國(guó)外艦載直升機(jī)自動(dòng)過渡功能飛行試驗(yàn)安全風(fēng)險(xiǎn)分析

鞏鵬瀟 左思佳

摘? 要：自動(dòng)過渡為艦載直升機(jī)提供了一種在海面上空從預(yù)定高度和速度點(diǎn)自動(dòng)過渡飛行到低高度懸停點(diǎn)的精確控制功能。文章介紹了國(guó)外艦載直升機(jī)自動(dòng)過渡功能的工作原理，并通過對(duì)工作過程及工作環(huán)境的分析，識(shí)別出了試飛風(fēng)險(xiǎn)，給出了設(shè)計(jì)建議及試飛安全策略，可為國(guó)內(nèi)該功能的研發(fā)提供參考。

關(guān)鍵詞：直升機(jī);飛控系統(tǒng);自動(dòng)過渡;試飛風(fēng)險(xiǎn)

中圖分類號(hào)：V249? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）04-0078-02

Abstract： Automatic transition provides a precise control function for shipborne helicopter to automatically transition flight from predetermined altitude and speed point to low altitude hover point over the sea surface. In this paper， the working principle of automatic transition function of foreign shipborne helicopter is introduced， and through the analysis of working process and working environment， the flight test risk is identified， and the suggestion for the design and the strategy for flight test safety are given， which can provide reference for the research and development of this function in China.

Keywords： helicopter; flight control system; automatic transition; flight test risk

引言

艦載直升機(jī)以艦船為基地，主要在海上活動(dòng)，按照所執(zhí)行的主要任務(wù)可分為艦載反潛直升機(jī)、艦載運(yùn)輸直升機(jī)、艦載預(yù)警直升機(jī)等類型。目前世界各國(guó)裝備的艦載直升機(jī)以通用型為主。自動(dòng)過渡功能，是一種使直升機(jī)自動(dòng)由飛行狀態(tài)過渡到懸停狀態(tài)和自動(dòng)保持懸停狀態(tài)的自動(dòng)控制功能，極大減小了艦載直升機(jī)執(zhí)行海上懸停任務(wù)時(shí)駕駛員的操縱負(fù)荷，是執(zhí)行晝夜間海上懸停必不可少的功能。國(guó)外先進(jìn)的艦載直升機(jī)基本都具備該功能，比如美國(guó)的SH-3“海王”直升機(jī)、SH-60“海鷹”直升機(jī)，法國(guó)的SA321“超黃蜂”直升機(jī)，英國(guó)和法國(guó)聯(lián)合研制的“山貓”直升機(jī)等，不過關(guān)于國(guó)外該功能飛行試驗(yàn)的資料由于技術(shù)封鎖等原因無法獲得。本文通過對(duì)國(guó)外自動(dòng)過渡功能工作原理進(jìn)行分析，結(jié)合海上工作環(huán)境，初步識(shí)別出了試飛風(fēng)險(xiǎn)，給出了設(shè)計(jì)建議及試飛安全策略，可為國(guó)內(nèi)該功能研發(fā)提供參考。

1 自動(dòng)向下過渡功能介紹

國(guó)外艦載直升機(jī)在執(zhí)行自動(dòng)向下過渡飛行時(shí)，通常要求高度軌跡先按拋物線規(guī)律下降，當(dāng)下沉速率累積到一定值時(shí)，按該下沉率線性下降，在高度變化過程中地速的變化以某種負(fù)加速度線性地減速。為使自動(dòng)過渡更為平穩(wěn)，在接近懸停高度時(shí)，高度改為按指數(shù)規(guī)律拉平，當(dāng)接近零速時(shí)，速度也改為按指數(shù)規(guī)律減速到零，以實(shí)現(xiàn)軌跡拉平后自動(dòng)懸停[1]。自動(dòng)向下過渡功能一般采用俯仰軸控制縱向地速，用總距軸控制高度，過渡過程中橫滾軸一般處于速度穩(wěn)定模態(tài)，航向軸處于航向保持模態(tài)。自動(dòng)過渡過程簡(jiǎn)圖如圖1。

2 安全風(fēng)險(xiǎn)分析及設(shè)計(jì)建議

自動(dòng)過渡功能是一種復(fù)雜的飛行自動(dòng)控制過程，需要俯仰、滾轉(zhuǎn)、航向及總距4個(gè)通道協(xié)同工作，工作時(shí)直升機(jī)貼近海面且飛行狀態(tài)變化很大，系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷、復(fù)雜的氣象和海情、直升機(jī)故障等都會(huì)給試飛帶來很大的風(fēng)險(xiǎn)。

