直升機(jī)RLO飛行風(fēng)險(xiǎn)分析

徐小方 張華

摘 要：直升機(jī)在進(jìn)行RLO飛行時(shí)面臨較高的風(fēng)險(xiǎn)威脅。本文對直升機(jī)RLO飛行安全進(jìn)行了分析研究，定位了RLO飛行的主要風(fēng)險(xiǎn)，指出了風(fēng)險(xiǎn)的誘發(fā)因素，并給出了相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制建議。

關(guān)鍵詞：直升機(jī) RLO飛行 飛行安全 風(fēng)險(xiǎn)

中圖分類號：V275 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（a）-0214-02

直升機(jī)具有垂直起降和低空、低速飛行能力，因而廣泛的應(yīng)用于戰(zhàn)場運(yùn)輸、火力支援等作戰(zhàn)任務(wù)。在民事應(yīng)用方面，直升機(jī)也在伐木、建筑、滅火和災(zāi)難救援等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。在實(shí)行上述任務(wù)、作業(yè)的過程中，直升機(jī)需要在低空、低速狀態(tài)下反復(fù)執(zhí)行上升/下降操作，本文稱之為RLO（Repetitive Lift Operations）。

直升機(jī)在低空、低速狀態(tài)下存在一個(gè)“不推薦進(jìn)入”的區(qū)域，一般稱之為回避區(qū)。當(dāng)直升機(jī)在回避區(qū)內(nèi)出現(xiàn)動力失效特情時(shí)，無法充分的發(fā)揮自轉(zhuǎn)能力，以保障直升機(jī)安全著陸的。歷史上的使用經(jīng)驗(yàn)和理論、試驗(yàn)分析均表明，直升機(jī)在“回避區(qū)”內(nèi)執(zhí)行任務(wù)時(shí)伴隨有較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。從1969年7月1日至1971年12月31日，美國在訓(xùn)練及實(shí)際使用過程中出現(xiàn)的與回避區(qū)相關(guān)的特情有1195起，導(dǎo)致82人死亡，608人受傷，并造成了7483萬又7000美元的經(jīng)濟(jì)損失[1]。

直升機(jī)執(zhí)行RLO操作時(shí)需要較為頻繁和長時(shí)間的在回避區(qū)內(nèi)飛行，因而面臨較高的風(fēng)險(xiǎn)威脅—— 加拿大運(yùn)輸安全部的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，直升機(jī)在執(zhí)行RLO操作時(shí)，出現(xiàn)了大量的事故。

國內(nèi)直升機(jī)在軍、民事領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，相應(yīng)面臨的風(fēng)險(xiǎn)威脅也日益增大。但由于理論儲備及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的缺乏，我們對上述問題的認(rèn)識仍顯不足。本文對直升機(jī)RLO飛行的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，并給出了一些建議，期望對國內(nèi)直升機(jī)的設(shè)計(jì)、制造及使用能夠產(chǎn)生一定的草考價(jià)值。

1 風(fēng)險(xiǎn)定位

圖1為貝爾206B3型直升機(jī)的回避區(qū)。根據(jù)圖1可知，回避區(qū)是由速度和離地高度確定的一種區(qū)域。當(dāng)在回避區(qū)內(nèi)出現(xiàn)動力失效特情時(shí)，很有可能導(dǎo)致不安全、不成功的著陸，這種著陸方式常被稱為“硬著陸”，并常會導(dǎo)致直升機(jī)側(cè)翻。如果合理的進(jìn)行總距操縱，就可以將旋翼轉(zhuǎn)速控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。但在著陸的過程中如果沒有合理的使用旋翼中儲存的能量，那么在著陸的瞬間可能就沒有足夠的旋翼轉(zhuǎn)速以緩沖著陸沖擊[2]。另外，在自轉(zhuǎn)著陸過程中對直升機(jī)和機(jī)上人員安全的影響因素還包括：駕駛員反應(yīng)時(shí)間、總重、旋翼轉(zhuǎn)速的選擇與調(diào)整、功率設(shè)定、飛行剖面、是否佩戴飛行頭盔、傳動系統(tǒng)（突然）失效特性、坐墊/安全帶的合理使用與調(diào)整、著陸區(qū)域的選取、沖擊力和起落架及駕駛員座椅的吸能效力等。

