直升機RLO飛行風險分析

徐小方 張華

摘 要：直升機在進行RLO飛行時面臨較高的風險威脅。本文對直升機RLO飛行安全進行了分析研究，定位了RLO飛行的主要風險，指出了風險的誘發因素，并給出了相應的風險控制建議。

關鍵詞：直升機 RLO飛行 飛行安全 風險

中圖分類號：V275 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（a）-0214-02

直升機具有垂直起降和低空、低速飛行能力，因而廣泛的應用于戰場運輸、火力支援等作戰任務。在民事應用方面，直升機也在伐木、建筑、滅火和災難救援等領域發揮著重要的作用。在實行上述任務、作業的過程中，直升機需要在低空、低速狀態下反復執行上升/下降操作，本文稱之為RLO（Repetitive Lift Operations）。

直升機在低空、低速狀態下存在一個“不推薦進入”的區域，一般稱之為回避區。當直升機在回避區內出現動力失效特情時，無法充分的發揮自轉能力，以保障直升機安全著陸的。歷史上的使用經驗和理論、試驗分析均表明，直升機在“回避區”內執行任務時伴隨有較大的安全風險。從1969年7月1日至1971年12月31日，美國在訓練及實際使用過程中出現的與回避區相關的特情有1195起，導致82人死亡，608人受傷，并造成了7483萬又7000美元的經濟損失[1]。

直升機執行RLO操作時需要較為頻繁和長時間的在回避區內飛行，因而面臨較高的風險威脅—— 加拿大運輸安全部的相關統計數據表明，直升機在執行RLO操作時，出現了大量的事故。

國內直升機在軍、民事領域的應用越來越廣泛，相應面臨的風險威脅也日益增大。但由于理論儲備及實踐經驗的缺乏，我們對上述問題的認識仍顯不足。本文對直升機RLO飛行的風險進行分析，并給出了一些建議，期望對國內直升機的設計、制造及使用能夠產生一定的草考價值。

1 風險定位

圖1為貝爾206B3型直升機的回避區。根據圖1可知，回避區是由速度和離地高度確定的一種區域。當在回避區內出現動力失效特情時，很有可能導致不安全、不成功的著陸，這種著陸方式常被稱為“硬著陸”，并常會導致直升機側翻。如果合理的進行總距操縱，就可以將旋翼轉速控制在規定的范圍內。但在著陸的過程中如果沒有合理的使用旋翼中儲存的能量，那么在著陸的瞬間可能就沒有足夠的旋翼轉速以緩沖著陸沖擊[2]。另外，在自轉著陸過程中對直升機和機上人員安全的影響因素還包括：駕駛員反應時間、總重、旋翼轉速的選擇與調整、功率設定、飛行剖面、是否佩戴飛行頭盔、傳動系統（突然）失效特性、坐墊/安全帶的合理使用與調整、著陸區域的選取、沖擊力和起落架及駕駛員座椅的吸能效力等。

按照適航規章CCAR27部第79條和CCAR29部第87條的規定[3][4]，需要制定直升機的回避區，并且要求在回避區外出現動力失效特情的情況下，飛行員不需使用“特殊的”駕駛技巧即可操縱直升機安全著陸。對于常規類直升機和軍用直升機而言，回避區并不是一種限制，而是一種指導性的參考。實際上，很多被批準的民用直升機作業方式—— 比如伐木運輸作業—— 需要進行RLO飛行；軍用直升機在執行近地面作戰、運輸任務時也需要頻繁進行RLO飛行，因而需要操縱直升進行機持續、重復的在回避區內飛行，一旦直升機出現動力失效，發生事故的概率很大。

加拿大運輸部進行的一項評估得出了如下結論：在加拿大，有相當多的事故與RLO操作有關：從1987年至203年，相關事故共有114起，共導致65人傷亡，其中嚴重或致命傷亡36人，具體分布見圖2所示。

