直升機臨界決斷點飛行試驗方法研究

陳永祿 王勇

摘要：本文提出了直升機臨界決斷點及直升機A類起飛、著陸性能驗證試飛方法，針對某型機進行了起飛決斷點、著陸決斷點飛行試驗，對飛行試驗結果進行了分析，給出了臨界決斷點及在300m跑道上A類起飛、著陸性能試驗結果，并明確了臨界決斷點飛行安全關鍵技術，更有助于其他直升機臨界決斷點飛行試驗的順利開展。

關鍵詞：臨界決斷點；起飛性能；A類著陸；發動機失效；庫珀-哈勃；應急功率

中圖分類號：V242.44文獻標識碼：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2021.08.010

直升機臨界決斷點是作為起飛或著陸過程中出現單發失效后是否需要立即著陸的分割點，是依據直升機完成繼續起飛和中斷著陸所需能量最小的概念提出的。在全發工作狀態起飛過程中，一旦出現單臺發動機失效（one engine inoperative，OEI），必須選擇繼續起飛，或者中斷起飛。直升機在起飛或著陸的過程中，在達到臨界決斷點關鍵發動機失效時，都能夠完成繼續起飛或中斷著陸[1-2]。準確確定直升機的臨界決斷點，能夠指導和幫助飛行員在起飛和著陸階段，在關鍵發動機失效后做出正確的判斷，操縱直升機繼續起飛或著陸，確保飛行安全。

在CCAR-29部《運輸類旋翼航空器適航規定》中規定旋翼航空器在起飛決斷點時，關鍵發動機失效后，能夠保持起飛航跡最低離地高度不低于4.5m，高度上升到11m時，速度達到起飛安全速度（VTOSS）；旋翼航空器在著陸決斷點時，關鍵發動機失效后，直升機中斷著陸復飛航跡，最低離地高度不低于4.5m。繼續著陸距離是從著陸場地上空15m的點到停止點之間測得的水平距離，放棄起飛距離通常是從起飛開始時旋翼航空器上給定的參考點，到著陸完全停止后旋翼航空器上同一參考點之間測得的距離，這段距離還應加上旋翼航空器的長度。

直升機的臨界決斷點包含在開闊場地、有限場地和高架平臺的起飛、著陸決斷點。本文根據CCAR-29部的規定，結合直升機和發動機的工作特性，對300m有限場地的起飛、著陸決斷點進行了飛行試驗與分析。

1試飛方法設計與分析

直升機臨界決斷點試飛需要在確定了直升機H-V包線的基礎上開展，在起飛和著陸軌跡上確定出動能（空速）與位能（高度）的最小組合值，以保證在一臺發動機完全失效后能夠完成繼續起飛，并且在繼續起飛時，直升機的最低離地高度不低于4.5m；在中斷著陸時，直升機的最低離地高度不低于4.5m。對A類直升機而言，適航取證時，不但要確定臨界決斷點，還要確定其起飛距離和著陸距離，并確定一個可供選擇、滿足要求的起飛場地。該項試驗需要首先設計起飛剖面和著陸剖面，并且要考慮到一般技術水平的飛行員都能夠按照此剖面飛行。某型直升機臨界決斷點試飛起飛剖面和著陸剖面設計如圖1所示，為了加以對比分析，圖中著陸軌跡的速度用負數表示，起飛軌跡的速度用正數表示。

1.1直升機A類起飛性能及起飛決斷點的確定

直升機A類起飛性能主要是指當關鍵發動機在臨界決斷點或之前失效時，直升機能夠安全著陸，或者關鍵發動機在臨界決斷點或之后失效時，直升機能夠繼續起飛。直升機起飛決斷點主要是針對直升機的A類性能而言的[3]。在起飛剖面上選取高于VTOSS的速度及高度組合點作為起始試驗點。飛行員按照圖1預定的起飛剖面起飛，在到達動作點1（40m，93km/h）時，將關鍵發動機油門置于慢車位，此時直升機處于OEI工作狀態，通過觀察直升機的最低離地高度是否為4.5m來決定該點是否為繼續起飛的最低點。在該起飛剖面上，采取逐步向下逼近的方法，依次在動作點2～4將關鍵發動機油門置于慢車位，觀察直升機在OEI工作狀態下的最低離地高度。如果在某一動作點將關鍵發動機油門置于慢車位以后，直升機在繼續起飛過程中，最低離地高度達到4.5m，則該動作點即為該起飛剖面上繼續起飛的最低點。