按照適航規(guī)章CCAR27部第79條和CCAR29部第87條的規(guī)定[3][4]，需要制定直升機(jī)的回避區(qū)，并且要求在回避區(qū)外出現(xiàn)動力失效特情的情況下，飛行員不需使用“特殊的”駕駛技巧即可操縱直升機(jī)安全著陸。對于常規(guī)類直升機(jī)和軍用直升機(jī)而言，回避區(qū)并不是一種限制，而是一種指導(dǎo)性的參考。實(shí)際上，很多被批準(zhǔn)的民用直升機(jī)作業(yè)方式—— 比如伐木運(yùn)輸作業(yè)—— 需要進(jìn)行RLO飛行；軍用直升機(jī)在執(zhí)行近地面作戰(zhàn)、運(yùn)輸任務(wù)時(shí)也需要頻繁進(jìn)行RLO飛行，因而需要操縱直升進(jìn)行機(jī)持續(xù)、重復(fù)的在回避區(qū)內(nèi)飛行，一旦直升機(jī)出現(xiàn)動力失效，發(fā)生事故的概率很大。

加拿大運(yùn)輸部進(jìn)行的一項(xiàng)評估得出了如下結(jié)論：在加拿大，有相當(dāng)多的事故與RLO操作有關(guān)：從1987年至203年，相關(guān)事故共有114起，共導(dǎo)致65人傷亡，其中嚴(yán)重或致命傷亡36人，具體分布見圖2所示。

與RLO操作相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)可以分為以下三類。

（1）操作類風(fēng)險(xiǎn)—— 在“回避區(qū)”內(nèi)飛行和執(zhí)行低空、低速和大重量條件下的飛行任務(wù)時(shí)，對飛行員的駕駛技術(shù)要求較高，誤操作或不當(dāng)操作均有可能導(dǎo)致事故；

（2）技術(shù)類—— 因部件磨損、部件適航性差及使用維護(hù)不當(dāng)誘發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)因素；

（3）乘員安全類—— 硬著陸和墜毀對乘員安全的影響。（抗墜毀和人機(jī)工程等）。

2 風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 操作類風(fēng)險(xiǎn)

直升機(jī)需在低空、低速及大重量的條件下執(zhí)行飛行任務(wù)，其飛行剖面經(jīng)常會進(jìn)入回避區(qū)。當(dāng)出現(xiàn)動力失效特情時(shí)，飛行員往往缺乏充足的時(shí)間、空間以處置特情，且難以在安全的著陸地點(diǎn)降落。直升機(jī)在執(zhí)行RLO飛行時(shí)，飛行員的飛行技術(shù)起著重要的作用。

首先，如果操作不當(dāng)或誤操作，可能會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)停車，特別是，盡量避免在低旋翼轉(zhuǎn)速和低扭矩狀態(tài)下快速的改變發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)，否則可能使動力渦輪與主減脫開，從而使發(fā)動機(jī)停車。在執(zhí)行中、低速下降、下坡機(jī)動等機(jī)動動作時(shí)遭遇上述情況的可能性較大—— 此時(shí)直升機(jī)需用功率下降，傳動系統(tǒng)卸載，從而可能導(dǎo)致動力渦輪與主減脫開；另外，如果空勤人員對發(fā)動機(jī)、燃油系統(tǒng)的控制機(jī)構(gòu)掌握不熟練，則可能因誤操作導(dǎo)致發(fā)動機(jī)空中停車。

其次，當(dāng)出現(xiàn)動力失效特情后，如果駕駛員判斷或處置不當(dāng)，則可能會導(dǎo)致情況惡化。直升機(jī)在回避區(qū)內(nèi)執(zhí)行RLO操作時(shí)，即使出現(xiàn)動力失效特情，則無法保障直升機(jī)安全著陸。但如果飛行員及時(shí)、準(zhǔn)確地判斷、定位險(xiǎn)情，并進(jìn)行合理地操作，則可以將危害控制到最低限度；但是，如果飛行員無法及時(shí)、準(zhǔn)確的定位險(xiǎn)情，或者沒有進(jìn)行最為合理的操作，則會惡化險(xiǎn)情。

如上所述，飛行員在執(zhí)行RLO飛行時(shí)，如果駕駛技術(shù)不過關(guān)，可能誘發(fā)或加劇險(xiǎn)情。目前尚沒有權(quán)威性的RLO飛行駕駛技術(shù)公開發(fā)表，飛行員主要基于其自身的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行RLO飛行。在規(guī)避導(dǎo)致發(fā)動機(jī)停車的不當(dāng)操作方面，國際上的一些文獻(xiàn)資料中有部分介紹[5]；但是擋在回避區(qū)內(nèi)出現(xiàn)動力失效特情，如何采取合理的操作以將險(xiǎn)情控制到最低限度尚未見介紹。

