直升機速度靜穩(wěn)定性試飛方法及試飛技術研究

摘 要：直升機速度靜穩(wěn)定性是直升機的重要飛行特性。工程師和駕駛員都希望直升機具有合理的靜穩(wěn)定性，無論是應用于軍用領域還是民用領域，直升機也都應該具有合理的穩(wěn)定性。因此，驗證直升機速度靜穩(wěn)定性是否符合相關條款是直升機試飛的必要內容。文章通過理論和實際飛行試驗數據分析，給出了當前技術條件下最合理的直升機速度靜穩(wěn)定性試飛方法，并給出了實際飛行試驗過程中的操作建議。

關鍵詞：直升機；飛行試驗；研究

引言

直升機速度靜穩(wěn)定性是直升機的重要飛行特性。對于工程師來說，直升機速度靜穩(wěn)定性是指直升機偶然受擾后，飛行速度（相對風速）發(fā)生變化初始時刻是否具有自動恢復原來平衡狀態(tài)的能力。如果速度變化后出現新的附加力矩，使之自動趨于恢復原來的速度，那么直升機按速度是靜穩(wěn)定的；反之則是按速度靜不穩(wěn)定的。而對于直升機駕駛員來說，速度靜穩(wěn)定性則意味著操縱直升機保持在另一個速度飛行時所需的駕駛桿位移變化。但不管怎樣，兩者的主觀需求是一致的，那就是直升機具有速度靜穩(wěn)定性，理由很簡單，工程師希望自己設計的直升機在受擾后是易恢復的，駕駛員希望自己操縱的直升機在受擾后是易操控的。而一架直升機的速度靜穩(wěn)定性是否滿足具體需求，則需要試飛工程師和試飛員合作，通過真實的飛行試驗及試驗數據分析處理來給出結論。采用怎樣的試飛技術和方法能夠給出更精確的試驗結論？這是直升機試飛工程師和試飛員一直致力研究的問題。

1 國軍標和適航規(guī)章相關條款

直升機由于可以做低空（離地面數米）、低速（從懸停開始）和機頭方向不變的機動飛行，特別是可以空中懸停，小面積場地垂直起降，不需要機場和跑道等突出特點在國防和國民經濟各領域都得以廣泛應用，具有廣闊的用途及發(fā)展前景。但無論是應用于軍用領域還是民用領域，都要求直升機具有合理的穩(wěn)定性。因此，《軍用直升機品質規(guī)范》GJB902-90和《民用直升機適航規(guī)章》針對縱向靜穩(wěn)定性都有相關考核條款。

《軍用直升機品質規(guī)范》GJB902-90對直升機縱向（速度）靜穩(wěn)定性如下要求：

直升機定常前飛時，在配平速度附近18.5km/h速度擾動情況下，其縱向靜穩(wěn)定性應滿足：

等級1：縱向操縱位移和操縱力對速度的變化應是平滑的，基本線形的，其局部剃度應是穩(wěn)定的（WyV>0，PyV>0）。

等級2：儀表飛行時，等級2同等級1，對于目視飛行，縱向操縱位移和操縱力對速度的梯度允許有輕微的不穩(wěn)定，不穩(wěn)定的大小同等級3。

等級3：在不穩(wěn)定方向縱向操縱位移的變化不應超過4.4N。

《民用直升機適航規(guī)章》（CCAR-29部）（第29.173條）對直升機縱向靜穩(wěn)定性則有這樣的規(guī)定：（1）縱向操縱必須這樣設計：為獲得小于配平時的速度，操縱桿必須向后運動。而為了獲得大于配平時的速度，操縱桿必須向前運動。（2）在第29.175條（a）到（c）中規(guī)定的機動飛行期間，并且油門和總距保持不變的情況下，在申請合格審定要求的整個高度范圍內，操縱桿位置與速度的關系曲線斜率必須是正的。（3）在第29.175 條（d）中規(guī)定的機動飛行期間，縱向操縱桿的位置和速度的關系曲線在規(guī)定的速度范圍內可以有負的斜率，只要這種負斜率對應的操縱桿負向運動不超過總操縱行程的10%。

因此，無論是軍用直升機還是民用直升機，對其速度靜穩(wěn)定性進行考核，驗證其是否符合相關條款都是必要的試飛內容。

2 試飛方法分析對比

自開展直升機飛行試驗以來，一代又一代的試飛工程師們通過深入剖析速度靜穩(wěn)定性原理和直升機飛行品質規(guī)范和研究國外先進試飛方法，總結設計出表現靜穩(wěn)定性法、定總距穩(wěn)定爬升下降法、變總距穩(wěn)定爬升下降法、定總距推/拉桿加減速法等多種速度靜穩(wěn)定性試飛方法。經過多年多型號實際試飛驗證，留存現在并最廣泛使用的是最后一種，即定總距推/拉桿加減速法。其具體實施方法是：到達規(guī)定的飛行高度后，調節(jié)各操縱使直升機以規(guī)定的速度和狀態(tài)穩(wěn)定配平直線飛行（縱向周期變距桿位移增量叢配平狀態(tài)氣隨空速的變化比較容易測定），保持20s后，在總距保持不變（消除總距或總距操縱功效改變的影響）情況下，緩慢推拉桿，使速度增加/減小20km/h（相對配平速度偏移較小，保證爬升率或下降率較小以盡可能減小垂向速度變化引起的俯仰力矩的影響），穩(wěn)定在新速度下飛行20s，然后使直升機回復正常飛行。

