直升機(jī)高原滑跑起飛性能試飛技術(shù)研究

宋招枘 高衛(wèi)東 趙敬超

摘 要：文章研究了高原條件直升機(jī)滑跑起飛的試飛技術(shù)，提出了估算不同海拔高度機(jī)場(chǎng)最大滑跑起飛重量的方法，并給出了一種高原滑跑起飛飛行試驗(yàn)流程，以提高試飛效率并降低試飛風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)實(shí)際試飛驗(yàn)證表明該方法有效實(shí)用，具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：直升機(jī)；飛行試驗(yàn)；滑跑起飛；高原

中圖分類號(hào)：V323 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）09-0060-03

Abstract： In this paper， the flight test technology of helicopter taxiing and take-off in plateau condition is studied， the method of estimating the maximum take-off weight of the airport at different altitudes is put forward， and a flight test flow of plateau taxiing and take-off is given， in order to improve the efficiency of flight testing and reduce the risk of flight testing. The actual flight test shows that this method is effective and practical and has good application value.

Keywords： helicopter； flight test； taxiing and take-off； plateau

引言

直升機(jī)可能的起飛軌跡主要取決于懸停狀態(tài)以及前飛狀態(tài)的剩余功率。直升機(jī)在有限的剩余功率情況下可以以不同的起飛軌跡完成起飛，但這些軌跡的飛行高度和飛行速度可能有明顯的差異，因而起飛距離和有效載荷是不同的，直升機(jī)工作場(chǎng)地的大小決定著直升機(jī)的起飛方式以及起飛距離，有效載荷則決定著直升機(jī)的工作效益。

直升機(jī)起飛方式包括垂直起飛，有地效（直升機(jī)式）起飛以及滑跑起飛（飛機(jī)式）三種，軍用直升機(jī)起飛試驗(yàn)的目的是要確定某一給定狀態(tài)的直升機(jī)飛越一定高度（15m）障礙物所需的起飛距離和最佳起飛軌跡。在某些條件下，如大飛行重量、高溫、高海拔等情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)可用功率降低同時(shí)直升機(jī)懸停需用功率增大，此時(shí)直升機(jī)不具備垂直起飛以及有地效起飛的能力，因此在起飛場(chǎng)地沒(méi)有障礙物且平坦的條件下，可采用滑跑起飛。不同的起飛方式也決定了直升機(jī)有效載荷的大小，采用滑跑起飛可以增加直升機(jī)的有效載荷，滑跑起飛要求的剩余功率較小，在大負(fù)載情況下直升機(jī)可以采用滑跑起飛方式起飛，這也是滑跑起飛的意義。

本文針對(duì)軍用直升機(jī)滑跑起飛性能進(jìn)行了研究，對(duì)軍用直升機(jī)不同重量越障15m高度的滑跑起飛距離及對(duì)應(yīng)的離地速度和不同海拔高度最大滑跑起飛重量進(jìn)行了分析研究，這對(duì)高原機(jī)場(chǎng)跑道建設(shè)，以及實(shí)際使用中載貨情況的優(yōu)化具有很重要的實(shí)用意義。

1 理論分析

滑跑起飛軌跡如圖1所示，采用剩余功率法進(jìn)行性能估算。直升機(jī)剩余功率是指直升機(jī)可用功率與直升機(jī)懸停、平飛或者爬升需用功率之差。在爬升段，其可用于爬升的剩余功率？駐P等于發(fā)動(dòng)機(jī)可用功率PA減去爬升狀態(tài)下平飛需用功率PS，即

？駐P=PA-PS （1）

到目前為止，在進(jìn)行滑跑起飛試驗(yàn)之前估算直升機(jī)的最大滑跑起飛重量方法計(jì)算都不準(zhǔn)確，不能在試飛前提供可靠依據(jù)，本文提出一種新的起飛方式進(jìn)行滑跑起飛試驗(yàn)，并運(yùn)用無(wú)量綱的數(shù)據(jù)處理方法得到直升機(jī)的最大滑跑起飛重量的計(jì)算方法。