以300m有限場地為例，驗證直升機在繼續起飛的最低點處，關鍵發動機失效后能否安全著陸，即可確定該型直升機在300m場地上是否具備A類起飛性能，同時也可以確定出該直升機的起飛決斷點。為了便于更加直觀地確定直升機的A類性能，直升機起飛點設置在跑道頭，飛行員按照圖1中預定的起飛剖面起飛，在到達動作點5（2m，28km/h）時，將關鍵發動機油門置于慢車位，此時直升機處于單臺發動機失效（OEI）工作狀態，通過觀察直升機的中斷起飛距離來判斷是否繼續進行下一動作點。采用從低點逐步向上拓展的方法逼近繼續起飛的最低點，如果直升機在繼續起飛的最低點處單臺發動機失效，能夠在300m場地上實現安全著陸，則該直升機在該場地上具備A類起飛性能，并且該點就是該型直升機在300m場地上的起飛決斷點。

1.2直升機A類著陸性能及著陸決斷點的確定

直升機的A類著陸性能主要是指一臺發動機在著陸決斷點（landing disruption point，LDP）失效后，允許旋翼航空器在可用的跑道上著陸，或在著陸場地上空的下降高度不低于15ft（1ft=0.3048m）時中斷著陸。直升機著陸決斷點的確定主要是在著陸剖面上選取高于前期試飛得出的起飛決斷點的速度及高度組合點作為起始試驗點。飛行員按照圖1中預定的著陸剖面著陸，在到達動作點8（34m，102km/h）時，將關鍵發動機油門置于慢車位，此時直升機處于OEI工作狀態，通過觀察直升機在復飛過程中的最低離地高度是否為4.5m來確定該點是否為著陸決斷點[4]。在該著陸剖面上，采取逐步向下逼近的方法，依次在動作點9（24m，93km/h）、10（15m，83km/h）將關鍵發動機油門置于慢車位，觀察直升機在單臺發動機失效（OEI）工作狀態下的最低離地高度。如果在某一動作點將關鍵發動機油門置于慢車位以后，直升機最低離地高度達到4.5m，則該動作點即為該著陸剖面上的中斷著陸的最低點。

以300m有限場地為例，驗證直升機在中斷著陸的最低點處，關鍵發動機失效后是否能安全著陸，即可確定該直升機是否具備A類著陸性能，同時也可以確定該直升機的著陸決斷點。為了便于更加直觀地確定直升機的A類著陸性能，直升機著陸軌跡上高度為15m的點設置在跑道頭，飛行員按照圖1預定的著陸剖面著陸，在到達動作點11（2m，46km/h）時，將關鍵發動機油門置于慢車位，此時直升機處于OEI工作狀態，通過觀察直升機的著陸距離來判斷是否繼續進行下一動作點。采用從低點逐步向上拓展的方法逼近中斷著陸的最低點，如果直升機在中斷著陸的最低點處能夠實現在300m著陸場地上實現安全著陸，則該直升機在該著陸場地上具備A類著陸性能，并且該點就是該型直升機在300m場地上的著陸決斷點。

2試飛結果分析及關鍵技術

2.1試飛結果分析

依據設計的直升機臨界決斷點試飛方法，采取循序漸進的方式，進行了直升機臨界決斷點試飛。飛行試驗在低海拔機場進行，試驗過程中，嚴格控制重量相對密度比W/σ。試驗過程中，測試并記錄了以下關鍵參數：直升機最低離地高度、直升機接地時的垂直速度、接地時的水平速度、著陸距離和起飛距離[5]，飛行員給出庫珀-哈珀（Cooper-Hubble）等級評價。通過試飛得到的臨界決斷點試飛結果如圖2所示。