值得關注的是，直升機試飛員在采用此方法進行實際飛行試驗時又出現了兩種操縱方式，一種是非常緩慢的推/拉桿直至速度緩慢增大/減小20km/h，另一種則是較緩慢的推/拉桿至一定位置，等待直升機速度變化20km/h，第二種操縱方式的出現應該是源于試飛員對直升機操縱響應滯后的了解。

上述兩種操縱方式的出現帶給我們一種思考，那就是試飛工程師在進行試飛方法設計時應該充分考慮動作的可執(zhí)行性及執(zhí)行過程中可能出現的不同操縱方式和習慣。那么，采用這兩種操縱方式進行飛行試驗會對試驗結果產生怎樣的影響？為弄清這一問題，我們利用真實試驗數據做了大量的對比分析。下面僅例舉圖1、圖2進行說明。

圖1為某型直升機在氣壓高度1000m以表速Vi=160km/h穩(wěn)定配平后“非常緩慢”拉桿減速的時間歷程圖，由圖可見，試飛員拉桿用時25s，且拉桿動作非常和緩，在此過程中表速緩慢增加，全過程中高度變化僅6m左右；圖2為同型直升機在同樣的氣壓高度1000m以同樣的表速Vi=160km/h穩(wěn)定配平后“緩慢”拉桿減速的時間歷程圖，由圖可見，試飛員推用時15s后等待速度減小至預期值在，這一預期值也在9s后達到，但此過程中高度變化為30～40m。

由此可見，兩種試飛操縱方式均可實現推/拉桿增/減速的目的，但“非常和緩”的操縱更利于加減速過程中的高度保持，加減速前后直升機所處外部環(huán)境變化更微小，由此得到的試驗結果也更精準一些。此外，“非常緩慢”的操縱方式對試飛員與試驗機的“默契度”無太大要求，而“緩慢”的操縱方式則要求試飛員要么具有比較豐富的直升機速度靜穩(wěn)定性試飛經驗，要么對試驗機的響應有一定的了解，否則，很容易操縱不足或操縱過限。相比“非常緩慢”的操縱來說，“緩慢”操縱也更易導致前飛速度增大的同時直升機下降率較大，使高度不易保持。

3 結論與建議

通過以上研究和對比分析，可以得出以下結論：

進行速度靜穩(wěn)定性試飛時，采用定總距“非常緩慢”推拉桿增減速的試飛方法更為合理。因為無論是對于經驗豐富或對試驗機特性比較熟悉的試飛員，還是對于經驗尚淺或對試驗機特性不很熟悉的試飛員來說，采用“非常緩慢”的操縱方式，都更易保證加減速過程中俯仰姿態(tài)變化既緩且慢，也能更大程度上消除俯仰耦合和減小加減速過程中的高度變化，獲得滿意的數據曲線，進而獲得更精確的試飛結果。

此外，速度靜穩(wěn)定性試飛科目執(zhí)行時可分為兩個動作段，一是穩(wěn)定配平飛行段；一是推/拉桿加減速段。整個動作能否成功，是否有效跟這兩個動作段的動作質量都有關系。在具體執(zhí)行時，建議同一速度點先加速再減速，然后再調整到下一速度點配平，以盡可能消除高度變化，減小調整時間。此外，通過實際飛行試驗還摸索出以下幾點：（1）初始配平非常關鍵：配平時可先調整直升機到達目標高度，然后進行目標速度的調整：用總距控制加/減速的趨勢，越速度接近目標速度時，總距變化越小，防止修正過大，造成反復修正的現象。同時觀察升降速度表的趨勢，及時穩(wěn)/帶桿進行修正，防止目標高度的變化；（2）加減速時僅利用縱向操縱進行小的空速變化，要保持總距固定在配平速度平飛的總距上，滾轉和偏航飄移要最小，不要修正俯仰姿態(tài)，推拉桿過程要緩慢，幅值均勻，不出現反向調整，且動作過程中應注意保持高度；（3）增速或減速過程中，需要對總距、駕駛桿、腳蹬的運動趨勢有預見性，并協調好桿量和速率，以獲得較均勻的速度變化；并在飛行過程中適當調整腳蹬操縱以限制偏航。（4）小速度飛行時，直升機穩(wěn)定性較差，應及時進行修正，防止直升機進入復雜狀態(tài)，確保飛行安全。（5）直升機縱、橫向周期變距共用一桿，縱向推/拉桿時會有不經意的橫桿操縱，應盡量避免；（6）推/拉桿加/減速變化量稍大或稍小并不影響試驗結果分析，試飛員不必下意識的去推桿或拉桿來修正。

參考文獻

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