直升機高原滑跑起飛性能試飛技術研究

宋招枘 高衛東 趙敬超

摘 要：文章研究了高原條件直升機滑跑起飛的試飛技術，提出了估算不同海拔高度機場最大滑跑起飛重量的方法，并給出了一種高原滑跑起飛飛行試驗流程，以提高試飛效率并降低試飛風險。通過實際試飛驗證表明該方法有效實用，具有很好的應用價值。

關鍵詞：直升機；飛行試驗；滑跑起飛；高原

中圖分類號：V323 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）09-0060-03

Abstract： In this paper， the flight test technology of helicopter taxiing and take-off in plateau condition is studied， the method of estimating the maximum take-off weight of the airport at different altitudes is put forward， and a flight test flow of plateau taxiing and take-off is given， in order to improve the efficiency of flight testing and reduce the risk of flight testing. The actual flight test shows that this method is effective and practical and has good application value.

Keywords： helicopter； flight test； taxiing and take-off； plateau

引言

直升機可能的起飛軌跡主要取決于懸停狀態以及前飛狀態的剩余功率。直升機在有限的剩余功率情況下可以以不同的起飛軌跡完成起飛，但這些軌跡的飛行高度和飛行速度可能有明顯的差異，因而起飛距離和有效載荷是不同的，直升機工作場地的大小決定著直升機的起飛方式以及起飛距離，有效載荷則決定著直升機的工作效益。

直升機起飛方式包括垂直起飛，有地效（直升機式）起飛以及滑跑起飛（飛機式）三種，軍用直升機起飛試驗的目的是要確定某一給定狀態的直升機飛越一定高度（15m）障礙物所需的起飛距離和最佳起飛軌跡。在某些條件下，如大飛行重量、高溫、高海拔等情況下，發動機可用功率降低同時直升機懸停需用功率增大，此時直升機不具備垂直起飛以及有地效起飛的能力，因此在起飛場地沒有障礙物且平坦的條件下，可采用滑跑起飛。不同的起飛方式也決定了直升機有效載荷的大小，采用滑跑起飛可以增加直升機的有效載荷，滑跑起飛要求的剩余功率較小，在大負載情況下直升機可以采用滑跑起飛方式起飛，這也是滑跑起飛的意義。

本文針對軍用直升機滑跑起飛性能進行了研究，對軍用直升機不同重量越障15m高度的滑跑起飛距離及對應的離地速度和不同海拔高度最大滑跑起飛重量進行了分析研究，這對高原機場跑道建設，以及實際使用中載貨情況的優化具有很重要的實用意義。

1 理論分析

滑跑起飛軌跡如圖1所示，采用剩余功率法進行性能估算。直升機剩余功率是指直升機可用功率與直升機懸停、平飛或者爬升需用功率之差。在爬升段，其可用于爬升的剩余功率？駐P等于發動機可用功率PA減去爬升狀態下平飛需用功率PS，即

？駐P=PA-PS （1）

到目前為止，在進行滑跑起飛試驗之前估算直升機的最大滑跑起飛重量方法計算都不準確，不能在試飛前提供可靠依據，本文提出一種新的起飛方式進行滑跑起飛試驗，并運用無量綱的數據處理方法得到直升機的最大滑跑起飛重量的計算方法。

2 風險分析

在大重量的滑跑起飛試驗時，可用于爬升的發動機剩余功率很小，同時直升機部分操縱位移也有可能達到或接近極限位置，所以，在爬升的過程中若起飛重量、爬升速度選擇不合理或者飛行員操縱不當很有可能發生危險，因此在大重量的試飛中速度大小的選擇以及飛行員的應急處置至關重要。

在起飛過程中，一旦發動機出現比較嚴重的故障，如果沒有選擇合理的處置方案也會發生嚴重的飛行事故，因此，在進行滑跑起飛的時候，應選擇合適的起飛方式，比如直升機的離地速度范圍以及直升機離地后需要等速爬升。除此之外，進行試飛時應盡可能選擇足夠長的跑道及離場凈空條件，以應對出現OEI。

對于滑跑試驗，機輪剎車使用的頻率相當之高，剎車的可靠性需要在起飛前進行滑跑試驗檢查。

3 試飛流程

起飛性能試驗一般選擇不同海拔高度的場地、大氣環境條件、總重，以一定的增量完成從小到大一系列不同空速和功率狀態組合的起飛試驗。根據現有的試驗場地條件，選取了兩個海拔高度來進行起飛著陸的試驗，由此可以得到各個海拔高度機場的最大滑跑起飛重量，以及對應的滑跑起飛距離，這對實際使用有很重要的意義。本文提出了一種估算不同海拔高度的最大滑跑起飛重量的方法，以不同的起飛重量起飛，控制離地速度及爬升率，由此得出直升機的功率系數與拉力系數的變化曲線，因此可根據發動機的可用功率推算出最大滑跑起飛重量。