需要強(qiáng)調(diào)的是，在執(zhí)行RLO飛行前，機(jī)組、地勤和指揮員應(yīng)當(dāng)對直升機(jī)狀態(tài)、任務(wù)區(qū)的空域、地形、氣象等條件充分了解并掌握；對飛行任務(wù)進(jìn)行細(xì)致的計(jì)劃。在執(zhí)行滅火、地震救援等緊急任務(wù)時(shí)，因?yàn)樾畔⑷狈?、任?wù)的可塑性大（從某種意義上說是計(jì)劃性差）、持續(xù)時(shí)間長和大的工作強(qiáng)度，相較于組織良好的例行任務(wù)而言，產(chǎn)生人為差錯(cuò)的可能性大大增加。這就是為什么我們覺得在滅火任務(wù)重發(fā)生的飛行事故是最多的。

2.2 技術(shù)類風(fēng)險(xiǎn)

實(shí)踐證明，在進(jìn)行RLO飛行時(shí)，直升機(jī)部件的磨損狀況較一般的飛行狀態(tài)嚴(yán)重的多。在對直升機(jī)進(jìn)行維護(hù)時(shí)，一般間隔一定的履歷（運(yùn)行）時(shí)間或飛行時(shí)間對直升機(jī)及其上部件進(jìn)行檢修或大修。但對于經(jīng)常執(zhí)行RLO飛行任務(wù)的直升機(jī)（伐木運(yùn)輸直升機(jī)、救火直升機(jī)等），地勤人員經(jīng)?？s短其檢修和大修間隔時(shí)間，以嘗試保證其部件沒有過度磨損。上述方法，在機(jī)械原理上看來是合理的，但因?yàn)槠湓龃罅藶楹螐?qiáng)度，因而也增加了運(yùn)行成本；另外，較頻繁的維護(hù)工作增大了產(chǎn)生維護(hù)差錯(cuò)的可能性，從而產(chǎn)生安全隱患。

所以，經(jīng)常執(zhí)行RLO飛行的直升機(jī)，因?yàn)椴考p或維護(hù)不當(dāng)而導(dǎo)致動力失效的可能性也較大。

2.3 乘員安全風(fēng)險(xiǎn)

機(jī)上乘員的安全是飛行安全的核心關(guān)注點(diǎn)。如前文所述，加拿大運(yùn)輸部提供的數(shù)據(jù)顯示：從1987年1月1日至2003年2月17日，與RLO操作相關(guān)事故共有114起，共導(dǎo)致65人傷亡，其中死亡18人，重傷18人，輕傷23人。

上述傷亡數(shù)字說明，在直升機(jī)成員安全性方面我們?nèi)匀挥懈倪M(jìn)的空間。首先是直升機(jī)起落架吸能作用、機(jī)體的抗墜毀能力不足，成員座椅吸能裝置吸能作用不足或未配備吸能設(shè)備。成員艙也必須保證一定的輕度以承受沖擊載荷；而且，如果出現(xiàn)特情后著陸失敗，直升機(jī)在各種地形條件下都可能出現(xiàn)側(cè)翻或滾轉(zhuǎn)，所以乘員艙必須能夠承受直升機(jī)側(cè)翻或滾轉(zhuǎn)產(chǎn)生的載荷而不出現(xiàn)嚴(yán)重變形。其次，人機(jī)工程設(shè)計(jì)不合理：在執(zhí)行RLO飛行任務(wù)時(shí)，飛行員經(jīng)常需要向側(cè)下方低頭，以觀察下方吊掛物及地面環(huán)境的情況，但此時(shí)安全帶往往對飛行員產(chǎn)生干擾；因?yàn)镽LO是近地面飛行，飛行員需要良好的視野以觀察周圍（地形）環(huán)境，特別是當(dāng)出現(xiàn)動力失效后，飛行員需要良好的視野以觀察周圍地形環(huán)境以選取適當(dāng)?shù)膽?yīng)急著陸點(diǎn)。但不合理的座艙設(shè)計(jì)及機(jī)上設(shè)備可能限制飛行員視野或產(chǎn)生干擾。

在一些本不太致命的事故中，因?yàn)槌蓡T沒有按照要求佩戴頭盔和使用安全帶，反而造成了較多的傷亡。所以，機(jī)上乘員必須按要求正確使用頭盔和安全帶等安全設(shè)備。

2.4 風(fēng)險(xiǎn)等級評估

一般情況下，飛行風(fēng)險(xiǎn)可劃分為低、中、高和極高四個(gè)等級。劃分風(fēng)險(xiǎn)等級時(shí)，考慮如下兩種因素：風(fēng)險(xiǎn)危害程度和風(fēng)險(xiǎn)可能性。

