國外艦載直升機自動過渡功能飛行試驗安全風險分析

鞏鵬瀟 左思佳

摘? 要：自動過渡為艦載直升機提供了一種在海面上空從預定高度和速度點自動過渡飛行到低高度懸停點的精確控制功能。文章介紹了國外艦載直升機自動過渡功能的工作原理，并通過對工作過程及工作環境的分析，識別出了試飛風險，給出了設計建議及試飛安全策略，可為國內該功能的研發提供參考。

關鍵詞：直升機;飛控系統;自動過渡;試飛風險

中圖分類號：V249? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）04-0078-02

Abstract： Automatic transition provides a precise control function for shipborne helicopter to automatically transition flight from predetermined altitude and speed point to low altitude hover point over the sea surface. In this paper， the working principle of automatic transition function of foreign shipborne helicopter is introduced， and through the analysis of working process and working environment， the flight test risk is identified， and the suggestion for the design and the strategy for flight test safety are given， which can provide reference for the research and development of this function in China.

Keywords： helicopter; flight control system; automatic transition; flight test risk

引言

艦載直升機以艦船為基地，主要在海上活動，按照所執行的主要任務可分為艦載反潛直升機、艦載運輸直升機、艦載預警直升機等類型。目前世界各國裝備的艦載直升機以通用型為主。自動過渡功能，是一種使直升機自動由飛行狀態過渡到懸停狀態和自動保持懸停狀態的自動控制功能，極大減小了艦載直升機執行海上懸停任務時駕駛員的操縱負荷，是執行晝夜間海上懸停必不可少的功能。國外先進的艦載直升機基本都具備該功能，比如美國的SH-3“海王”直升機、SH-60“海鷹”直升機，法國的SA321“超黃蜂”直升機，英國和法國聯合研制的“山貓”直升機等，不過關于國外該功能飛行試驗的資料由于技術封鎖等原因無法獲得。本文通過對國外自動過渡功能工作原理進行分析，結合海上工作環境，初步識別出了試飛風險，給出了設計建議及試飛安全策略，可為國內該功能研發提供參考。

1 自動向下過渡功能介紹

國外艦載直升機在執行自動向下過渡飛行時，通常要求高度軌跡先按拋物線規律下降，當下沉速率累積到一定值時，按該下沉率線性下降，在高度變化過程中地速的變化以某種負加速度線性地減速。為使自動過渡更為平穩，在接近懸停高度時，高度改為按指數規律拉平，當接近零速時，速度也改為按指數規律減速到零，以實現軌跡拉平后自動懸停[1]。自動向下過渡功能一般采用俯仰軸控制縱向地速，用總距軸控制高度，過渡過程中橫滾軸一般處于速度穩定模態，航向軸處于航向保持模態。自動過渡過程簡圖如圖1。

2 安全風險分析及設計建議

自動過渡功能是一種復雜的飛行自動控制過程，需要俯仰、滾轉、航向及總距4個通道協同工作，工作時直升機貼近海面且飛行狀態變化很大，系統設計缺陷、復雜的氣象和海情、直升機故障等都會給試飛帶來很大的風險。

直升機自動向下過渡過程貼近海面且飛行狀態變化大，一旦直升機發動機或旋翼系統出現故障，飛行員可用的反應和行動時間很短，此時如果人工介入操縱不及時，直升機有墜海的可能。應選擇可靠性高的發動機及旋翼系統，裝配至少雙臺發動機，提高出現單發故障時直升機的機動能力。

在自動過渡飛行過程中，若因總距通道控制不當引起垂直下降速率過大，會使直升機進入渦環危險區域，可能引發直升機不可控墜海。設計時，應設定較小穩態下降速率，避開渦環危險區域包線，并盡量提高下降速率的控制精度。

自動向下過渡最終懸停高度很低，在海上工作時若直升機高度低于旋翼直徑，旋翼下洗氣流拍擊海面形成的水汽可能打濕座艙玻璃，影響飛行員視野;若高度再降低，在大海況下海浪甚至有可能打到旋翼，它會給試飛帶來災難性后果。設計時應合理設置懸停工作高度，盡可能在地效外懸停，減小下洗氣流沖擊海面造成的負面影響。

當直升機以較低高度掠海飛行時，無線電高度表測得的高度信息中有較強的海浪噪聲干擾[2]，自動向下過渡功能將無線電高度信號加到了高度通道中，控制不當會引起直升機隨海浪起伏而顛簸，海浪過大時有引發振蕩的風險。設計時，應加入海浪濾波模塊，避免海浪波動影響直升機前飛及懸停的工作穩定性。

3 試飛安全策略分析

自動過渡功能的研發，應進行充分的數字仿真及半物理仿真試驗。進入飛行試驗階段后，應進行陸上模擬過渡，在長度寬度符合要求的平坦地形進行試驗，選擇較高的目標懸停高度，降低直升機重量，試驗時試飛人員密切觀察過渡過程正確與否，必要時及時進行人工干預。通過陸上試驗對系統通斷邏輯、模態轉換邏輯及控制律參數進行檢查和調參，待功能正常后再移至海上飛行。

海上試驗初期，應選擇保守的試驗環境和試驗狀態，即1～2級海況、靠近岸邊的工作海域、較高的目標懸停高度以及較輕的試驗機重量;由于海上工作環境的不確定性，應在低海況環境下累積足夠的試驗數據樣本量并確認系統工作正常后，逐步進入高海況環境適應性試驗。

由于該功能需在夜間使用，也應進行夜間飛行試驗。根據夜航試飛的一般經驗，應遵循黃昏、月夜、暗夜的順序進行;由于該功能飛行試驗固有的風險，夜間試驗時應在海上工作區域安排救援及指揮船只，以便在發生緊急情況時，第一時間提供救援。

4 結束語

本文介紹了國外艦載直升機自動過渡功能，通過分析其工作原理，工作環境等因素，識別出了試飛風險，并有針對性的給出了設計建議及試飛安全策略，可為國內該功能的研發提供參考。

參考文獻：

[1]楊一棟.直升機自動過渡懸停飛行控制系統設計[J].南京航空航天大學學報，2004，36（2）：200-204.

[2]李廣文，唐永哲，王冬.直升機掠海飛行海浪濾波器研究[J].空軍工程大學學報自然科學版，2004（05）：18-20.