2 風(fēng)險(xiǎn)分析

在大重量的滑跑起飛試驗(yàn)時(shí)，可用于爬升的發(fā)動(dòng)機(jī)剩余功率很小，同時(shí)直升機(jī)部分操縱位移也有可能達(dá)到或接近極限位置，所以，在爬升的過(guò)程中若起飛重量、爬升速度選擇不合理或者飛行員操縱不當(dāng)很有可能發(fā)生危險(xiǎn)，因此在大重量的試飛中速度大小的選擇以及飛行員的應(yīng)急處置至關(guān)重要。

在起飛過(guò)程中，一旦發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)比較嚴(yán)重的故障，如果沒(méi)有選擇合理的處置方案也會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的飛行事故，因此，在進(jìn)行滑跑起飛的時(shí)候，應(yīng)選擇合適的起飛方式，比如直升機(jī)的離地速度范圍以及直升機(jī)離地后需要等速爬升。除此之外，進(jìn)行試飛時(shí)應(yīng)盡可能選擇足夠長(zhǎng)的跑道及離場(chǎng)凈空條件，以應(yīng)對(duì)出現(xiàn)OEI。

對(duì)于滑跑試驗(yàn)，機(jī)輪剎車使用的頻率相當(dāng)之高，剎車的可靠性需要在起飛前進(jìn)行滑跑試驗(yàn)檢查。

3 試飛流程

起飛性能試驗(yàn)一般選擇不同海拔高度的場(chǎng)地、大氣環(huán)境條件、總重，以一定的增量完成從小到大一系列不同空速和功率狀態(tài)組合的起飛試驗(yàn)。根據(jù)現(xiàn)有的試驗(yàn)場(chǎng)地條件，選取了兩個(gè)海拔高度來(lái)進(jìn)行起飛著陸的試驗(yàn)，由此可以得到各個(gè)海拔高度機(jī)場(chǎng)的最大滑跑起飛重量，以及對(duì)應(yīng)的滑跑起飛距離，這對(duì)實(shí)際使用有很重要的意義。本文提出了一種估算不同海拔高度的最大滑跑起飛重量的方法，以不同的起飛重量起飛，控制離地速度及爬升率，由此得出直升機(jī)的功率系數(shù)與拉力系數(shù)的變化曲線，因此可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的可用功率推算出最大滑跑起飛重量。

基于上述的試飛目的，設(shè)計(jì)相應(yīng)的試飛流程如下：

（1）在進(jìn)行正式的滑跑起飛試驗(yàn)之前，需進(jìn)行地效內(nèi)懸停和前飛試驗(yàn)，可以獲得懸停加速段懸停的拉力系數(shù)-功率系數(shù)的試飛結(jié)果，并在此基礎(chǔ)上獲得不同重量，氣壓高度及不同溫度下的地效內(nèi)剩余功率。

（2）為了保障飛行安全，在進(jìn)行正式的滑跑科目之前，對(duì)飛行員進(jìn)行大量的滑跑起飛科目訓(xùn)練，以確定直升機(jī)的爬升軌跡。

（3）進(jìn)行小重量的滑跑起飛試驗(yàn)，在科目飛行過(guò)程中，控制風(fēng)速在3m/s以內(nèi)，基于經(jīng)驗(yàn)修正外界因素（如風(fēng)）對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果的影響。

（4）進(jìn)行最大滑跑起飛重量飛行試驗(yàn)的時(shí)候具有一定的風(fēng)險(xiǎn)，因此在不同氣壓高度上進(jìn)行平飛試驗(yàn)，從小重量到大重量，爬升率限制在1m/s以內(nèi)，爬升速度為80km/h，根據(jù)平飛需用功率曲線預(yù)測(cè)計(jì)算其功率余量，用以預(yù)測(cè)評(píng)估直升機(jī)在不同的高原機(jī)場(chǎng)的最大滑跑起飛重量。

（5）進(jìn)行大重量的滑跑起飛試驗(yàn)，以盡可能的使用發(fā)動(dòng)機(jī)可用功率為原則，根據(jù)流程（4）估算的最大滑跑起飛重量慢慢摸索，得到最佳試飛結(jié)果。

4 試飛結(jié)果分析及結(jié)論

4.1 不同重量和爬升速度的水平越障距離

以某型直升機(jī)進(jìn)行飛行試驗(yàn)，試驗(yàn)機(jī)在不同海拔高度進(jìn)行不同飛行重量，不同剩余功率和不同離地速度的試飛試驗(yàn)，使用地面加速-定速爬升起飛軌跡完成試驗(yàn)。從圖2和圖3的曲線可以看出，隨著離地速度的增加起飛距離增加。

