某輕型直升機加裝滅火水槍設(shè)備試飛技術(shù)工作研究

俞東鋒 張裕兵 常建龍

摘?要：目前國內(nèi)通航公司為適應(yīng)市場，對加改裝設(shè)備需求很大，改裝新設(shè)備的裝機驗證和試飛工作，能夠提供設(shè)備裝機符合性的支撐資料，也能為后續(xù)設(shè)備使用提供作業(yè)規(guī)范建議和參考。文章基于某輕型直升機平臺加裝滅火水槍設(shè)備功能試飛技術(shù)工作，介紹試飛工作的設(shè)計要求和組織實施程序，總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗，以期對同類設(shè)備的后續(xù)加改裝試飛技術(shù)工作提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：滅火;限制;火場;性能;影響

文獻標識碼：A

Research?on?Test?Flight?of?a?Light?Helicopter?Equipped?with?Water?Gun

Yu?Dongfeng?Zhang?Yubing?Chang?Jianlong

Changhe?Aircraft?Industries?Group?Co.，Ltd.，?JiangxiJingdezhen?333002

Abstract：At?present，in?order?to?adapt?to?the?market，there?is?a?great?demand?for?retrofit?equipment?by?domestic?navigable?companies，airplane?modification?increase?a?lot.The?test?flight?of?modification?provides?supporting?material?of?conformance，and?advice?on?equipment?usage.This?paper?introduces?the?procedure?and?design?considerations?of?water?gun?function?test?flight，summarizes?experience?and?shortcomings，in?order?to?provide?reference?for?the?same?kind?of?work.

Key?words：Fire-Extinguishing;Limitation;Fireground;Performance;influence

隨著通航“放管服”改革的深入和國家相關(guān)扶持政策的相繼出臺，通航產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)蓬勃發(fā)展。載機加改裝成為通航公司擴展平臺功能，適應(yīng)市場需求的必要工作。而直升機作為優(yōu)質(zhì)的通用多功能平臺，成為通航公司加改裝的首選。市場上主要加改裝涉及電力巡線、農(nóng)林噴灑、消防滅火、警用防爆、地質(zhì)勘探等。

直升機滅火設(shè)備目前在國內(nèi)需求較大，此類設(shè)備加改裝成功案例，有直接引進的俄羅斯Ka-32加裝的水炮系統(tǒng)，昌飛公司AC313型機加裝的水炮系統(tǒng)，以及哈爾濱飛機的H425型機加裝水炮系統(tǒng)等。這些直升機加裝滅火系統(tǒng)后，具備城市高層滅火以及巡邏滅火功能，為其功能擴展和銷售市場開拓提供助力。本文基于某輕型直升機平臺加改裝滅火設(shè)備技術(shù)工作進行展開論述。

1?滅火水槍設(shè)備介紹

該平臺加裝的滅火設(shè)備為滅火水槍，類似哈爾濱飛機H425系列滅火系統(tǒng)，如圖1。

圖1?H425水炮系統(tǒng)

設(shè)備主體由機腹式水箱、動力源、管路系統(tǒng)組成，通過懸吊方式安裝于起落架下方位置，設(shè)備組成和安裝示意如圖2。設(shè)備控制系統(tǒng)處于座艙內(nèi)部。

圖2?設(shè)備組成和安裝示意

2?試飛工作

2.1?試飛準備工作和限制制定

2.1.1?設(shè)備裝機論證

加改裝設(shè)備在裝機前，都需要對裝機試飛的影響進行充分論證。滅火水槍裝機主要進行載荷強度分析和重量重心分析。

（1）載荷強度分析。載荷和強度是為試飛安全提供支撐的必要條件，主要考慮設(shè)備自身的強度情況以及設(shè)備的安裝形式、安裝接頭強度和試飛載荷。根據(jù)CCAR27部第27.337條限制機動載荷系數(shù)要求，旋翼航空器設(shè)計至少應(yīng)滿足下述規(guī)定之一：①從正限制機動載荷系數(shù)3.5到負限制機動載荷系數(shù)-10的范圍;②任一正限制機動載荷系數(shù)不得小于2.0，負限制機動載荷系數(shù)不得大于-0.5，但：a.需用分析和飛行試驗表明超過所選取系數(shù)的概率極小;b.所選用系數(shù)對在設(shè)計最大重量和設(shè)計最小重量之間的每一重量情況是適當?shù)摹?/p>

