航空物探測量中直升機(jī)起降點設(shè)置及應(yīng)用

李 健， 郭 亮， 金久強(qiáng)， 徐 明， 王志博， 李 冰， 鄧茂盛

(中國國土資源航空物探遙感中心，北京 100083)

航空物探測量中直升機(jī)起降點設(shè)置及應(yīng)用

李 健， 郭 亮， 金久強(qiáng)， 徐 明， 王志博， 李 冰， 鄧茂盛

(中國國土資源航空物探遙感中心，北京 100083)

在航空物探測量飛行中，直升機(jī)以其機(jī)動靈活、出色的超低空性能以及能夠沿強(qiáng)起伏地形飛行等特點，獲得了業(yè)界認(rèn)可的測量效果。但是直升機(jī)續(xù)航能力不足的弱點也成為野外飛行作業(yè)的首要問題，在測區(qū)內(nèi)設(shè)置臨時起降點這一方法可以很好地解決直升機(jī)續(xù)航能力不足的難題。筆者在總結(jié)直升機(jī)臨時起降點設(shè)置原則基礎(chǔ)上，利用實例說明直升機(jī)臨時起降點設(shè)置方法及直升機(jī)飛行測量效率。該方法提高了野外飛行作業(yè)的效率，擴(kuò)大了飛機(jī)的測量活動范圍，降低了飛行作業(yè)的成本。

航空地球物理； 臨時起降點； 直升機(jī)

0 引言

航空地球物理勘探簡稱航空物探，是指將航空飛行器作為載體，通過裝載地球物理探測儀器在空中完成地球物理探測的方法[1]。從 20 世紀(jì)80、90年代起，以直升機(jī)為平臺的航空物探在國內(nèi)悄然興起，特別是近幾年在開展重要成礦區(qū)帶的大、中型比例尺調(diào)查中應(yīng)用廣泛[2]。直升機(jī)以其機(jī)動靈活、出色的超低空性能以及能夠沿強(qiáng)起伏地形飛行等特點[3]，獲得了業(yè)界認(rèn)可的測量效果。但是直升機(jī)續(xù)航能力的問題作為航空物探的首要難題，一直困擾著野外飛行作業(yè)。因此，如何提高飛行效率已成為一個測區(qū)能否優(yōu)質(zhì)高效完成任務(wù)的首要問題。

1 臨時起降點設(shè)置原則

相對于固定翼飛機(jī)，直升機(jī)起降無需設(shè)施齊全的民用或軍用機(jī)場，有一塊寬闊平坦的空地即可實現(xiàn)。直升機(jī)臨時起降點根據(jù)功能特點可細(xì)化為直升機(jī)野外臨時加油點和臨時作業(yè)基地。

1.1 臨時加油點設(shè)置原則

由于直升機(jī)不需要滑跑，有一塊寬闊平坦的場地即可實現(xiàn)起降。針對這一特點，將臨時加油點設(shè)置在測區(qū)適當(dāng)位置會極大提高野外飛行作業(yè)的效率。臨時加油點的建立應(yīng)滿足下列條件： ①明確的經(jīng)緯度坐標(biāo)，可以給飛行員提供具體位置； ②明顯的地面標(biāo)志，便于飛行員在空中發(fā)現(xiàn)目標(biāo)； ③精準(zhǔn)的風(fēng)向標(biāo)，便于飛行員正確判斷起降風(fēng)向； ④合適的凈空條件和飛行通道； ⑤足夠的稱重強(qiáng)度； ⑥配備加油車，可以給直升機(jī)提供加油服務(wù)。

1.2 臨時作業(yè)基地設(shè)置原則

臨時作業(yè)基地在滿足臨時加油點設(shè)置條件的同時，還需要有相對齊全的配套設(shè)施，便于進(jìn)行飛機(jī)維護(hù)、航材存放以及機(jī)組人員的休整，因此在測區(qū)內(nèi)選擇一個合適的臨時作業(yè)基地是保障野外飛行作業(yè)順利通暢的前提。選擇臨時作業(yè)基地應(yīng)遵循以下幾點原則：

