直升机飞行训练特情风险分析

祁杰

摘 要：在直升机飞行训练教学中，为了满足训练大纲要求，提高飞行学员综合飞行技能，飞行教员会带飞学生实施一系列的高级机动飞行，这些机动飞行由于人、机、环的共同影响作用下，会将直升机飞至安全运行包线的边缘，造成直升机非预期的航空器状态，通过介绍直升机自转、涡环、旋翼桨叶失速这三种威胁最大且最常见的特勤，从气动原理、进入条件、处置方法、预防措施方面阐述，对其风险点和危险源进行综合分析研究，为飞行实践教学训练做好风险管控。

关键词：直升机;飞行训练;特情分析

中图分类号：X949 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）09-0217-03

0 前言

随着国内低空开放政策进一步落实，通航事业的快速发展，直升机飞行在国民经济发展中的作用进一步凸显，从事直升机行业人员逐年增加，在直升机飞行量逐年增加同时，伴随的直升机不安全事故现象也处于高发阶段，针对此现象作为研究项目背景依据，通过对国内外事故案例分析，反映出飞行人员对直升机自转、涡环、旋翼失速这三种威胁最大且最常见的特勤安全处理综合能力不够，因此研究直升机飞行训练特情风险分析，从特情的气动原理、进入条件、处置方法、预防措施为出发点，做好风险防范，提高飞行员安全能力建设。

1 自转

直升机自转是一个下降的机动动作，当发动机功率和主旋翼系统不能有效的进行传递时，直升机有单向离合器，在结构设计上将主旋翼和发动机功率输出轴脱开，允许主旋翼在发动机停止转动时能持续自由转动，旋翼通过向上的气流驱动旋翼旋转从而产生升力，为飞机安全迫降创造条件。

1.1 自转的气动原理

（1）直升机在自转过程中旋翼桨盘可以分为三个气动区域，这三个区域中的力矢量是不同的，分别成为：被驱动区、驱动区、失速区（如图1）。A部分是被驱动区、B部分是驱动区、C部分是失速区，其中D、E是平衡点，由于桨叶安装是绕轴向转动，旋转相对气流在靠近桨叶根部的地方气流相对运动速度较慢，靠近桨尖处旋转半径增加，单位时间内需要转动更大的行程，因此靠桨叶尖部延伸部位与相對气流速度持续增加，根据升力公式L=1/2CyρV2S，为了达到相同的升力系数，理想的桨叶将其进行扭转，从而改变桨叶的桨叶角。

（2）在实际运用中，通常会损失一些诱导功率，使约40%半径处以内的桨矩角产生拉力保持在一个常值。向上的气流和旋翼转动相对气流形成新的矢量合，在沿桨叶的每个点产生不同的空气动力合力。根据空气动力学分析处于C部分失速区域的桨叶是因为桨叶迎角过大且超过临界迎角导致桨叶失速，处于B部分驱动区域的桨叶是因为总空气动力在旋翼轴之前产生了有效拉力，处于A部分被驱动区域的桨叶是因为相对气流迎角太小，总空气动力在旋翼轴之后产生的拉力发生偏移使桨叶旋翼减速。期间D、E两个平衡点上产生的拉力矢量方向一致，是两个临界点，产生的拉力和阻力形成的整体效应让桨叶运动既不加速也不减速。

1.2 进入条件

（1）在飞行过程中，如遇发动机空中停车，为储蓄直升机能量，应立即下放总矩杆到最低位，桨叶进入自转状态让直升机进入自转。

（2）在悬停过程中发动机停车，此时直升机进入悬停自转状态，应保持直升机水平姿态，使用脚蹬保持方向，上提桨矩杆运用旋翼动能进行减震着陆。

（3）直升机主减系统或传动系统故障，不能进行发动机功率正常输出，应使用自转使直升机安全迫降。

（4）直升机在高度允许情况下进入涡环及带功率下沉状态，也可以通过自转恢复功率进行改出。

（5）直升机飞行过程中调速器失效，驾驶员人工调整油门控制转速仍不能进行有效制止，若调速器高转速端调节失效，发动机转速和旋翼转速处于超转状态，如不能减小和控制双针转速，将会到来灾难性的后果，应该做好进入自转状态;若调速器低转速端调节失效，发动机转速和旋翼转速处于低转状态，如不能增加和控制双针转速，将会到来灾难性的后果，为了保障直升机能量，应该做好进入自转状态。