基于上述的試飛目的，設計相應的試飛流程如下：

（1）在進行正式的滑跑起飛試驗之前，需進行地效內懸停和前飛試驗，可以獲得懸停加速段懸停的拉力系數-功率系數的試飛結果，并在此基礎上獲得不同重量，氣壓高度及不同溫度下的地效內剩余功率。

（2）為了保障飛行安全，在進行正式的滑跑科目之前，對飛行員進行大量的滑跑起飛科目訓練，以確定直升機的爬升軌跡。

（3）進行小重量的滑跑起飛試驗，在科目飛行過程中，控制風速在3m/s以內，基于經驗修正外界因素（如風）對試驗數據結果的影響。

（4）進行最大滑跑起飛重量飛行試驗的時候具有一定的風險，因此在不同氣壓高度上進行平飛試驗，從小重量到大重量，爬升率限制在1m/s以內，爬升速度為80km/h，根據平飛需用功率曲線預測計算其功率余量，用以預測評估直升機在不同的高原機場的最大滑跑起飛重量。

（5）進行大重量的滑跑起飛試驗，以盡可能的使用發動機可用功率為原則，根據流程（4）估算的最大滑跑起飛重量慢慢摸索，得到最佳試飛結果。

4 試飛結果分析及結論

4.1 不同重量和爬升速度的水平越障距離

以某型直升機進行飛行試驗，試驗機在不同海拔高度進行不同飛行重量，不同剩余功率和不同離地速度的試飛試驗，使用地面加速-定速爬升起飛軌跡完成試驗。從圖2和圖3的曲線可以看出，隨著離地速度的增加起飛距離增加。

試驗結果給出了大速度時起飛距離隨離地速度的變化關系，隨著離地速度的減小，起飛距離減小，但是當速度小于某一速度值并進一步減小時，起飛距離反而會迅速增大，因此，起飛距離隨離地速度的變化曲線應該呈現馬鞍形，因為小速度在回避區之內，在進行滑跑起飛之前應該先確定了滑跑起飛軌跡，應該在滑跑起飛過程中避開回避區。除此之外，直升機在小速度飛行時需用功率會迅速增大，直升機在拉起時會存在拉起后又回到地面的情況，對飛行員的心理是一個很大的挑戰，所以本文不進行小速度的滑跑起飛試驗。

4.2 最大滑跑起飛重量結果

在進行滑跑起飛飛行試驗時，一般要試驗其滑跑起飛方式下的最大起飛重量，但在目前為止，并沒有一個可以參考的理論依據，每次的滑跑起飛試驗都是一點一點進行摸索，這對于飛行員來說是一個巨大的心理挑戰，因此本文提出了一種可以估算不同海拔高度的最大滑跑起飛重量的方法，即在實際滑跑起飛過程中，選取不同的起飛重量，要求每次起飛時離地速度為80km/h，在爬升過程中控制爬升率在1m/s左右，試驗中選取了5000kg～5600kg重量范圍的不同重量進行滑跑試驗。將試飛結果無因次化得到爬升過程中的CT-MK曲線見圖4，該曲線給出了滑跑起飛的拉力系數和功率系數的關系，運用此關系可以給定不同海拔高度發動機的最大可使用功率反推出不同海拔高度機場的最大滑跑起飛重量。

這里估算了ISA+20℃狀態下不同海拔高度的最大滑跑起飛重量，根據已有的估算結果，可以得到在3000m高度，估算最大滑跑起飛重量為5860kg，但是在實際的滑跑試驗中起飛重量不會與理論值精準的一樣，并且為了安全起見實際使用的發動機功率會略小于起飛功率，所以按照不同的起飛功率以下的可用功率估算了不同功率對應的起飛重量，滑跑起飛的某估算點與實際的飛行結果吻合良好。在實際飛行過程中，為了控制飛行風險，實際可用功率只用到了75%左右，實際最大起飛重量為5560kg，預測估算值與飛行結果吻合良好，誤差在1%以內，證明了該估算方法正確有效，該試驗的流程有效避免了試飛風險。

5 結束語

本文提出了最大滑跑起飛重量的估算方法，依據本文的試飛方法和試飛流程圓滿完成了滑跑起飛試驗科目，給出了某型機滑跑起飛的試飛結果，根據實際試飛數據可知估算方法可靠有效，并在實際試飛中有效規避了風險，減少了試飛員在摸索最大滑跑起飛重量試驗中的心理壓力，這一方法解決了以往滑跑起飛試飛科目中對最大滑跑重量沒有理論參考的問題，對現有的直升機性能的試飛技術具有重要的意義。

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