無人直升機高原飛行安全問題分析

我國地勢西高東低，高原面積占全國總面積的26%，西部有世界上海拔最高、地形最復雜的青藏高原，一般海拔在3000-5000m之間，平均海拔4000m以上，地勢高低不平，起伏較大，一般的陸地交通和固定翼飛機難以到達。無人直升機具有可垂直起降、定點懸停、起降場地要求低、人員傷亡風險低等優勢，恰好能彌補其他交通方式的短板。但高原地區空氣稀薄、氣候復雜多變、地勢起伏較大，對無人直升機飛行帶來很多不確定的安全風險。

高原氣候及地理特征

在我國境內分布著著名的青藏高原、云貴高原、內蒙古高原和黃土高原，根據地理位置、海陸環境、海拔高度和高原形態上的差異，氣候特征稍有差異，但總體呈現以下幾個共同特征：（1）空氣稀薄、氣壓低。隨著海拔高度的不斷增加，大氣壓力會隨之降低，在3000m范圍內，海拔高度每升高100m，大氣壓力減小約1.1kPa。（2）晝夜溫差大、氣溫低。高原地區日照充足、紫外線強烈，且云量少，白天太陽輻射直接到地面，使地表吸收大量的熱，夜晚地表散熱快，氣溫下降迅速。根據數據統計，高原地區晝夜溫差最大能達到30℃。氣溫比同緯度平原地區也要低一些，海拔每上升1000m，氣溫平均下降約6.5℃。（3）天氣多變，氣流亂。受高海拔、低氣壓和復雜地形等因素的綜合影響，高原天氣多變，氣流紊亂。每年5-9月的雨季，經常會出現上午晴空萬里、風平浪靜，午后烏云密布、狂風暴雨和冰雹的天氣，而且風向和風速變化較大，高海拔地區比一般海拔地區的風速更大，風向變化更劇烈。（4）地形地貌復雜。高原地區的大多數區域高山林立，海拔高且山頂與山谷之間落差大、坡度陡，山谷相對較窄，通行性差。

影響分析

高原空氣稀薄、氣壓低，晝夜溫差大、氣溫低，天氣多變、氣流亂和地形地貌復雜等氣候及地理特征對無人直升機以及機組人員在高原的飛行工作帶來很多不利影響。

高原氣候對機組的影響

隨著海拔高度的升高，大氣壓力不斷降低，大氣中的氧含量也降低，人體血液中的氧飽和度也隨之降低，當血氧飽和度降低到一定程度，會引起各器官組織供氧不足，從而出現缺氧癥狀，如頭痛、頭暈、氣短、惡心、嘔吐、失眠、發燒等高反現象。研究表明，人體在海拔3000m以上低氧環境下暴露數小時便會對生理和心理產生不利影響，嚴重情況下可能會引起肺水腫和腦水腫。在高海拔低氧環境下，會導致人體注意力、記憶力、執行功能和信息處理功能下降，在適應幾天后會有所緩解。

高原氣候和地形對飛行的影響

（1）空氣稀薄、密度低的影響

隨著海拔高度的升高，大氣壓力和空氣密度隨之降低，無人直升機發動機功率和旋翼效率也同步降低，操縱性變差，全機性能與平原地區相比會有一定幅度的衰減。通過對比無人直升機在不同海拔地區的飛行數據可知，在相同工況下，海拔越高，總距、周期變距和尾槳距等通道所需的操縱量越大。

（2）低溫的影響

隨著海拔高度的升高，環境溫度不斷降低。通常來說，海拔高度每增加1000m，環境溫度平均下降6.5℃。無人直升機在較大濕度條件下或云層中飛行時，會存在空速管和旋翼結冰的隱患。此外，低溫還會導致油氣管路、減震墊和密封圈等橡膠材料變脆、產生裂紋或受力斷裂。對于發動機來說，低溫會使滑油粘稠度增加，燃油難以汽化或結冰堵塞油路，導致發動機起動困難，嚴重影響無人直升機的飛行安全。

（3）氣流的影響

高原上的風速風向不穩定，短時間內，可能會存在較大變化。造成這種現象有兩方面的因素：第一，高原氣流比較強烈，遇到起伏變化的地形，會形成較強的動力亂流；第二，高原氣溫變化比較大，導致熱力亂流比較強勁。這兩種亂流相互作用，相互影響使得高原上的氣流特別紊亂。無人直升機在高原復雜地形環境下飛行，容易遭遇亂流、龍卷風、瞬間強陣風、風切變、強上升氣流和強下沉氣流等不利因素影響，導致無人直升機出現偏離航線，飛行高度、姿態和航向波動大等異常情況，這些都嚴重影響無人直升機的飛行安全。

