直升机自转着陆性能研究

2022-09-12

随着航空制造技术的迅速发展, 航空发动机的安全性能越来越高;此外越来越多的直升机均采用多发布局, 这些情况都大幅的降低了由发动机故障导致飞行事故的概率。但是, 据美国陆军安全中心进行的事故统计显示, 直升机紧急自转产生的原因中有72%是由发动机失效引起的。针对以上情况, 国内外对直升机自转着陆都进行了大量的研究。研究过程中, 发现由于直升机操纵复杂, 且自转真实模拟风险较大, 因此飞行员只能进行近似自转模拟, 而不做完全的自转着陆培训;在国内, 飞行员几乎都没有自转着陆的飞行经验, 所以, 一旦在飞行过程中发动机发生故障, 将有很大的可能造成飞行事故。针对以上情况, 对于直升机自转着陆性能的研究具有重要的意义。

一、自转着陆的过程

自转着陆的过程一般分为以下几个阶段:发动机发生故障、直升机进入自转、直升机空中稳定自转、飞行员减速拉平和直升机地面滑行[1]。

直升机的自转着陆时飞行员操作总体来说可分为三个部分:情况判断和自转稳定进入, 自转下滑和目测调整, 低空调整和缓冲着陆[2]。

情况判断和自转稳定进入:发动机丧失功率后, 会出现音响警告, 同时机身会出现较大偏转;飞行员在收到发动机失效信号后, 应迅速将总距杆放到最低, 减小桨叶角, 以便旋翼利用相对气流进入自转。

稳定自转下滑阶段:主要是需要及时寻找合适的着陆场地, 同时调整空速和下滑路线, 从而达到目测调整的目的, 保证直升机能顺利降落到合适的场地。场地选择时, 既要考虑直升机自转下滑的性能和有效下滑距离, 还要考虑下滑路线上的障碍物、场地尺寸大小、表面材质等情况。同时、下滑的性能还受风向、风速、海拔高度、大气温度与密度等因素的影响。

低空调整和缓冲着陆阶段:当直升机通过自转并即将着陆时, 飞行员在近地面处瞬时将总距杆上提, 此时直升机的旋翼瞬时增距, 从而导致直升机旋翼的拉力增大, 且直升机垂直和水平两个速度分量降低, 从而能够减小下降率, 达到安全着陆的目的。根据着陆场地的不同有三种着陆方法:

(1) 如果场地开阔平坦, 障碍物较少, 前进速度大, 可以考虑接地前带驾驶杆, 使旋翼桨盘后倒, 吸收水平动能, 产生向后和向上的分力, 带余速滑跑着陆。

(2) 如果场地狭小, 需要在较高高度消除水平速度, 则接地前必须瞬时上提桨距, 释放旋翼动能来提供足够的升力进行缓冲。

(3) 实际飞行中, 飞行员通常会根据实际情况, 合理分配能量, 采用先快停减速缓冲, 然后低高度上提桨进一步减小下降率, 同时向前稳杆压机头略带余速接地的综合操纵动作着陆。

二、自转着陆的安全性

飞行员在飞行过程中, 若在高空中发动机发生故障, 那么将有足够的时间来操纵直升机使其安全下降;但是, 若发动机在近地面时发生故障, 飞行员将直升机拉平并平稳着陆的可能性将大大降低。因此, 在直升机的飞行中有一个直升机不宜飞行区域, 直升机在该区域发生故障将不可能安全着陆, 该区域被称为直升机的死亡区域。

通常, 直升机飞行高度为100~150m时发生故障, 旋翼的转速可能恢复, 从而使直升机下降速度能满足自转的需求, 在这个情况下能够安全着陆。直升机在离地3~5m处飞行时, 并且飞行速度较小, 在这个情况下也能安全着陆。直升机的飞行速度在20~30海里, 能够保证有足够的前飞速度, 这种情况也能安全着, 因为自转下降的速度会跟随直升机前飞速度慢慢减小。

直升机在近地面飞行中还有一个区域, 如果在该区域内发动机发生故障且飞行速度较快, 那么飞行员就没有充足的时间来降低直升机水平速度, 那么会将导致机体损坏, 特别是对直升机的起落架造成破坏。但是, 对于采用双发或者多发布局的直升机, 将不会出现所谓的死亡区域, 毕竟发动机同时失效的概率很小。

三、自转着陆的设计要素

由于直升机自转着陆性能的重要性, 国内外各种军民用规范和标准都做了相关的要求[3]。影响直升机自转着陆性能的参数主要有旋翼的转速、下降率、桨距的大小、相关系统的操作性能等。因此, 在直升机设计之初, 设计人员需要综合考虑直升机操纵系统中总距、周期变距和航向操纵范围, 直升机旋翼的桨盘载荷、转速范围, 机体结构形式、强度等因素。同时, 在飞行品质以及操作性能方面, 国军标GJB902A-2001《军用直升机飞行品质规范》规定了动力装置发送故障后, 驾驶员修正动作之前必须允许有滞后时间, 总距操纵2s, 其它操作1s, 同时, 对直升机自转旋翼转速、操纵余量以及操纵力的变化也做了要求。

四、小结

自转着陆是直升机固有的一种飞行状态。直升机的自转性能也是设计的一个重要指标, 对于单发直升机显得尤为重要。在飞行中发动机一旦出现故障, 并且飞行员重新启动发动机失败, 自转是使直升机能够安全着陆的最优手段。国外适航局认识到了直升机自转能力的重要性, 他们对于多发直升机也要求具有较好的自转性能。直升机自转不只适用于发动机发生故障的情况, 还适用于一些特殊情况, 如突发着火、振动、操纵失灵等, 出现上述情况也要求直升机能够尽快着陆, 而此时自转是可操纵的、最快的着陆方法, 总的来说自转着陆有弊也有利, 但只要研究透彻, 就能充分利用其有利一面。

摘要：自转是直升机旋翼失去发动机动力, 然后运用直升机原旋转动能和势能使直升机保持稳定旋转的特殊飞行状态。直升机发动机在空中突然停车后如何保证直升机自转安全着陆变得尤为重要。本文介绍了直升机自转着陆的过程、操作措施、安全性以及设计要素等。

关键词：直升机,自转着陆,安全性,设计要素