(1)寬闊平坦的場地供直升機(jī)起降，可以存放、維護(hù)和保養(yǎng)相關(guān)的飛機(jī)航材，并且保證物探測量儀器設(shè)備能夠正常運行所需電力。

(2)交通便利，能夠滿足相關(guān)的日常生活需求。

(3)應(yīng)設(shè)置在測區(qū)內(nèi)，若不具備條件，應(yīng)盡可能靠近測區(qū)，因為臨時作業(yè)基地越接近測區(qū)，飛行作業(yè)的航程就越短，進(jìn)而可以大幅提高飛行效率； 另外，在局地氣候變化較大的地區(qū)(例如中高山地區(qū))，臨時作業(yè)基地越接近測區(qū)，越能更好地把握當(dāng)?shù)靥鞖鈩討B(tài)，從而最大可能地避免因為天氣原因而導(dǎo)致返航等情況的發(fā)生。

直升機(jī)野外臨時起降點設(shè)置的條件是根據(jù)飛機(jī)的航程，選擇交通便利的平坦開闊地帶。臨時起降點設(shè)置太遠(yuǎn)或者太近，都達(dá)不到提高作業(yè)效率的目的，只有認(rèn)真計算過油量及飛行距離，才可以制定出最合理的臨時起降點。

2 野外飛行作業(yè)實例

以2016年甘肅省敦煌—阿克塞航磁測量測區(qū)為例，測區(qū)東西走向測線長120 km，南北走向測線最長達(dá)189 km。測區(qū)北部地勢相對平坦，屬于平原與丘陵結(jié)合處； 南部屬中高山地區(qū)，其特點是北麓地形切割大，南麓地勢較高且相對平緩。

在飛行作業(yè)前期，擬定敦煌機(jī)場為作業(yè)基地。但敦煌機(jī)場位于測區(qū)東北角70 km處，距測區(qū)最西端測線長達(dá)190 km，相對于直升機(jī)的官方巡航里程，飛行作業(yè)時航程太長，嚴(yán)重影響飛行效率。經(jīng)過反復(fù)對比后，最終選擇測區(qū)中部偏東位置的阿克塞哈薩克族自治縣(以下簡稱阿克塞縣)為臨時作業(yè)基地。阿克塞縣距離測區(qū)最西端測線100 km，參考AS350B3直升機(jī)的最大航程為740 km[4]，若不設(shè)置臨時加油點，每架次往返航程為200 km，再去除空中飛行90 min后的剩余油量，實際飛行作業(yè)距離不到300 km。以AS350B3直升機(jī)的官方最佳經(jīng)濟(jì)巡航里程為標(biāo)準(zhǔn)，作業(yè)效率勉強(qiáng)超過50%，顯然未能達(dá)到理想的飛行效率，故將測區(qū)西北部的多壩溝鄉(xiāng)設(shè)立為野外臨時加油點。

2.1 測區(qū)內(nèi)臨時起降點設(shè)置依據(jù)

阿克塞縣位于測區(qū)中部偏東，緊鄰位于測區(qū)南部山區(qū)北麓； 多壩溝鄉(xiāng)則位于測區(qū)西北角，地形比較平坦開闊。經(jīng)過實地考察，決定將阿克塞縣作為本測區(qū)臨時作業(yè)基地的依據(jù)如下：

(1)阿克塞縣生活配套設(shè)施齊全，并且在縣城西北角有適合通航的直升機(jī)起降場地，在以往通航飛行中，該場地也曾被多次使用。

(2)阿克塞縣緊鄰測區(qū)南部山區(qū)北麓，易于掌握山區(qū)局部天氣變化情況。在飛行中，一旦天氣發(fā)生變化，機(jī)組可以根據(jù)天氣變化的實際情況調(diào)整飛行計劃，必要時可及時返航。

