祁杰

摘 要：在我國夏季氣候特點(diǎn)中，太陽直射點(diǎn)持續(xù)處在赤道以北，高溫、高濕、高密度高度等天氣環(huán)境對(duì)直升機(jī)的性能安全有重要影響，夏季飛行特點(diǎn)對(duì)直升機(jī)性能限制的研究主要從溫度、雷雨、低空風(fēng)切變?yōu)槌霭l(fā)點(diǎn)，開展對(duì)夏季飛行直升機(jī)懸停性能、起飛性能、爬升性能三方面的研討，分析直升機(jī)夏季運(yùn)行具體情況，并根據(jù)機(jī)載手冊和運(yùn)行手冊的要求，把握性能限制余度，降低直升機(jī)夏季作業(yè)飛行或訓(xùn)練飛行時(shí)的性能風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：夏季;直升機(jī)飛行;性能限制

中圖分類號(hào)：V212.13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）06-0070-02

0 前言

在我國北半球的夏季氣溫高是最明顯的氣候特征，夏季日照強(qiáng)烈，氣溫升高較快，副熱帶高壓的強(qiáng)勢北移與西南季風(fēng)的影響，早、晚氣流較平穩(wěn)，中午多對(duì)流云加強(qiáng)，氣流不穩(wěn)，天氣多變，時(shí)有雷暴、陣風(fēng)、陣雨等出現(xiàn)，在這種特點(diǎn)的環(huán)境飛行中，對(duì)直升機(jī)性能進(jìn)行測算是非常重要的，這樣可以讓飛行員建立很好的情景意識(shí)，了解直升機(jī)能載重多少起飛，直升機(jī)飛至預(yù)定著陸區(qū)在當(dāng)時(shí)特定的溫度和海拔下，直升機(jī)的飛行包線、巡航性能、機(jī)動(dòng)性能高、起飛著陸性能是否在安全范圍。

1 直升機(jī)性能限制的分析

直升機(jī)性能的限制主要是發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率與主旋翼系統(tǒng)產(chǎn)生的升力，尾槳系統(tǒng)也產(chǎn)生少許推力，影響其發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率和旋翼系統(tǒng)效率的因素都會(huì)對(duì)直升機(jī)性能產(chǎn)生影響，現(xiàn)主要從溫度、雷雨、風(fēng)切變?nèi)齻€(gè)方面來分析夏季飛行對(duì)直升機(jī)性能的影響。

2 溫度

（1）夏季我國普遍溫度較高，大部分地區(qū)的平均氣溫在20℃--28℃之間，等溫線稀疏，南北溫差相對(duì)接近，溫度的變化是影響密度高度同步變化的主要因素，當(dāng)夏季到來溫度升高，暖空氣受熱膨脹時(shí)，空氣分子之間的間隙會(huì)增加，單位體積內(nèi)的空氣分子含量就會(huì)相對(duì)而言減少，大氣壓力降低，從而導(dǎo)致空氣的密度降低，所以高溫可能導(dǎo)致在較低的標(biāo)高下，下墊面具有很高的密度高度，在直升機(jī)性能限制中，溫度的變化會(huì)對(duì)直升機(jī)運(yùn)行的懸停性能、起飛性能、爬升性能產(chǎn)生影響

（2）高溫對(duì)直升機(jī)懸停性能的影響。1）溫度的升高會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)散熱效果不佳，滑油溫度偏高，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率，在同等的使用直升機(jī)總矩桿前提下，輸出功率減少。2）夏季溫度升高，直升機(jī)單位體積的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量減少，需要更多的使用功率才能進(jìn)行有效的懸停，在同等重量等條件下飛行，直升機(jī)的可用剩余功率減少，直接降低了直升機(jī)性能限制的安全余度。3）夏季溫度升高，空氣密度減低，根據(jù)升力公式L=1/2CyρV2S，空氣密度降低，會(huì)導(dǎo)致升力下降和地面效應(yīng)減弱，從而降低了有地面效應(yīng)懸停和無地面效應(yīng)懸停的升限高度，影響直升機(jī)垂直起降性能。

