直升機飛行訓練特情風險分析

祁杰

摘 要：在直升機飛行訓練教學中，為了滿足訓練大綱要求，提高飛行學員綜合飛行技能，飛行教員會帶飛學生實施一系列的高級機動飛行，這些機動飛行由于人、機、環的共同影響作用下，會將直升機飛至安全運行包線的邊緣，造成直升機非預期的航空器狀態，通過介紹直升機自轉、渦環、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、預防措施方面闡述，對其風險點和危險源進行綜合分析研究，為飛行實踐教學訓練做好風險管控。

關鍵詞：直升機;飛行訓練;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

隨著國內低空開放政策進一步落實，通航事業的快速發展，直升機飛行在國民經濟發展中的作用進一步凸顯，從事直升機行業人員逐年增加，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象也處于高發階段，針對此現象作為研究項目背景依據，通過對國內外事故案例分析，反映出飛行人員對直升機自轉、渦環、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練特情風險分析，從特情的氣動原理、進入條件、處置方法、預防措施為出發點，做好風險防范，提高飛行員安全能力建設。

1 自轉

直升機自轉是一個下降的機動動作，當發動機功率和主旋翼系統不能有效的進行傳遞時，直升機有單向離合器，在結構設計上將主旋翼和發動機功率輸出軸脫開，允許主旋翼在發動機停止轉動時能持續自由轉動，旋翼通過向上的氣流驅動旋翼旋轉從而產生升力，為飛機安全迫降創造條件。

1.1 自轉的氣動原理

（1）直升機在自轉過程中旋翼槳盤可以分為三個氣動區域，這三個區域中的力矢量是不同的，分別成為：被驅動區、驅動區、失速區（如圖1）。A部分是被驅動區、B部分是驅動區、C部分是失速區，其中D、E是平衡點，由于槳葉安裝是繞軸向轉動，旋轉相對氣流在靠近槳葉根部的地方氣流相對運動速度較慢，靠近槳尖處旋轉半徑增加，單位時間內需要轉動更大的行程，因此靠槳葉尖部延伸部位與相對氣流速度持續增加，根據升力公式L=1/2CyρV2S，為了達到相同的升力系數，理想的槳葉將其進行扭轉，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功率，使約40%半徑處以內的槳矩角產生拉力保持在一個常值。向上的氣流和旋翼轉動相對氣流形成新的矢量合，在沿槳葉的每個點產生不同的空氣動力合力。根據空氣動力學分析處于C部分失速區域的槳葉是因為槳葉迎角過大且超過臨界迎角導致槳葉失速，處于B部分驅動區域的槳葉是因為總空氣動力在旋翼軸之前產生了有效拉力，處于A部分被驅動區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生的拉力發生偏移使槳葉旋翼減速。期間D、E兩個平衡點上產生的拉力矢量方向一致，是兩個臨界點，產生的拉力和阻力形成的整體效應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，如遇發動機空中停車，為儲蓄直升機能量，應立即下放總矩桿到最低位，槳葉進入自轉狀態讓直升機進入自轉。

（2）在懸停過程中發動機停車，此時直升機進入懸停自轉狀態，應保持直升機水平姿態，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）直升機主減系統或傳動系統故障，不能進行發動機功率正常輸出，應使用自轉使直升機安全迫降。

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

（5）直升機飛行過程中調速器失效，駕駛員人工調整油門控制轉速仍不能進行有效制止，若調速器高轉速端調節失效，發動機轉速和旋翼轉速處于超轉狀態，如不能減小和控制雙針轉速，將會到來災難性的后果，應該做好進入自轉狀態;若調速器低轉速端調節失效，發動機轉速和旋翼轉速處于低轉狀態，如不能增加和控制雙針轉速，將會到來災難性的后果，為了保障直升機能量，應該做好進入自轉狀態。

1.3 處置方法

（1）在教學過程中進行自轉科目學習的技巧，在選擇著陸區時，即使條件不好應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，自轉的練習應在500尺的高度之上進行，開始自轉應該做好三點準備：1）看外面，主要是去的地方是否安全（保護機上人員安全）;2）看儀表數據，油門保持在綠區，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的投影和姿態。（如圖2位置1）

（2）協調一致下放槳矩桿到最低位，運用腳蹬控制側滑和方向，運用周期變距桿保持直升機狀態，快速有效的檢查姿態儀、側滑儀、雙針轉速和空速。使用總矩桿管理旋翼轉速：旋翼轉速高，上提總矩減少轉速;轉速降低過快，應放總矩桿增加旋翼轉速;在進行自轉機動轉彎中，流經槳盤空氣增多，導致轉速增加，此時應上提槳矩桿降低旋翼轉速，防止旋翼風車狀態下轉速超轉。直升機轉彎坡度大且重量大，自轉機動轉彎中容易轉速高。自轉進入時速度過小，下降率過大練習自轉應復飛。（如圖2位置2）