(3)阿克塞縣位于測區(qū)中部，可以根據(jù)具體飛行進(jìn)度設(shè)計多種飛行計劃。

直升機(jī)野外臨時加油點設(shè)置在距阿克塞縣城西北方向87 km處的多壩溝鄉(xiāng)。多壩溝鄉(xiāng)隸屬于阿克塞縣，是阿克塞縣農(nóng)產(chǎn)品種植基地，地勢平坦開闊，具備直升機(jī)野外臨時起降的條件，并且可以提供保障性的物資補(bǔ)給。另外，多壩溝鄉(xiāng)與阿克塞縣通過215國道和314省道相連，交通十分便利，是理想的野外臨時加油點。

2.2 直升機(jī)高效測量方案

根據(jù)地形設(shè)計以測區(qū)中間的一條切割線(距離阿克塞縣北部最近的切割線)為界限，將測區(qū)分為南、北2個區(qū)域。南部區(qū)域為中高山地區(qū)，夏季由于水汽蒸發(fā)大，一般午后容易生成低云覆蓋山頭，影響飛行作業(yè)，因此在天氣條件允許的情況下優(yōu)先飛行南部山區(qū)； 北部區(qū)域為平原與丘陵結(jié)合地區(qū)，地勢比較平坦，并且受天氣影響相對較小，一般條件下都可以進(jìn)行飛行作業(yè)。

2.2.1 直升機(jī)在飛行作業(yè)中轉(zhuǎn)彎時間計算

飛機(jī)在飛行作業(yè)時轉(zhuǎn)彎所用的時間直接影響野外飛行作業(yè)的效率，轉(zhuǎn)彎所占的時間越多，測線飛行時間越短，飛行效率越低。固定翼飛機(jī)由于自身的設(shè)計原因，為了提升飛行效率通常采用間隔測線套飛的方法，因此轉(zhuǎn)彎時間較長，而直升機(jī)則不存在類似問題。飛機(jī)轉(zhuǎn)彎半徑的計算公式為

(1)

式中：R為飛機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑，m；vTAS為飛機(jī)的真空速度，m/s；β為轉(zhuǎn)彎時的坡度角，(°)；g為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，一般?.8 m/s2。

假設(shè)飛機(jī)轉(zhuǎn)彎條件為標(biāo)準(zhǔn)氣壓、靜風(fēng)及真空速度(靜風(fēng)條件下真空速度與地速相同)，以測區(qū)中實際飛行為例，將平均地速185 km/h(即51.4 m/s)及坡度角15°、25°和30°分別代入式(1)，計算出直升機(jī)轉(zhuǎn)彎半徑。坡度角15°、25°和30°對應(yīng)的轉(zhuǎn)彎半徑分別為1 006 m、579 m和467 m。

另外需要特別說明的是，本測區(qū)使用的是Cs-3型磁力儀，該磁力儀信號區(qū)域在北半球為10°～85°，與地磁傾角和地磁夾角存在盲區(qū)[5]，為了避免磁力儀失蹤，要求飛行的轉(zhuǎn)彎坡度角應(yīng)小于20°。根據(jù)以上計算結(jié)果，在1∶5萬比例尺(線距500 m)的測量飛行中，AS350B3直升機(jī)可以在退出測線后以15°坡度角和1 006 m轉(zhuǎn)彎半徑的標(biāo)準(zhǔn)直接進(jìn)入相鄰測線，從而極大地提高了飛行效率。

