升限、無地面效應(yīng)懸停升限包線之外進(jìn)行大功率懸停，這種情況很容易伴隨著下降進(jìn)入渦環(huán)，這種高度低的渦環(huán)狀態(tài)，危險(xiǎn)系數(shù)較大。

（2）盡量避免直升機(jī)在野外著陸或限制區(qū)域著陸時(shí)，進(jìn)行順風(fēng)進(jìn)近，順風(fēng)進(jìn)近在過渡升力損失后，下沉比較快，容易進(jìn)入渦環(huán)。

（3）在飛行訓(xùn)練時(shí)，出現(xiàn)小速度、大下降率并且伴隨著機(jī)身抖動(dòng)時(shí)，應(yīng)該有直升機(jī)渦環(huán)警覺。

3 旋翼槳葉失速的氣動(dòng)原理

（1）后行槳葉失速原理，在直升機(jī)前飛過程中，由于相對(duì)氣流流經(jīng)槳盤，導(dǎo)致0-180°行程的前行槳葉和180°-360°后行槳葉是不同的，前行槳葉與相對(duì)氣流運(yùn)動(dòng)速度變大，后行槳葉與相對(duì)氣流運(yùn)動(dòng)速度變小，根據(jù)升力公式L=1/2CyρV2S，前行槳葉與后行槳葉行程升力形成不對(duì)稱，根據(jù)直升機(jī)旋翼自由揮舞的原理，前行槳葉就向上揮舞減小迎角，后行槳葉向下?lián)]舞增加迎角，從而達(dá)到前、后行槳葉的升力對(duì)稱，但是當(dāng)直升機(jī)前飛速度超過Vne時(shí)，后行槳葉向下?lián)]舞過多，迎角增加過大導(dǎo)致超過臨界迎角此時(shí)就會(huì)出現(xiàn)后行槳葉失速。

（2）槳葉失速是直升機(jī)在高密度高度、油門錯(cuò)收或總矩使用量超過可用功率時(shí)，當(dāng)旋翼轉(zhuǎn)速下降不能維持額定高度，此時(shí)試圖使用上提總矩維持高度，隨著總矩增加伴隨阻力增加，可用功率和轉(zhuǎn)速不能維持時(shí)，直升機(jī)的下降伴隨著相對(duì)氣流改變導(dǎo)致迎角增加，在某一個(gè)臨界點(diǎn)迎角超過臨界迎角導(dǎo)致直升機(jī)槳盤失速。

3.1 進(jìn)入條件

（1）后行槳葉失速是前飛速度超過直升機(jī)最大前飛速度，同時(shí)大重量、高密度高度、顛簸和大坡度轉(zhuǎn)彎都是導(dǎo)致大前行空速下后行槳葉失速的進(jìn)入條件。

（2）槳葉失速是直升機(jī)在高密度高度、油門錯(cuò)收或總矩使用量超過可用功率時(shí)，不能維持旋翼轉(zhuǎn)速導(dǎo)致直升機(jī)下降。

3.2 處置方法

（1）后行槳葉處置方法先放低總矩，減少槳葉角以及迎角，然后向后移動(dòng)周期變距桿使直升機(jī)減速，改出失速后恢復(fù)正常飛行姿態(tài)。

（2）槳葉失速處置方法當(dāng)發(fā)現(xiàn)直升機(jī)旋翼轉(zhuǎn)速降低時(shí)，應(yīng)立即增加油門（若可用）同時(shí)慢慢放低總矩，根據(jù)當(dāng)時(shí)具體高度來掌握放槳矩的量，高度低應(yīng)少放，直升機(jī)下沉平穩(wěn)上提槳矩桿來制止下沉，（如有較大前飛速度，可以適當(dāng)向后移動(dòng)周期變距桿，適當(dāng)增加旋翼轉(zhuǎn)速）;在懸停時(shí)根據(jù)高度應(yīng)將此動(dòng)作重復(fù)多次。

3.3 預(yù)防措施

（1）熟練掌握兩種旋翼槳葉失速處置方法，防止反操縱。

（2）不應(yīng)將直升機(jī)前飛速度超過Vne，按照制造商公布的圖表顯示隨高度減小的Vne來操縱。

（3）了解飛行環(huán)境和載重情況，降低出現(xiàn)低旋翼轉(zhuǎn)速出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。

（4）由于尾槳和旋翼是機(jī)械聯(lián)動(dòng)，旋翼轉(zhuǎn)速降低伴隨著尾槳效應(yīng)降低，如果出現(xiàn)失去方向控制且高度低這將是致命的，應(yīng)在機(jī)頭開始偏轉(zhuǎn)之前完成著陸，慢慢放低總矩桿減小扭矩使直升機(jī)姿態(tài)水平。

4 結(jié)語

綜上所述，通過對(duì)直升機(jī)飛行訓(xùn)練特情風(fēng)險(xiǎn)分析的研討，介紹直升機(jī)自轉(zhuǎn)、渦環(huán)、旋翼槳葉失速三種特勤，從氣動(dòng)原理、進(jìn)入條件、處置方法、預(yù)防措施方面進(jìn)行闡述，將飛行理論結(jié)合實(shí)踐訓(xùn)練中，進(jìn)行充分的風(fēng)險(xiǎn)隱患分析，做好飛行特勤相關(guān)預(yù)案，保障直升機(jī)安全飛行。

參考文獻(xiàn)

[1] 關(guān)立欣，等.直升機(jī)飛行指南[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2013.

[2] 王建新，等.直升機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)：第三版[M].北京：國防工業(yè)出版社，2014.

[3] 劉曉明，等.飛行性能與計(jì)劃[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2003.

[4] 楊俊，等.飛行原理：第二版[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2012.