與RLO操作相關的風險可以分為以下三類。

（1）操作類風險—— 在“回避區”內飛行和執行低空、低速和大重量條件下的飛行任務時，對飛行員的駕駛技術要求較高，誤操作或不當操作均有可能導致事故；

（2）技術類—— 因部件磨損、部件適航性差及使用維護不當誘發的風險因素；

（3）乘員安全類—— 硬著陸和墜毀對乘員安全的影響。（抗墜毀和人機工程等）。

2 風險分析

2.1 操作類風險

直升機需在低空、低速及大重量的條件下執行飛行任務，其飛行剖面經常會進入回避區。當出現動力失效特情時，飛行員往往缺乏充足的時間、空間以處置特情，且難以在安全的著陸地點降落。直升機在執行RLO飛行時，飛行員的飛行技術起著重要的作用。

首先，如果操作不當或誤操作，可能會導致發動機停車，特別是，盡量避免在低旋翼轉速和低扭矩狀態下快速的改變發動機工作狀態，否則可能使動力渦輪與主減脫開，從而使發動機停車。在執行中、低速下降、下坡機動等機動動作時遭遇上述情況的可能性較大—— 此時直升機需用功率下降，傳動系統卸載，從而可能導致動力渦輪與主減脫開；另外，如果空勤人員對發動機、燃油系統的控制機構掌握不熟練，則可能因誤操作導致發動機空中停車。

其次，當出現動力失效特情后，如果駕駛員判斷或處置不當，則可能會導致情況惡化。直升機在回避區內執行RLO操作時，即使出現動力失效特情，則無法保障直升機安全著陸。但如果飛行員及時、準確地判斷、定位險情，并進行合理地操作，則可以將危害控制到最低限度；但是，如果飛行員無法及時、準確的定位險情，或者沒有進行最為合理的操作，則會惡化險情。

如上所述，飛行員在執行RLO飛行時，如果駕駛技術不過關，可能誘發或加劇險情。目前尚沒有權威性的RLO飛行駕駛技術公開發表，飛行員主要基于其自身的經驗進行RLO飛行。在規避導致發動機停車的不當操作方面，國際上的一些文獻資料中有部分介紹[5]；但是擋在回避區內出現動力失效特情，如何采取合理的操作以將險情控制到最低限度尚未見介紹。

需要強調的是，在執行RLO飛行前，機組、地勤和指揮員應當對直升機狀態、任務區的空域、地形、氣象等條件充分了解并掌握；對飛行任務進行細致的計劃。在執行滅火、地震救援等緊急任務時，因為信息缺乏、任務的可塑性大（從某種意義上說是計劃性差）、持續時間長和大的工作強度，相較于組織良好的例行任務而言，產生人為差錯的可能性大大增加。這就是為什么我們覺得在滅火任務重發生的飛行事故是最多的。

2.2 技術類風險

實踐證明，在進行RLO飛行時，直升機部件的磨損狀況較一般的飛行狀態嚴重的多。在對直升機進行維護時，一般間隔一定的履歷（運行）時間或飛行時間對直升機及其上部件進行檢修或大修。但對于經常執行RLO飛行任務的直升機（伐木運輸直升機、救火直升機等），地勤人員經常縮短其檢修和大修間隔時間，以嘗試保證其部件沒有過度磨損。上述方法，在機械原理上看來是合理的，但因為其增大了為何強度，因而也增加了運行成本；另外，較頻繁的維護工作增大了產生維護差錯的可能性，從而產生安全隱患。

所以，經常執行RLO飛行的直升機，因為部件磨損或維護不當而導致動力失效的可能性也較大。

2.3 乘員安全風險

機上乘員的安全是飛行安全的核心關注點。如前文所述，加拿大運輸部提供的數據顯示：從1987年1月1日至2003年2月17日，與RLO操作相關事故共有114起，共導致65人傷亡，其中死亡18人，重傷18人，輕傷23人。

上述傷亡數字說明，在直升機成員安全性方面我們仍然有改進的空間。首先是直升機起落架吸能作用、機體的抗墜毀能力不足，成員座椅吸能裝置吸能作用不足或未配備吸能設備。成員艙也必須保證一定的輕度以承受沖擊載荷；而且，如果出現特情后著陸失敗，直升機在各種地形條件下都可能出現側翻或滾轉，所以乘員艙必須能夠承受直升機側翻或滾轉產生的載荷而不出現嚴重變形。其次，人機工程設計不合理：在執行RLO飛行任務時，飛行員經常需要向側下方低頭，以觀察下方吊掛物及地面環境的情況，但此時安全帶往往對飛行員產生干擾；因為RLO是近地面飛行，飛行員需要良好的視野以觀察周圍（地形）環境，特別是當出現動力失效后，飛行員需要良好的視野以觀察周圍地形環境以選取適當的應急著陸點。但不合理的座艙設計及機上設備可能限制飛行員視野或產生干擾。