2.2.2 測區(qū)東部測線規(guī)劃

按測線將測區(qū)劃分為東、西2部分，分界標(biāo)準(zhǔn)為最東端測線由東向西約60 km距離(測區(qū)東西走向120 km)。飛行東部測線時，本著優(yōu)先飛行南部中高山地區(qū)的原則，以阿克塞縣為中心進(jìn)行作業(yè)。由于阿克塞縣位于測區(qū)中部偏東，因此無論飛行南部或者北部測線，航程因素均可忽略不計(最遠(yuǎn)航程約40 km)。但是由于南部山區(qū)北麓地形切割劇烈，在夏季飛行時直升機(jī)爬升性能會受到地效因素的影響，所以在飛南部山區(qū)時，應(yīng)向南飛行從地形較好的位置進(jìn)入測線； 到山區(qū)南麓時，由于海拔整體較高，可以由南向北方向飛行地形切割劇烈的地區(qū)，這樣既可以保障飛行作業(yè)的安全，又可以保障測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

2.2.3 測區(qū)西部測線規(guī)劃

該區(qū)域飛行作業(yè)仍然本著南部山區(qū)優(yōu)先的原則。本測區(qū)中間位置測線距離阿克塞縣和多壩溝鄉(xiāng)基本相等。飛機(jī)在阿克塞縣起飛后，油車從阿克塞縣出發(fā)前往多壩溝鄉(xiāng)。在正常情況下，飛行一個架次的時間約為200 min，油車按照平均80 km/h的速度，可以在90 min內(nèi)到達(dá)野外臨時加油點多壩溝鄉(xiāng)。若遇到特殊情況，可以通過短波或者移動信號及時與機(jī)組取得聯(lián)系。

飛機(jī)到達(dá)作業(yè)區(qū)后，根據(jù)天氣情況優(yōu)先執(zhí)行作業(yè)方案①,如圖1所示； 若天氣條件不允許則先執(zhí)行作業(yè)方案②。完成第一架次作業(yè)飛行后，在多壩溝鄉(xiāng)落地加油，準(zhǔn)備第二架次飛行。

圖1 敦煌—阿克塞測區(qū)西部中端測線飛行示意圖

第二架次作業(yè)主飛最西端測線，如圖2所示。依舊優(yōu)先執(zhí)行方案①； 若天氣條件不允許則先執(zhí)行作業(yè)方案②。完成第二架次飛行作業(yè)后，返回多壩溝鄉(xiāng)落地加油，準(zhǔn)備第三架次飛行。

圖2 敦煌—阿克塞測區(qū)西部西端測線飛行示意圖

油車在結(jié)束加油后，便可以返回阿克塞縣。若返回途中無異常情況，可在飛機(jī)落地前到達(dá)阿克塞縣； 若遇突發(fā)事件發(fā)生，可通過短波及移動信號與機(jī)組或相關(guān)保障人員取得聯(lián)系。

第三架次起飛后，根據(jù)天氣情況優(yōu)先執(zhí)行西端測線飛行，由于返航航程相對較遠(yuǎn)(距離阿克塞縣約90 km)，機(jī)組應(yīng)密切注意油量，對油量進(jìn)行合理分配使用。

2.3 測區(qū)飛行時間、距離及效率估計

在測區(qū)西部測線規(guī)劃中，往返測區(qū)航程約為150 km，分別為第一架次進(jìn)入測區(qū)航程60 km及第三架次返回阿克塞縣航程90 km。在往返航途中飛機(jī)以經(jīng)濟(jì)速度飛行，地速約為210 km/h，因此飛機(jī)進(jìn)入測區(qū)航程所需時間約為17 min，返回阿克塞縣航程所需時間約為26 min。

以3個架次計算，每架次飛行時間為200 min，第一架次與第三架次去除航程所占時間后約為180 min，根據(jù)AS350B3飛行手冊中的飛行參數(shù)，在飛機(jī)重量為1 800 kg時，飛行時間可以達(dá)到297 min，因此第二架次作業(yè)理論上可以達(dá)到約240 min。綜上所述，3架次整合飛行時間約為600 min。按照飛行中地速為190 km/h計算，去除進(jìn)出測線及轉(zhuǎn)彎距離，1 d的有效飛行測量距離可以控制在1 750 km左右。