試驗(yàn)結(jié)果給出了大速度時(shí)起飛距離隨離地速度的變化關(guān)系，隨著離地速度的減小，起飛距離減小，但是當(dāng)速度小于某一速度值并進(jìn)一步減小時(shí)，起飛距離反而會(huì)迅速增大，因此，起飛距離隨離地速度的變化曲線應(yīng)該呈現(xiàn)馬鞍形，因?yàn)樾∷俣仍诨乇軈^(qū)之內(nèi)，在進(jìn)行滑跑起飛之前應(yīng)該先確定了滑跑起飛軌跡，應(yīng)該在滑跑起飛過(guò)程中避開(kāi)回避區(qū)。除此之外，直升機(jī)在小速度飛行時(shí)需用功率會(huì)迅速增大，直升機(jī)在拉起時(shí)會(huì)存在拉起后又回到地面的情況，對(duì)飛行員的心理是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，所以本文不進(jìn)行小速度的滑跑起飛試驗(yàn)。

4.2 最大滑跑起飛重量結(jié)果

在進(jìn)行滑跑起飛飛行試驗(yàn)時(shí)，一般要試驗(yàn)其滑跑起飛方式下的最大起飛重量，但在目前為止，并沒(méi)有一個(gè)可以參考的理論依據(jù)，每次的滑跑起飛試驗(yàn)都是一點(diǎn)一點(diǎn)進(jìn)行摸索，這對(duì)于飛行員來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的心理挑戰(zhàn)，因此本文提出了一種可以估算不同海拔高度的最大滑跑起飛重量的方法，即在實(shí)際滑跑起飛過(guò)程中，選取不同的起飛重量，要求每次起飛時(shí)離地速度為80km/h，在爬升過(guò)程中控制爬升率在1m/s左右，試驗(yàn)中選取了5000kg～5600kg重量范圍的不同重量進(jìn)行滑跑試驗(yàn)。將試飛結(jié)果無(wú)因次化得到爬升過(guò)程中的CT-MK曲線見(jiàn)圖4，該曲線給出了滑跑起飛的拉力系數(shù)和功率系數(shù)的關(guān)系，運(yùn)用此關(guān)系可以給定不同海拔高度發(fā)動(dòng)機(jī)的最大可使用功率反推出不同海拔高度機(jī)場(chǎng)的最大滑跑起飛重量。

這里估算了ISA+20℃狀態(tài)下不同海拔高度的最大滑跑起飛重量，根據(jù)已有的估算結(jié)果，可以得到在3000m高度，估算最大滑跑起飛重量為5860kg，但是在實(shí)際的滑跑試驗(yàn)中起飛重量不會(huì)與理論值精準(zhǔn)的一樣，并且為了安全起見(jiàn)實(shí)際使用的發(fā)動(dòng)機(jī)功率會(huì)略小于起飛功率，所以按照不同的起飛功率以下的可用功率估算了不同功率對(duì)應(yīng)的起飛重量，滑跑起飛的某估算點(diǎn)與實(shí)際的飛行結(jié)果吻合良好。在實(shí)際飛行過(guò)程中，為了控制飛行風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)際可用功率只用到了75%左右，實(shí)際最大起飛重量為5560kg，預(yù)測(cè)估算值與飛行結(jié)果吻合良好，誤差在1%以內(nèi)，證明了該估算方法正確有效，該試驗(yàn)的流程有效避免了試飛風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了最大滑跑起飛重量的估算方法，依據(jù)本文的試飛方法和試飛流程圓滿完成了滑跑起飛試驗(yàn)科目，給出了某型機(jī)滑跑起飛的試飛結(jié)果，根據(jù)實(shí)際試飛數(shù)據(jù)可知估算方法可靠有效，并在實(shí)際試飛中有效規(guī)避了風(fēng)險(xiǎn)，減少了試飛員在摸索最大滑跑起飛重量試驗(yàn)中的心理壓力，這一方法解決了以往滑跑起飛試飛科目中對(duì)最大滑跑重量沒(méi)有理論參考的問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)有的直升機(jī)性能的試飛技術(shù)具有重要的意義。

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