（3）高溫對(duì)直升機(jī)起飛性能的影響。1）從穩(wěn)定懸停到正常起飛向前推周期變距桿過程中，旋翼槳盤向前傾斜，造成高度損失，直升機(jī)有下沉趨勢。此時(shí)上提槳矩制止下沉，但由于高溫造成空氣密度降低和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率減少，此時(shí)需要上提更多的總矩桿來制止直升機(jī)下沉，造成直升機(jī)功率使用在陰影區(qū)內(nèi)，嚴(yán)重可能會(huì)造成飛機(jī)觸及下墊面，增加了安全風(fēng)險(xiǎn)。2）由于高溫的影響，大氣壓力降低，導(dǎo)致空氣密度減少，直升機(jī)起飛過程中流經(jīng)旋翼的單位水平方向氣流流量減少，導(dǎo)致直升機(jī)通過過渡速度時(shí)，獲得的有效過渡升力降低，不利于直升機(jī)更好地完成起飛增速。

（4）高溫對(duì)直升機(jī)爬升性能的影響。1）溫度高會(huì)增加旋翼轉(zhuǎn)速降低和槳葉失速的風(fēng)險(xiǎn)，大氣壓力降低和空氣密度的減少，會(huì)造成直升機(jī)升力的下降，飛行員通過增加總矩桿來試圖保持相同的升力，隨著總矩桿的增加，旋翼槳葉角增加，阻力也隨之增加，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率不足以維持住旋翼轉(zhuǎn)速時(shí)，旋翼轉(zhuǎn)速開始下降，緊接著直升機(jī)開始下降，在下降過程中槳葉迎角增加，在某一點(diǎn)上，槳葉的迎角增加量超過了臨界迎角導(dǎo)致直升機(jī)形成槳葉失速，從而超過直升機(jī)性能限制，不利于安全飛行。2）由于高溫引起的直升機(jī)性能變差，使直升機(jī)最佳爬升梯度和最大上升角性能減弱，即使使用機(jī)載手冊推薦的最佳爬升率和最大上升角的有利速度進(jìn)行爬升，也不能在單位時(shí)間內(nèi)爬升到達(dá)額定高度，同時(shí)也不能在額定距離內(nèi)獲得最大越障能力。

3 雷雨

夏天顯著的天氣特點(diǎn)是對(duì)流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈發(fā)展，會(huì)出現(xiàn)積雨云等一系列蘊(yùn)含雷暴和降水的云體，雷暴的形成需要三個(gè)基本條件：明顯的不穩(wěn)定氣層、空氣中含充沛的水汽、較大的沖擊力，一般雷暴的單體生命史有三個(gè)階段分別是積云階段、成熟階段、消散階段。三個(gè)階段對(duì)直升機(jī)性能主要是起飛、爬升階段影響較大，這里就不進(jìn)行懸停階段的研討了。

3.1 雷暴對(duì)直升機(jī)起飛、爬升性能的影響

雷暴的積云和成熟階段主要是內(nèi)部的上升氣流隨高度的增加而增加，雷暴成熟階段以強(qiáng)烈的陣風(fēng)等顛簸形式出現(xiàn)，直升機(jī)在顛簸環(huán)境中運(yùn)行首先會(huì)降低直升機(jī)操縱系統(tǒng)的有效性，不利于在顛簸環(huán)境下對(duì)直升機(jī)的準(zhǔn)確控制，氣流的不穩(wěn)定會(huì)降低直升機(jī)空氣動(dòng)力的流線型，旋翼和尾槳系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生更多的亂流，從而降低直升機(jī)性能。以羅賓遜R44直升機(jī)為例，R44直升機(jī)存在主軸碰撞的自身特性，在顛簸環(huán)境進(jìn)行爬升過程中，如果飛行員過度的向前推周期變距桿進(jìn)行修正姿態(tài)，將會(huì)使直升機(jī)陷入低過載的情形，在這種環(huán)境下會(huì)進(jìn)一步加劇直升機(jī)發(fā)生主軸碰撞的幾率。

3.2 降水對(duì)直升機(jī)起飛、爬升性能的影響

（1）降水增加了空氣水汽的含量，空氣濕度的增加將減少單位體積內(nèi)空氣的含量，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量減少，使得直升機(jī)的性能在相同總矩行程下產(chǎn)生的功率降低。