實際的測量飛行也驗證了該作業(yè)設(shè)計的可行性。本測區(qū)飛行作業(yè)每架次平均飛行200 min，每架次測量距離約570 km，飛行效率可達(dá)173 km/h。

3 野外臨時起降點應(yīng)用前景

我國現(xiàn)階段使用直升機(jī)進(jìn)行大比例尺航磁測量工作方興未艾，2015—2017年間有多個測區(qū)執(zhí)行任務(wù)，其中部分測區(qū)通過設(shè)置臨時起降點順利完成任務(wù)，并大大提高了測量效率。例如： 2016年松遼盆地西坡航空重磁綜合測量區(qū)，使用臨時起降點后每天最少節(jié)省航路320 km； 2015—2017年間云南騰沖—云縣地區(qū)1∶5萬航磁測量區(qū)，由于山區(qū)氣候多變，在未使用臨時起降點前，因為天氣原因多次返航，設(shè)置后不僅能夠在作業(yè)時為飛機(jī)加油補(bǔ)給，還可在第一時間提供準(zhǔn)確的天氣信息，為測量工作的順利完成提供了保障。

由此可見，設(shè)置臨時起降點在保障飛行安全的前提下，極大地提高了直升機(jī)的野外作業(yè)效率，使有限的作業(yè)時間得到了充分的利用。在現(xiàn)階段通用航空公司以時間換效益的經(jīng)營模式下，使現(xiàn)有資源可以進(jìn)行充分運轉(zhuǎn)及利用。

4 結(jié)論

在測區(qū)內(nèi)設(shè)置直升機(jī)野外臨時加油點和臨時作業(yè)基地有效地提高了直升機(jī)野外飛行作業(yè)的效率。該方法極大地節(jié)約了飛行成本，合理地控制了往返于測區(qū)間的航程時間，將有限的飛行時間應(yīng)用于測量飛行，最大程度上減少了浪費在航程上的飛行時間。該方法不僅解決了航空物探測量飛行時直升機(jī)續(xù)航能力不足的問題，而且還極大地提高了直升機(jī)的飛行效率。

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[3] 熊盛青,于長春,眭素文,等.中高山區(qū)高精度航磁測量方法[M].北京:地質(zhì)出版社,2009.

[4] 魏鋼,陳應(yīng)明,張維.中國飛機(jī)全書[M].北京:航空工業(yè)出版社,2014.

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Setupandapplicationofthehelicoptertakingoffandlandingpointinairbornegeophysicalsurvey

LI Jian， GUO Liang， JIN Jiuqiang， XU Ming， WAND Zhibo， LI Bing， DENG Maosheng

(ChinaAeroGeophysicalSurveyandRemoteSensingCenterforLandandResources,Beijing100083,China)

In the airborne geophysical survey，the survey results acquired by the helicopter are recognized in geological industry because of the advantages of mobility, hedgehopping and contour flying. But the poor endurance of the helicopter is the primary problem during the airborne geophysical survey. Establishing a temporary taking off and landing point for the helicopter is the best way to solve this problem. After Summarizing the setup principles of the temporary taking off and landing point of the helicopter, the authors explained the methods of setting up the temporary taking off and landing point and the survey efficiency of the helicopter through a concrete example. The method has highly promoted the flying efficiency, expanded the survey range and reduced the survey cost.

airborne geophysics; a temporary taking off and landing point; helicopter

10.19388/j.zgdzdc.2017.05.12

李健,郭亮,金久強(qiáng),等. 航空物探測量中直升機(jī)起降點設(shè)置及應(yīng)用[J].中國地質(zhì)調(diào)查,2017,4(5): 82-85.

P631

A

2095-8706(2017)05-0082-04

2017-01-20；

2017-04-05。

李健(1977—)，男，工程師，主要從事航空物探野外數(shù)據(jù)采集及處理工作。Email： 5213195@qq.com。

(責(zé)任編輯劉丹，劉永權(quán))