（4）地形地貌的影響

無人直升機主要以低空飛行為主，在高原飛行，起降場地多為地勢相對較低的山谷，周圍高聳的山峰較多，在這種地形條件下飛行，高聳的山峰可能會遮擋無人直升機的遙控遙測數據鏈，導致地面站失去對無人直升機的控制。復雜的地形導致周圍的氣流極不穩定，紊亂的氣流可能導致無人直升機偏航，與附近的山體發生碰撞，影響無人直升機的飛行安全。

應對措施

針對高原空氣稀薄、低溫、氣流紊亂、地形地貌復雜等不利因素影響，無人直升機飛行機組需要在飛行前充分準備，仔細識別每次飛行任務的危險源，評估危險發生的概率和帶來的后果，采取必要緩解措施，降低飛行的風險級別。同時，針對飛行過程中可能存在的特情，機組討論制定應急預案，在發生特情的時候按照應急預案正確處置，確保飛行安全。

加強保障條件

在高海拔地區缺氧環境下，人體容易出現疲勞、注意力不集中、反應速度變慢等情況，海拔越高這種情況越明顯。不同于有人機飛行員在飛行過程中可以參考周圍環境，來判斷直升機當前的飛行狀態，無人直升機機組人員只能以飛行監控軟件的飛參數據來判斷當前的飛行狀態。在高海拔缺氧環境下執行長時間飛行任務時，特別容易出現注意力不集中、反應速度慢的情況，在無人直升機出現特情時，很難做出及時、正確的處置反應。因此，無人直升機在高原飛行時，應加強地面保障條件，在地面站配備制氧機或氧氣瓶，增加方艙內的氧氣含量，緩解機組人員注意力不集中、反應速度慢等不良反應，確保機組人員保持良好的精神狀態。同時，在執行4h以上飛行任務的時候，安排2個機組，進行輪換休息，降低機組人員的疲勞。

加強無人直升機檢查維護

在高原低溫環境下，應該將受低溫影響較大的油氣管路、橡膠減震墊和密封圈等橡膠件納入重點檢查項，每次飛行前和飛行后，機務進行重點檢查，發現有裂紋或者斷裂的情況及時更換，避免漏油、漏氣或減震效果不好影響飛行安全。此外，無人直升機低溫環境下飛行，還需要根據實際情況將發動機滑油、燃油更換為適當的牌號，發動機燃料為航空煤油的則需要添加防冰劑，提高發動機起動成功率。

充分掌握氣象信息

掌握當地氣象的整體規律，結合氣象部門提供的數據。飛行前，飛行機組需要結合飛行任務性質、任務飛行時長、飛行區域氣象條件等因素綜合評估對飛行安全的影響，掌握滿足飛行條件的窗口期。如云層較厚、云高較低，則不宜開展高高度的飛行任務，避免穿云飛行造成顛簸或旋翼結冰。如飛行航路上有強降雨或雷暴，則應及時返航，取消飛行，防止安全事故的發生。如午后風大，不滿足氣象條件要求，則應取消飛行計劃或選擇上午風小的時候飛行，禁止超限飛行。

飛行前充分準備

高原地區空氣稀薄，無人直升機整體性能較平原地區有較大的衰減，在相同起飛重量和飛行速度下，總距、周期變距和尾槳距等通道的操縱量都要更大。加上高原地區氣流不穩定，需要另外輸出一部分操縱量來消除氣流的干擾，整機各個通道的剩余操縱量變的更小。因此，飛行任務準備過程中需要根據飛行操作手冊中飛行包線的限制，選擇適當的起飛重量和飛行速度等。保證無人直升機在飛行的過程中留有充足的剩余操縱余量，確保飛行安全。

合理規劃任務航線

在任務航線規劃時，需要根據任務性質、任務區域確定航線的高度，盡量避開任務區域內與航線高度相近或高度更高的山峰。如無人直升機需要從山頂飛過，則任務航線與山頂之間需要保留足夠的高度差，避免飛行過程中因氣流影響引起高度波動，導致無人直升機與山體發生碰撞。此外，任務航線規劃時，還需要注意無人直升機飛行過程中遙控遙測數據鏈是否會被任務區域內的高山等障礙物遮擋，能否與地面站保持通視。如果不具備通視條件，則需要調整該航段的飛行高度或者調整飛行航路。保證無人直升機與地面站之間的通視，以獲得良好的遙控遙測數據鏈信號，避免地面站失去對無人直升機的控制。

結束語

近年來，隨著我國無人直升機技術的不斷發展，國產無人直升機的高原性能有了顯著提升，未來將在青藏高原等邊境地區的物資投送、邊境巡邏及應急救援等領域發揮重要作用。本文通過分析高原氣候、地形地貌特征對無人直升機和機組人員影響，并有針對性的提出應對措施，降低高原飛行的安全風險，為無人直升機在高原的飛行提供經驗借鑒。