設(shè)備安裝形式的選擇和安裝性能參數(shù)直接影響直升機的試飛機動動作。該設(shè)備安裝接頭強度考慮該機型實際試飛能夠達到的最大2.7g正過載和-0.8g負過載并增加一定的安全裕度，在試飛時不存在因結(jié)構(gòu)安裝引起的限制。設(shè)備自身的性能也限制試飛機動，例如設(shè)備各個方向的強度，變形的極限載荷。在沒有較為準確的實驗數(shù)據(jù)情況下，可通過一些工程繪圖軟件進行簡單預(yù)計算?；蛘咧苯硬捎媒?jīng)驗方法，借鑒國內(nèi)外同類設(shè)備的試飛限制要求。該滅火水槍設(shè)備借鑒國外同類機腹式水箱設(shè)備的限制要求，限制最大試飛速度90kts，坡度40°，同時要求試飛柔和操縱，不得進行俯沖拉起等大過載機動動作。

（2）重量重心分析。重量重心是試飛運行直接相關(guān)的重要參考因素和控制變量。水槍設(shè)備因為其帶水箱，加注液體后會導致整體設(shè)備的重心變化，需要進行水槍設(shè)備重量-重心曲線標定實驗，重心位置應(yīng)以相應(yīng)載機機體坐標系為基準，如圖3所示：

圖3?重量-重心標定實驗結(jié)果示意

在簡易條件下，重量-重心分布可直接采用空箱和滿箱狀態(tài)數(shù)值進行線性計算，其數(shù)值和對載機整體重心影響偏差并不大。滅火劑種類不同時需考慮密度因素。

完成設(shè)備的重量重心分析后，應(yīng)與直升機進行組合，計算各可能達到的重量重心極限狀態(tài)。此次滅火水槍試飛極限狀態(tài)計算情況如圖4，并未出現(xiàn)超出飛行包線情況。

圖4?重量-重心分析結(jié)果

如出現(xiàn)超包線情況，則需真題分析并在更改構(gòu)型中增加相應(yīng)的固定配重以滿足各試飛狀態(tài)下的重量重心需求。

2.1.2?設(shè)備裝機地面測試

（1）功能測試。設(shè)備裝機完成后，需進行功能測試。功能測試主要根據(jù)設(shè)備使用說明書和性能手冊，進行設(shè)備的裝機匹配性測試。水槍設(shè)備檢查設(shè)備的啟停和水量調(diào)整功能，定量的性能數(shù)據(jù)包括最大流量（即噴水時間/速率）、地面射程，在允許的條件下還可以測量壓力損失和出口壓力。對于設(shè)備的其他功能，例如觀瞄裝置等應(yīng)協(xié)同進行測試。該設(shè)備具有噴口可調(diào)功能，在地面進行了操作驗證。

（2）匹配性測試。設(shè)備功能驗證后，進行設(shè)備在直升機上的裝機協(xié)調(diào)性測試。主要包括振動測試和電磁兼容檢查工作。

在有條件情況下應(yīng)進行固有頻率的測試以防止共振，至少應(yīng)在座艙地板、儀表板和相關(guān)結(jié)構(gòu)部位增加振動傳感器以監(jiān)測振動變化情況。設(shè)備的工作情況應(yīng)在直升機開車情況下進行測試，確保設(shè)備工作不產(chǎn)生對直升機（電氣、電磁兼容）和駕駛員（視線和操作、噪音）的干擾，設(shè)備能夠正常工作。振動正常或影響較小。

完成這些基本的測試和論證，對出現(xiàn)的問題進行隔離和處理，并制定相關(guān)試飛限制和注意事項，設(shè)備裝機試飛的準備工作就基本完成了。

2.2?試飛任務(wù)設(shè)計和實施

2.2.1?試飛任務(wù)設(shè)計

試飛任務(wù)的設(shè)計，應(yīng)當根據(jù)實際驗證需求程度情況來進行綜合統(tǒng)籌。試飛任務(wù)設(shè)計采用先易后難，逐步深入的方式進行順序安排和任務(wù)量分布。試飛限制可直接借鑒已有經(jīng)驗，在限制內(nèi)能夠滿足作業(yè)需求和試飛需要，就不需要驗證邊界性能。通過放棄一部分需要額外的大工作量驗證或者風險試飛驗證的性能，以保證快速高效完成試飛工作，也是通航加改裝設(shè)備試飛可以參考借鑒的。