1.3 处置方法

（1）在教学过程中进行自转科目学习的技巧，在选择着陆区时，即使条件不好应保证安全的前飞速度和没有大的下降率，这样就算没有好的下垫面飞机着陆人员也是安全的，自转的练习应在500尺的高度之上进行，开始自转应该做好三点准备：1）看外面，主要是去的地方是否安全（保护机上人员安全）;2）看仪表数据，油门保持在绿区，直升机能量情况（势能、前飞动能、旋翼动能）;3）看外面直升机与着陆区的投影和姿态。（如图2位置1）

（2）协调一致下放桨矩杆到最低位，运用脚蹬控制侧滑和方向，运用周期变距杆保持直升机状态，快速有效的检查姿态仪、侧滑仪、双针转速和空速。使用总矩杆管理旋翼转速：旋翼转速高，上提总矩减少转速;转速降低过快，应放总矩杆增加旋翼转速;在进行自转机动转弯中，流经桨盘空气增多，导致转速增加，此时应上提桨矩杆降低旋翼转速，防止旋翼风车状态下转速超转。直升机转弯坡度大且重量大，自转机动转弯中容易转速高。自转进入时速度过小，下降率过大练习自转应复飞。（如图2位置2）

（3）练习自转时的高度控制在100尺提醒，在40-100英尺或机载手册推荐的安全高度上向后带杆开始做拉开始准备，50英尺拉开始（25尺协调配合提桨矩），3-10英尺之前要推平机身，使用脚蹬来保持方向，应避免向后将直升机姿态拉至过大导致尾桨撞地，造成近地面动态翻滚。（如图2位置3、4）

（4）将直升机姿态推平后，应按照悬停时发动机停车方法来处置，前面有所阐述这里不做解释。（如图2位置5）

1.4 预防措施

（1）平时练习自转进行100ft、50英尺高度的通场飞行练习，这样对自转建立目测很有帮助。

（2）在没有前飞速度时或者尾撬要接地状态时应强制推平机身。

（3）360度自转，每次转弯提点桨矩，防止超转，可以听声音控制转速。

（4）训练自转时不应恢复功率过晚，防止迅速操纵导致操纵过度。

（5）练习进入自转应兼顾到点、线、位置、方向、速度、双针转速、总矩诸元，随时做好调整。

（6）通过总矩杆控制旋翼转速应加强地面模拟练习，防止空中因紧张出现反向操纵。

2 涡环的气动原理

直升机涡环是一种气动效应，即使直升机使用全部总矩行程量提供最大的功率还会垂直下降，在这个下降过程中，直升机三个操纵系统的效应变差，在涡环严重时，可能操纵系统没有操纵效果，及带功率下沉。直升机产生升力由于旋翼翼面的曲度不同，在旋转过程中形成上下表面的压差并产生升力，一定量的旋翼翼尖处的气流循环流通，从桨盘的下表面流向上表面，这种气动效应对于所有翼型的直升机都是很常见的，这种现象称之为：翼尖涡流。当直升机在下降过程中，桨盘下表面的气流进一步向上循环流通，这样将会进一步增加翼尖涡流，在这种涡环状态下，发动机提供的大多数功率用于增速环绕旋翼翼尖的涡流而被浪费。此外直升机在进一步下降过程中，桨叶根部的相对气流导致其迎角增加，导致桨根部分失速引起二次涡环。（如图3）

2.1 进入条件

（1）垂直或者趋近于垂直下降，下降率超过每分钟至少300英尺，根据当天的直升机载重、环境因素等，这个下降率包线有调整。

（2）直升机旋翼系统必须使用不低于发动机20%以上的功率。

（3）直升机前飞速度应低于有效过渡升力，根据机型不同速度包线有稍微偏差。

2.2 处置方法

（1）在涡环发展初期，可以增加前飞速度，如果飞行环境允许部分放低桨矩杆减少翼面涡环进一步加强同时降低阻力，涡环改出后就恢复正常飞行状态。

（2）在涡环发展的后期或完全发展的涡环，如果高度允许，可以通过进入自转来破坏涡环状态，当重新建立好操纵效应后就恢复正常飞行状态。

（3）当涡环形成后，对于左旋直升机，可以上提桨矩，协调抵住左舵，同时向右压杆，直到旋翼重新获得剩余升力，操纵系统获得操纵效应（右旋直升机相反），这也是国内外最新的直升機涡环的改出方法，这种方法对于高度损失较小，改出时效性比较快，实际运用更好。