（3）練習自轉時的高度控制在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尺協調配合提槳矩），3-10英尺之前要推平機身，使用腳蹬來保持方向，應避免向后將直升機姿態拉至過大導致尾槳撞地，造成近地面動態翻滾。（如圖2位置3、4）

（4）將直升機姿態推平后，應按照懸停時發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 預防措施

（1）平時練習自轉進行100ft、50英尺高度的通場飛行練習，這樣對自轉建立目測很有幫助。

（2）在沒有前飛速度時或者尾撬要接地狀態時應強制推平機身。

（3）360度自轉，每次轉彎提點槳矩，防止超轉，可以聽聲音控制轉速。

（4）訓練自轉時不應恢復功率過晚，防止迅速操縱導致操縱過度。

（5）練習進入自轉應兼顧到點、線、位置、方向、速度、雙針轉速、總矩諸元，隨時做好調整。

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

2 渦環的氣動原理

直升機渦環是一種氣動效應，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的效應變差，在渦環嚴重時，可能操縱系統沒有操縱效果，及帶功率下沉。直升機產生升力由于旋翼翼面的曲度不同，在旋轉過程中形成上下表面的壓差并產生升力，一定量的旋翼翼尖處的氣流循環流通，從槳盤的下表面流向上表面，這種氣動效應對于所有翼型的直升機都是很常見的，這種現象稱之為：翼尖渦流。當直升機在下降過程中，槳盤下表面的氣流進一步向上循環流通，這樣將會進一步增加翼尖渦流，在這種渦環狀態下，發動機提供的大多數功率用于增速環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致其迎角增加，導致槳根部分失速引起二次渦環。（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，根據當天的直升機載重、環境因素等，這個下降率包線有調整。

（2）直升機旋翼系統必須使用不低于發動機20%以上的功率。

（3）直升機前飛速度應低于有效過渡升力，根據機型不同速度包線有稍微偏差。

2.2 處置方法

（1）在渦環發展初期，可以增加前飛速度，如果飛行環境允許部分放低槳矩桿減少翼面渦環進一步加強同時降低阻力，渦環改出后就恢復正常飛行狀態。

（2）在渦環發展的后期或完全發展的渦環，如果高度允許，可以通過進入自轉來破壞渦環狀態，當重新建立好操縱效應后就恢復正常飛行狀態。

（3）當渦環形成后，對于左旋直升機，可以上提槳矩，協調抵住左舵，同時向右壓桿，直到旋翼重新獲得剩余升力，操縱系統獲得操縱效應（右旋直升機相反），這也是國內外最新的直升機渦環的改出方法，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，這種高度低的渦環狀態，危險系數較大。

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

（3）在飛行訓練時，出現小速度、大下降率并且伴隨著機身抖動時，應該有直升機渦環警覺。

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，由于相對氣流流經槳盤，導致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，后行槳葉向下揮舞增加迎角，從而達到前、后行槳葉的升力對稱，但是當直升機前飛速度超過Vne時，后行槳葉向下揮舞過多，迎角增加過大導致超過臨界迎角此時就會出現后行槳葉失速。

（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，當旋翼轉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，可用功率和轉速不能維持時，直升機的下降伴隨著相對氣流改變導致迎角增加，在某一個臨界點迎角超過臨界迎角導致直升機槳盤失速。

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、顛簸和大坡度轉彎都是導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，不能維持旋翼轉速導致直升機下降。

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，改出失速后恢復正常飛行姿態。

（2）槳葉失速處置方法當發現直升機旋翼轉速降低時，應立即增加油門（若可用）同時慢慢放低總矩，根據當時具體高度來掌握放槳矩的量，高度低應少放，直升機下沉平穩上提槳矩桿來制止下沉，（如有較大前飛速度，可以適當向后移動周期變距桿，適當增加旋翼轉速）;在懸停時根據高度應將此動作重復多次。

3.3 預防措施

（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）了解飛行環境和載重情況，降低出現低旋翼轉速出現的風險。

（4）由于尾槳和旋翼是機械聯動，旋翼轉速降低伴隨著尾槳效應降低，如果出現失去方向控制且高度低這將是致命的，應在機頭開始偏轉之前完成著陸，慢慢放低總矩桿減小扭矩使直升機姿態水平。

4 結語

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

參考文獻

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