該設(shè)備試飛根據(jù)用戶要求僅需要驗證水槍設(shè)備的功能和裝機協(xié)調(diào)性，攜帶水槍設(shè)備作業(yè)也不需要大機動或者極限性能，不涉及邊界性能的驗證，因而對試飛任務(wù)進行了簡化。

一般試飛程序先進行設(shè)備不工作的檢飛，以檢查直升機的相關(guān)振動和設(shè)備結(jié)構(gòu)安裝的可靠性，降低設(shè)備首次加改裝試飛的風險。

完成檢飛后，進行基礎(chǔ)的設(shè)備功能檢查和性能測試。水槍設(shè)備在空中試飛時，水槍工作情況受旋翼下洗流和水槍噴頭角度影響，射程不同，且空中滅火情況和地面不同，飛行員和滅火操作員應(yīng)進行充分訓練和熟悉。此項試飛工作可多次進行，以保證熟練度，同時檢測設(shè)備性能情況。水槍設(shè)備性能檢查記錄形式如下表：

水槍設(shè)備性能情況如果不達標，則需要進行相應(yīng)優(yōu)化以保證空中滅火作業(yè)的需求。該設(shè)備因為出口壓力偏小，首次檢查空中射程不達標，因而對噴口進行了改進。改進后水槍射程增加，而流量影響很小。

完成設(shè)備裝機的調(diào)整和調(diào)試后，可以進行相應(yīng)的爬升、平飛、下滑、轉(zhuǎn)彎等基本操作，以使飛行員適應(yīng)設(shè)備裝機帶來的可能的直升機操縱上的影響。

最終任務(wù)即為直升機滅火演示。

2.2.2?滅火演示實施

（1）火場布置?；饒霾贾霉ぷ魇菧缁鹧菔竟ぷ鞒晒Φ年P(guān)鍵?；饒鰬?yīng)設(shè)置在遠離風險點和居民區(qū)的空曠地帶，并對火點周邊進行監(jiān)控和可燃物的清除，防止火勢意外擴大。

按起火物區(qū)分，火可分為五種，分別是由普通燃燒物、易燃液體、電氣設(shè)備、易燃金屬、易燃氣體引起的火情。這些火對應(yīng)的燃燒情況和滅火劑種類各不相同，需要根據(jù)設(shè)備功能情況和實際作業(yè)需要綜合考慮。該設(shè)備是帶機腹式水箱的滅火水槍，滅火設(shè)備和滅火劑種類適用于普通燃燒物的滅火（如木材、布、紙等），因而火點的燃燒物應(yīng)由這些材料組成。

火場除火源外，還需進行火勢的控制，例如火點的面積、數(shù)量，堆積程度，火焰高度等，這些都需要綜合考慮，以恰當充分實現(xiàn)設(shè)備功能的驗證。

（2）應(yīng)急預(yù)案。滅火作業(yè)屬于特種作業(yè)，存在一定的風險系數(shù)。必須制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案。應(yīng)急預(yù)案分為空中和地面兩部分，空中主要指導飛行員進行規(guī)范操作以及應(yīng)急處置，例如面對火場的煙霧、不穩(wěn)定氣流、火勢的突變和火場突風等特情處置;地面主要是給地面保障工作提供相應(yīng)人員設(shè)備的準備建議，在應(yīng)急情況下的協(xié)同指揮、滅火、救護作業(yè)指導等。

該設(shè)備滅火演示采用空、地、塔臺協(xié)同指揮，總指揮設(shè)在火場?；饒霈F(xiàn)場有消防車和救護人員待命，火點由專門的消防人員控制?？罩袘?yīng)急處置方案經(jīng)過充分論證并與飛行員進行溝通?；饒霈F(xiàn)場布置示意如圖5：

圖5?火場布置圖

（3）試飛實施。在進行充分準備和訓練，現(xiàn)場查看和熟悉，地面保障到位，相應(yīng)風險分析、風險控制措施實施后，飛行員進行實際滅火作業(yè)。

飛行采用高點接近方式接近火點。在接近火場時，飛行員需判明風向，逐步盤旋降低高度接近火場，風向不穩(wěn)定情況下不應(yīng)接近火場。在飛行員能夠辨識火點的情況下，應(yīng)進入上風，在上風側(cè)風向接近火點。一般大火影響高度可達15～20m，應(yīng)當控制高度在20m以上接近。試飛采用50m高度接近，20m高度滅火，以保證直升機的安全。