祁杰

摘 要：在直升機飛行訓(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，飛行教員會帶飛學(xué)生實施一系列的高級機動飛行，這些機動飛行由于人、機、環(huán)的共同影響作用下，會將直升機飛至安全運行包線的邊緣，造成直升機非預(yù)期的航空器狀態(tài)，通過介紹直升機自轉(zhuǎn)、渦環(huán)、旋翼槳葉失速這三種威脅最大且最常見的特勤，從氣動原理、進入條件、處置方法、預(yù)防措施方面闡述，對其風(fēng)險點和危險源進行綜合分析研究，為飛行實踐教學(xué)訓(xùn)練做好風(fēng)險管控。

關(guān)鍵詞：直升機;飛行訓(xùn)練;特情分析

中圖分類號：X949 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）09-0217-03

0 前言

隨著國內(nèi)低空開放政策進一步落實，通航事業(yè)的快速發(fā)展，直升機飛行在國民經(jīng)濟發(fā)展中的作用進一步凸顯，從事直升機行業(yè)人員逐年增加，在直升機飛行量逐年增加同時，伴隨的直升機不安全事故現(xiàn)象也處于高發(fā)階段，針對此現(xiàn)象作為研究項目背景依據(jù)，通過對國內(nèi)外事故案例分析，反映出飛行人員對直升機自轉(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，因此研究直升機飛行訓(xùn)練特情風(fēng)險分析，從特情的氣動原理、進入條件、處置方法、預(yù)防措施為出發(fā)點，做好風(fēng)險防范，提高飛行員安全能力建設(shè)。

1 自轉(zhuǎn)

直升機自轉(zhuǎn)是一個下降的機動動作，當(dāng)發(fā)動機功率和主旋翼系統(tǒng)不能有效的進行傳遞時，直升機有單向離合器，在結(jié)構(gòu)設(shè)計上將主旋翼和發(fā)動機功率輸出軸脫開，允許主旋翼在發(fā)動機停止轉(zhuǎn)動時能持續(xù)自由轉(zhuǎn)動，旋翼通過向上的氣流驅(qū)動旋翼旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生升力，為飛機安全迫降創(chuàng)造條件。

1.1 自轉(zhuǎn)的氣動原理

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

（2）在實際運用中，通常會損失一些誘導(dǎo)功率，使約40%半徑處以內(nèi)的槳矩角產(chǎn)生拉力保持在一個常值。向上的氣流和旋翼轉(zhuǎn)動相對氣流形成新的矢量合，在沿槳葉的每個點產(chǎn)生不同的空氣動力合力。根據(jù)空氣動力學(xué)分析處于C部分失速區(qū)域的槳葉是因為槳葉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)動區(qū)域的槳葉是因為總空氣動力在旋翼軸之前產(chǎn)生了有效拉力，處于A部分被驅(qū)動區(qū)域的槳葉是因為相對氣流迎角太小，總空氣動力在旋翼軸之后產(chǎn)生的拉力發(fā)生偏移使槳葉旋翼減速。期間D、E兩個平衡點上產(chǎn)生的拉力矢量方向一致，是兩個臨界點，產(chǎn)生的拉力和阻力形成的整體效應(yīng)讓槳葉運動既不加速也不減速。

1.2 進入條件

（1）在飛行過程中，如遇發(fā)動機空中停車，為儲蓄直升機能量，應(yīng)立即下放總矩桿到最低位，槳葉進入自轉(zhuǎn)狀態(tài)讓直升機進入自轉(zhuǎn)。

（2）在懸停過程中發(fā)動機停車，此時直升機進入懸停自轉(zhuǎn)狀態(tài)，應(yīng)保持直升機水平姿態(tài)，使用腳蹬保持方向，上提槳矩桿運用旋翼動能進行減震著陸。

（3）直升機主減系統(tǒng)或傳動系統(tǒng)故障，不能進行發(fā)動機功率正常輸出，應(yīng)使用自轉(zhuǎn)使直升機安全迫降。

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

（5）直升機飛行過程中調(diào)速器失效，駕駛員人工調(diào)整油門控制轉(zhuǎn)速仍不能進行有效制止，若調(diào)速器高轉(zhuǎn)速端調(diào)節(jié)失效，發(fā)動機轉(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，將會到來災(zāi)難性的后果，應(yīng)該做好進入自轉(zhuǎn)狀態(tài);若調(diào)速器低轉(zhuǎn)速端調(diào)節(jié)失效，發(fā)動機轉(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，將會到來災(zāi)難性的后果，為了保障直升機能量，應(yīng)該做好進入自轉(zhuǎn)狀態(tài)。