2.3 预防措施

（1）查看机型手册，不要在直升机悬停升限、无地面效应悬停升限包线之外进行大功率悬停，这种情况很容易伴随着下降进入涡环，这种高度低的涡环状态，危险系数较大。

（2）尽量避免直升机在野外着陆或限制区域着陆时，进行顺风进近，顺风进近在过渡升力损失后，下沉比较快，容易进入涡环。

（3）在飞行训练时，出现小速度、大下降率并且伴随着机身抖动时，应该有直升机涡环警觉。

3 旋翼桨叶失速的气动原理

（1）后行桨叶失速原理，在直升机前飞过程中，由于相对气流流经桨盘，导致0-180°行程的前行桨叶和180°-360°后行桨叶是不同的，前行桨叶与相对气流运动速度变大，后行桨叶与相对气流运动速度变小，根据升力公式L=1/2CyρV2S，前行桨叶与后行桨叶行程升力形成不对称，根据直升机旋翼自由挥舞的原理，前行桨叶就向上挥舞减小迎角，后行桨叶向下挥舞增加迎角，从而达到前、后行桨叶的升力对称，但是当直升机前飞速度超过Vne时，后行桨叶向下挥舞过多，迎角增加过大导致超过临界迎角此时就会出现后行桨叶失速。

（2）桨叶失速是直升机在高密度高度、油门错收或总矩使用量超过可用功率时，当旋翼转速下降不能维持额定高度，此时试图使用上提总矩维持高度，随着总矩增加伴随阻力增加，可用功率和转速不能维持时，直升机的下降伴随着相对气流改变导致迎角增加，在某一个临界点迎角超过临界迎角导致直升机桨盘失速。

3.1 进入条件

（1）后行桨叶失速是前飞速度超过直升机最大前飞速度，同时大重量、高密度高度、颠簸和大坡度转弯都是导致大前行空速下后行桨叶失速的进入条件。

（2）桨叶失速是直升机在高密度高度、油门错收或总矩使用量超过可用功率时，不能维持旋翼转速导致直升机下降。

3.2 处置方法

（1）后行桨叶处置方法先放低总矩，减少桨叶角以及迎角，然后向后移动周期变距杆使直升机减速，改出失速后恢复正常飞行姿态。

（2）桨叶失速处置方法当发现直升机旋翼转速降低时，应立即增加油门（若可用）同时慢慢放低总矩，根据当时具体高度来掌握放桨矩的量，高度低应少放，直升机下沉平稳上提桨矩杆来制止下沉，（如有较大前飞速度，可以适当向后移动周期变距杆，适当增加旋翼转速）;在悬停时根据高度应将此动作重复多次。

3.3 预防措施

（1）熟练掌握两种旋翼桨叶失速处置方法，防止反操纵。

（2）不应将直升机前飞速度超过Vne，按照制造商公布的图表显示随高度减小的Vne来操纵。

（3）了解飞行环境和载重情况，降低出现低旋翼转速出现的风险。

（4）由于尾桨和旋翼是机械联动，旋翼转速降低伴随着尾桨效应降低，如果出现失去方向控制且高度低这将是致命的，应在机头开始偏转之前完成着陆，慢慢放低总矩杆减小扭矩使直升机姿态水平。

4 结语

综上所述，通过对直升机飞行训练特情风险分析的研讨，介绍直升机自转、涡环、旋翼桨叶失速三种特勤，从气动原理、进入条件、处置方法、预防措施方面进行阐述，将飞行理论结合实践训练中，进行充分的风险隐患分析，做好飞行特勤相关预案，保障直升机安全飞行。

参考文献

[1] 关立欣，等.直升机飞行指南[M].成都：西南交通大学出版社，2013.

[2] 王建新，等.直升机空气动力学基础：第三版[M].北京：国防工业出版社，2014.

[3] 刘晓明，等.飞行性能与计划[M].成都：西南交通大学出版社，2003.

[4] 杨俊，等.飞行原理：第二版[M].成都：西南交通大学出版社，2012.