在一些本不太致命的事故中，因為成員沒有按照要求佩戴頭盔和使用安全帶，反而造成了較多的傷亡。所以，機上乘員必須按要求正確使用頭盔和安全帶等安全設備。

2.4 風險等級評估

一般情況下，飛行風險可劃分為低、中、高和極高四個等級。劃分風險等級時，考慮如下兩種因素：風險危害程度和風險可能性。

（1）風險危害程度。

RLO風險的危害程度是災難性的，前文所述的三種類型的風險均有可能導致直升機墜毀并造成嚴重的人員傷亡—— 在加拿大，15年內相關的事故已經導致18人死亡，18人重傷。

（2）風險可能性。

在進行RLO飛行時，出現風險的可能性是比較高的，在直升機的整個服役期內，可能會出現數次相關的風險或事故—— 加拿大15年內發生了114次相關事故。對于經常執行RLO飛行的直升機，如吊運直升機或消防直升機，遭遇事故或風險的概率就更高了。

綜合考慮上述兩種因素，直升機在進行RLO飛行時，風險為極高。

3 結論

直升機在進行RLO飛行時，可能因為飛行員誤操作或不當操作、部件磨損以及維護不當等因素導致動力失效（發動機停車）；而且直升機RLO飛行大部分在回避區內進行操作，出現動力失效后，無法保障直升機安全著陸，所以直升機在進行RLO飛行時，面臨極高的安全風險。

當前的直升機在進行RLO飛行時，其安全性尚有進一步提升的空間與需求。基于前文的分析，本文給出下述改進建議。

（1）應當提升直升機和機上成員安全設備的抗墜毀性能—— 提升起落架的吸能能力，加裝配備吸能裝置的成員座椅氣囊或氣墊，對直升機乘員艙的強度予以加強，使其可以承受直升機側翻或滾轉帶來的載荷；必須消除墜毀后直升機起火的可能性；

（2）改進直升機人機工程設計—— 安全帶、頭盔、操縱機構和座椅的設計應當符合人體工程學的要求，飛行員視野應開闊，無遮擋。

（3）加強飛行員的培訓與訓練，避免誤操作或不當操作并使其掌握動力失效后應急著陸的處置方法及駕駛技術；機上成員必須按照要求正確使用飛行頭盔、安全帶等安保設備；盡可能詳盡的掌握飛行相關信息并保持有效、暢通的空/地通訊。

（4）針對RLO飛行的特點，改進直升機維護方法，以準確的確定部件的磨損程度，并及時對過度磨損的部件進行維護或更換，并盡可能的避免維護維護差錯。

國外在遭遇諸多的RLO事故后，逐漸對RLO飛行風險有了較為清晰的認識，并在逐步的掌握其控制方法。目前國內直升機設計、生產、鑒定及使用單位/部門對直升機RLO風險的認識尚顯不足，這明顯落后與國內直升機的使用需求。期望本文的介紹及分析能夠對國內直升機的設計、生產及鑒定產生一定的參考價值，對國內直升機整體實力的提升產生一定的幫助。

參考文獻

[1] Philip.F.Sheridan，Carl Robinson，Dr.John Shaw et al：Flight test analysis of a single，single engine helicopter.NASA Contractor Report 166385，1982.

[2] Johnson.W：Helicopter theory.Princeton University Press，Princeton，NJ，1980.

[3] 中國民用航空規章第27部.正常類旋翼航空器適航規定[S].中國民用航空總局，2002.

[4] 中國民用航空規章第29部.運輸類旋翼航空器適航規定[S].中國民用航空總局，2002.

[5] Yiyuan Zhao，Ali A.Jhemi：Optimal VTOL Operation of a Multiengine Helicopter in the Event of One Engine Failure.AIAA Contractor Report AIAA-95-3178-CI.