（2）降水使得直升機(jī)在機(jī)身產(chǎn)生了水膜吸附層，增加了摩擦力等廢阻力，進(jìn)一步增加了功率的消耗，降低了可用剩余功率，同時(shí)旋翼系統(tǒng)表面產(chǎn)生了一層水膜層，降低了旋翼表面的光潔形態(tài)，使得在同樣的進(jìn)氣壓力或扭矩的前提下產(chǎn)生更少的升力，從而降低了直升機(jī)起飛和爬升性能，不利于起飛后獲得更好的越障和額定距離爬升到指定高度。

4 低空風(fēng)切變

我國夏季空氣對(duì)流運(yùn)動(dòng)加快，直升機(jī)飛行在中低空域占大多數(shù)，低空風(fēng)切變是威脅直升機(jī)性能安全的因素之一，分切變是指空間內(nèi)兩點(diǎn)之間風(fēng)的矢量差，及在同一垂直高度或不同水平空間點(diǎn)在短距離內(nèi)風(fēng)向和風(fēng)速的變化，根據(jù)飛機(jī)運(yùn)動(dòng)與風(fēng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)矢量不同，可以將風(fēng)切變分為四種，及順分切變、逆風(fēng)切變、側(cè)風(fēng)切變、垂直風(fēng)切邊，現(xiàn)將進(jìn)一步分析低空風(fēng)切變對(duì)直升機(jī)運(yùn)行的懸停性能、起飛性能、爬升性能產(chǎn)生影響。

4.1 低空風(fēng)切變對(duì)直升機(jī)懸停性能的影響

直升機(jī)受空氣動(dòng)力的影響，應(yīng)該迎風(fēng)進(jìn)行懸停垂直起降，低空風(fēng)切變將會(huì)改變直升機(jī)相對(duì)于風(fēng)的運(yùn)動(dòng)矢量，降低直升機(jī)的氣動(dòng)效應(yīng)，對(duì)直升機(jī)尾槳系統(tǒng)性能高產(chǎn)生氣流干擾，造成直升機(jī)方向不穩(wěn)定并伴隨抖動(dòng)，加劇直升機(jī)可能進(jìn)入尾槳渦環(huán)風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重可能造成低空姿態(tài)不穩(wěn)定。

4.2 起飛性能、爬升性能的影響

直升機(jī)在起飛爬升階段，如遇到順風(fēng)切變會(huì)造成飛機(jī)空速減小，升力下降，使直升機(jī)出現(xiàn)下沉，同樣的功率使用卻產(chǎn)生更少的飛行性能。（如圖1）

在逆風(fēng)切變會(huì)造成直升機(jī)在起飛爬升中空速增加，造成機(jī)身陡然抬升，改變飛行軌跡，增加直升機(jī)機(jī)身應(yīng)力。（如圖2）

側(cè)風(fēng)切變和垂直風(fēng)切變具有很強(qiáng)的猝發(fā)性，會(huì)讓平穩(wěn)狀態(tài)的直升機(jī)突然滾轉(zhuǎn)或下沉，直升機(jī)空氣動(dòng)力受干擾，主旋翼升力不平衡，出現(xiàn)機(jī)身出現(xiàn)抖動(dòng)，常出現(xiàn)嚴(yán)重事故。（如圖3）

5 結(jié)語

綜上所述，通過對(duì)直升機(jī)夏季飛行特點(diǎn)及性能限制的研討，將夏季的氣候特點(diǎn)歸納到溫度、雷雨、低空風(fēng)切這三點(diǎn)，從直升機(jī)懸停性能、起飛性能、爬升性能三方面的進(jìn)行研討，應(yīng)注意到危害飛行安全的因素，結(jié)合氣候特點(diǎn)，做好飛行前四個(gè)階段，隨時(shí)做好飛行特勤相關(guān)預(yù)案，及時(shí)脫離險(xiǎn)境，不應(yīng)存在僥幸屈從心理。

參考文獻(xiàn)

[1] 關(guān)立欣，等.直升機(jī)飛行指南[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2013.

[2] 黃儀方，等.航空氣象[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2011.

[3] 劉曉明，等.飛行性能與計(jì)劃[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2003.