（1）風(fēng)險(xiǎn)危害程度。

RLO風(fēng)險(xiǎn)的危害程度是災(zāi)難性的，前文所述的三種類型的風(fēng)險(xiǎn)均有可能導(dǎo)致直升機(jī)墜毀并造成嚴(yán)重的人員傷亡—— 在加拿大，15年內(nèi)相關(guān)的事故已經(jīng)導(dǎo)致18人死亡，18人重傷。

（2）風(fēng)險(xiǎn)可能性。

在進(jìn)行RLO飛行時(shí)，出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的可能性是比較高的，在直升機(jī)的整個(gè)服役期內(nèi)，可能會出現(xiàn)數(shù)次相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)或事故—— 加拿大15年內(nèi)發(fā)生了114次相關(guān)事故。對于經(jīng)常執(zhí)行RLO飛行的直升機(jī)，如吊運(yùn)直升機(jī)或消防直升機(jī)，遭遇事故或風(fēng)險(xiǎn)的概率就更高了。

綜合考慮上述兩種因素，直升機(jī)在進(jìn)行RLO飛行時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)為極高。

3 結(jié)論

直升機(jī)在進(jìn)行RLO飛行時(shí)，可能因?yàn)轱w行員誤操作或不當(dāng)操作、部件磨損以及維護(hù)不當(dāng)?shù)纫蛩貙?dǎo)致動力失效（發(fā)動機(jī)停車）；而且直升機(jī)RLO飛行大部分在回避區(qū)內(nèi)進(jìn)行操作，出現(xiàn)動力失效后，無法保障直升機(jī)安全著陸，所以直升機(jī)在進(jìn)行RLO飛行時(shí)，面臨極高的安全風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)前的直升機(jī)在進(jìn)行RLO飛行時(shí)，其安全性尚有進(jìn)一步提升的空間與需求。基于前文的分析，本文給出下述改進(jìn)建議。

（1）應(yīng)當(dāng)提升直升機(jī)和機(jī)上成員安全設(shè)備的抗墜毀性能—— 提升起落架的吸能能力，加裝配備吸能裝置的成員座椅氣囊或氣墊，對直升機(jī)乘員艙的強(qiáng)度予以加強(qiáng)，使其可以承受直升機(jī)側(cè)翻或滾轉(zhuǎn)帶來的載荷；必須消除墜毀后直升機(jī)起火的可能性；

（2）改進(jìn)直升機(jī)人機(jī)工程設(shè)計(jì)—— 安全帶、頭盔、操縱機(jī)構(gòu)和座椅的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)符合人體工程學(xué)的要求，飛行員視野應(yīng)開闊，無遮擋。

（3）加強(qiáng)飛行員的培訓(xùn)與訓(xùn)練，避免誤操作或不當(dāng)操作并使其掌握動力失效后應(yīng)急著陸的處置方法及駕駛技術(shù)；機(jī)上成員必須按照要求正確使用飛行頭盔、安全帶等安保設(shè)備；盡可能詳盡的掌握飛行相關(guān)信息并保持有效、暢通的空/地通訊。

（4）針對RLO飛行的特點(diǎn)，改進(jìn)直升機(jī)維護(hù)方法，以準(zhǔn)確的確定部件的磨損程度，并及時(shí)對過度磨損的部件進(jìn)行維護(hù)或更換，并盡可能的避免維護(hù)維護(hù)差錯(cuò)。

國外在遭遇諸多的RLO事故后，逐漸對RLO飛行風(fēng)險(xiǎn)有了較為清晰的認(rèn)識，并在逐步的掌握其控制方法。目前國內(nèi)直升機(jī)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、鑒定及使用單位/部門對直升機(jī)RLO風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識尚顯不足，這明顯落后與國內(nèi)直升機(jī)的使用需求。期望本文的介紹及分析能夠?qū)鴥?nèi)直升機(jī)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及鑒定產(chǎn)生一定的參考價(jià)值，對國內(nèi)直升機(jī)整體實(shí)力的提升產(chǎn)生一定的幫助。

參考文獻(xiàn)

[1] Philip.F.Sheridan，Carl Robinson，Dr.John Shaw et al：Flight test analysis of a single，single engine helicopter.NASA Contractor Report 166385，1982.

[2] Johnson.W：Helicopter theory.Princeton University Press，Princeton，NJ，1980.

[3] 中國民用航空規(guī)章第27部.正常類旋翼航空器適航規(guī)定[S].中國民用航空總局，2002.

[4] 中國民用航空規(guī)章第29部.運(yùn)輸類旋翼航空器適航規(guī)定[S].中國民用航空總局，2002.

[5] Yiyuan Zhao，Ali A.Jhemi：Optimal VTOL Operation of a Multiengine Helicopter in the Event of One Engine Failure.AIAA Contractor Report AIAA-95-3178-CI.