由圖2可知，在起飛軌跡上，在動作點4（6m，65km/h）將關鍵發動機油門置于慢車位時，在繼續起飛過程中，最小離地高度為4.5m，則該點即為繼續起飛的最低點。在著陸軌跡上，在動作點9（24m，93km/h）將關鍵發動機油門置于慢車位時，在中斷著陸過程中，最小離地高度為4.5m，則該點即為中斷著陸的最低點。將繼續起飛的最低點和中斷著陸的最低點進行對比可知，中斷著陸的最低點的動能（速度）和位能（高度）均大于繼續起飛的最低點，這是因為直升機的動量在中斷著陸的最低點是減小的，而在繼續起飛的最低點是增大的。

在起飛軌跡上，在動作點7（2m，37km/h）將關鍵發動機油門置于慢車位時，在中斷起飛過程中，著陸滑行距離為280m，接近有限著陸場地長度限制（300m）。而該動作點并未與繼續起飛的最低點重合。因此，在300m的場地上，該型機不具備A類起飛性能，無起飛決斷點。

在著陸軌跡上，發動機正常工作狀態下著陸距離和在下滑軌跡上的任一點（包括著陸決斷點）將關鍵發動機油門置于慢車位時的著陸距離均為280m。因此，在300m的著陸場地上，該型機具備A類著陸性能，中斷著陸的最低點即為該型直升機在300m場地上的著陸決斷點。

2.2試飛關鍵技術

由于直升機臨界決斷點飛行試驗具有極大的風險，進行臨界決斷點飛行試驗時，必須采取小步長逐步逼近、返回檢查的原則[6]，開展該項目試飛的關鍵技術如下：

（1）對于起飛、著陸決斷點試飛，確定一個正常的增速起飛和下滑著陸軌跡非常重要，并且每次都要沿著這個相同的軌跡起飛、著陸，以確保進行臨界決斷點試驗結果的有效性。

（2）在進行起飛決斷點試飛時，由于是加速上升的過程，將關鍵發動機油門置于慢車位后，總距位置較高，此時工作發動機容易進入應急功率狀態，應迅速減小總距，然后再增加功率至單發最大連續狀態，以減小下降率。

（3）在進行著陸決斷點試飛時，由于是消速下滑的過程，將關鍵發動機油門置于慢車位后，總距位置較低，應迅速增加功率至單發最大連續狀態，以減小下降率。

（4）在進行著陸決斷點試飛時，對于同一條著陸軌跡，當所有發動機都正常工作時，直升機能夠沿著該軌跡在有限長度的場地上安全著陸，則在該軌跡上的任何一點，關鍵發動機失效時，直升機均可沿著該軌跡在相同長度的著陸場地上安全著陸。

（5）對于橇式直升機，在發動機關車后接地滑行時，不要立刻將總距放到底，否則容易引起直升機航向偏轉或橫向側移，偏出跑道。

3結束語

直升機臨界決斷點飛行試驗是直升機適航取證的必需環節，本文針對某型直升機進行了臨界決斷點試飛，所設計的直升機臨界決斷點飛行試驗方法在安全的基礎上更加有效地在起飛、著陸剖面上確定臨界決斷點，能夠指導和幫助飛行員正確處置在起飛和著陸軌跡上關鍵發動機失效的特情，也為其他直升機開展A類性能的飛行試驗驗證提供了參考和借鑒。

參考文獻

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Research on Flight Test Method of Critical Decision Point of Helicopter

Chen Yonglu1，Wang Yong2

1. Chinese Flight Test Establishment，Xian 710089，China 2. China Unit 93078 of PLA，Haerbin 150060，China

Abstract： This paper presents helicopter critical decision point and type A take-off and landing performance verification test method. Aiming at a certain type of Helicopter， The flight test of the take-off and landing breakpoint is carried out， The flight test results are analyzed. The critical decision point and the test results of the take-off and landing performance of type A on the 300m runway are given， and the critical decision point flight safety key technology is clarified. It is more conducive to other helicopters critical decision point flight test smoothly.

Key Words：critical decision point；take-off performance；class A landing；engine failure；Cooper-Hubble； emergency power