1.3 處置方法

（1）在教學(xué)過程中進行自轉(zhuǎn)科目學(xué)習(xí)的技巧，在選擇著陸區(qū)時，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尺的高度之上進行，開始自轉(zhuǎn)應(yīng)該做好三點準備：1）看外面，主要是去的地方是否安全（保護機上人員安全）;2）看儀表數(shù)據(jù)，油門保持在綠區(qū)，直升機能量情況（勢能、前飛動能、旋翼動能）;3）看外面直升機與著陸區(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，運用腳蹬控制側(cè)滑和方向，運用周期變距桿保持直升機狀態(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;在進行自轉(zhuǎn)機動轉(zhuǎn)彎中，流經(jīng)槳盤空氣增多，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速增加，此時應(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)。直升機轉(zhuǎn)彎坡度大且重量大，自轉(zhuǎn)機動轉(zhuǎn)彎中容易轉(zhuǎn)速高。自轉(zhuǎn)進入時速度過小，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)時的高度控制在100尺提醒，在40-100英尺或機載手冊推薦的安全高度上向后帶桿開始做拉開始準備，50英尺拉開始（25尺協(xié)調(diào)配合提槳矩），3-10英尺之前要推平機身，使用腳蹬來保持方向，應(yīng)避免向后將直升機姿態(tài)拉至過大導(dǎo)致尾槳撞地，造成近地面動態(tài)翻滾。（如圖2位置3、4）

（4）將直升機姿態(tài)推平后，應(yīng)按照懸停時發(fā)動機停車方法來處置，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）平時練習(xí)自轉(zhuǎn)進行100ft、50英尺高度的通場飛行練習(xí)，這樣對自轉(zhuǎn)建立目測很有幫助。

（2）在沒有前飛速度時或者尾撬要接地狀態(tài)時應(yīng)強制推平機身。

（3）360度自轉(zhuǎn)，每次轉(zhuǎn)彎提點槳矩，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)進入自轉(zhuǎn)應(yīng)兼顧到點、線、位置、方向、速度、雙針轉(zhuǎn)速、總矩諸元，隨時做好調(diào)整。

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

2 渦環(huán)的氣動原理

直升機渦環(huán)是一種氣動效應(yīng)，即使直升機使用全部總矩行程量提供最大的功率還會垂直下降，在這個下降過程中，直升機三個操縱系統(tǒng)的效應(yīng)變差，在渦環(huán)嚴重時，可能操縱系統(tǒng)沒有操縱效果，及帶功率下沉。直升機產(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，這種氣動效應(yīng)對于所有翼型的直升機都是很常見的，這種現(xiàn)象稱之為：翼尖渦流。當(dāng)直升機在下降過程中，槳盤下表面的氣流進一步向上循環(huán)流通，這樣將會進一步增加翼尖渦流，在這種渦環(huán)狀態(tài)下，發(fā)動機提供的大多數(shù)功率用于增速環(huán)繞旋翼翼尖的渦流而被浪費。此外直升機在進一步下降過程中，槳葉根部的相對氣流導(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)天的直升機載重、環(huán)境因素等，這個下降率包線有調(diào)整。

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

（3）直升機前飛速度應(yīng)低于有效過渡升力，根據(jù)機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)進一步加強同時降低阻力，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，對于左旋直升機，可以上提槳矩，協(xié)調(diào)抵住左舵，同時向右壓桿，直到旋翼重新獲得剩余升力，操縱系統(tǒng)獲得操縱效應(yīng)（右旋直升機相反），這也是國內(nèi)外最新的直升機渦環(huán)的改出方法，這種方法對于高度損失較小，改出時效性比較快，實際運用更好。

2.3 預(yù)防措施

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

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

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

3 旋翼槳葉失速的氣動原理

（1）后行槳葉失速原理，在直升機前飛過程中，由于相對氣流流經(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，前行槳葉與相對氣流運動速度變大，后行槳葉與相對氣流運動速度變小，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稱，根據(jù)直升機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，從而達到前、后行槳葉的升力對稱，但是當(dāng)直升機前飛速度超過Vne時，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就會出現(xiàn)后行槳葉失速。

（2）槳葉失速是直升機在高密度高度、油門錯收或總矩使用量超過可用功率時，當(dāng)旋翼轉(zhuǎn)速下降不能維持額定高度，此時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，直升機的下降伴隨著相對氣流改變導(dǎo)致迎角增加，在某一個臨界點迎角超過臨界迎角導(dǎo)致直升機槳盤失速。

3.1 進入條件

（1）后行槳葉失速是前飛速度超過直升機最大前飛速度，同時大重量、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入條件。

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

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，然后向后移動周期變距桿使直升機減速，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)直升機旋翼轉(zhuǎn)速降低時，應(yīng)立即增加油門（若可用）同時慢慢放低總矩，根據(jù)當(dāng)時具體高度來掌握放槳矩的量，高度低應(yīng)少放，直升機下沉平穩(wěn)上提槳矩桿來制止下沉，（如有較大前飛速度，可以適當(dāng)向后移動周期變距桿，適當(dāng)增加旋翼轉(zhuǎn)速）;在懸停時根據(jù)高度應(yīng)將此動作重復(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。

（4）由于尾槳和旋翼是機械聯(lián)動，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姿態(tài)水平。

4 結(jié)語

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

參考文獻

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

[2] 王建新，等.直升機空氣動力學(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.