直升機(jī)自動(dòng)向下過渡過程貼近海面且飛行狀態(tài)變化大，一旦直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)或旋翼系統(tǒng)出現(xiàn)故障，飛行員可用的反應(yīng)和行動(dòng)時(shí)間很短，此時(shí)如果人工介入操縱不及時(shí)，直升機(jī)有墜海的可能。應(yīng)選擇可靠性高的發(fā)動(dòng)機(jī)及旋翼系統(tǒng)，裝配至少雙臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，提高出現(xiàn)單發(fā)故障時(shí)直升機(jī)的機(jī)動(dòng)能力。

在自動(dòng)過渡飛行過程中，若因總距通道控制不當(dāng)引起垂直下降速率過大，會(huì)使直升機(jī)進(jìn)入渦環(huán)危險(xiǎn)區(qū)域，可能引發(fā)直升機(jī)不可控墜海。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)設(shè)定較小穩(wěn)態(tài)下降速率，避開渦環(huán)危險(xiǎn)區(qū)域包線，并盡量提高下降速率的控制精度。

自動(dòng)向下過渡最終懸停高度很低，在海上工作時(shí)若直升機(jī)高度低于旋翼直徑，旋翼下洗氣流拍擊海面形成的水汽可能打濕座艙玻璃，影響飛行員視野;若高度再降低，在大海況下海浪甚至有可能打到旋翼，它會(huì)給試飛帶來災(zāi)難性后果。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理設(shè)置懸停工作高度，盡可能在地效外懸停，減小下洗氣流沖擊海面造成的負(fù)面影響。

當(dāng)直升機(jī)以較低高度掠海飛行時(shí)，無線電高度表測(cè)得的高度信息中有較強(qiáng)的海浪噪聲干擾[2]，自動(dòng)向下過渡功能將無線電高度信號(hào)加到了高度通道中，控制不當(dāng)會(huì)引起直升機(jī)隨海浪起伏而顛簸，海浪過大時(shí)有引發(fā)振蕩的風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)加入海浪濾波模塊，避免海浪波動(dòng)影響直升機(jī)前飛及懸停的工作穩(wěn)定性。

3 試飛安全策略分析

自動(dòng)過渡功能的研發(fā)，應(yīng)進(jìn)行充分的數(shù)字仿真及半物理仿真試驗(yàn)。進(jìn)入飛行試驗(yàn)階段后，應(yīng)進(jìn)行陸上模擬過渡，在長(zhǎng)度寬度符合要求的平坦地形進(jìn)行試驗(yàn)，選擇較高的目標(biāo)懸停高度，降低直升機(jī)重量，試驗(yàn)時(shí)試飛人員密切觀察過渡過程正確與否，必要時(shí)及時(shí)進(jìn)行人工干預(yù)。通過陸上試驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)通斷邏輯、模態(tài)轉(zhuǎn)換邏輯及控制律參數(shù)進(jìn)行檢查和調(diào)參，待功能正常后再移至海上飛行。

海上試驗(yàn)初期，應(yīng)選擇保守的試驗(yàn)環(huán)境和試驗(yàn)狀態(tài)，即1～2級(jí)海況、靠近岸邊的工作海域、較高的目標(biāo)懸停高度以及較輕的試驗(yàn)機(jī)重量;由于海上工作環(huán)境的不確定性，應(yīng)在低海況環(huán)境下累積足夠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)樣本量并確認(rèn)系統(tǒng)工作正常后，逐步進(jìn)入高海況環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)。

由于該功能需在夜間使用，也應(yīng)進(jìn)行夜間飛行試驗(yàn)。根據(jù)夜航試飛的一般經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)遵循黃昏、月夜、暗夜的順序進(jìn)行;由于該功能飛行試驗(yàn)固有的風(fēng)險(xiǎn)，夜間試驗(yàn)時(shí)應(yīng)在海上工作區(qū)域安排救援及指揮船只，以便在發(fā)生緊急情況時(shí)，第一時(shí)間提供救援。

4 結(jié)束語

本文介紹了國(guó)外艦載直升機(jī)自動(dòng)過渡功能，通過分析其工作原理，工作環(huán)境等因素，識(shí)別出了試飛風(fēng)險(xiǎn)，并有針對(duì)性的給出了設(shè)計(jì)建議及試飛安全策略，可為國(guó)內(nèi)該功能的研發(fā)提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊一棟.直升機(jī)自動(dòng)過渡懸停飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，36（2）：200-204.

[2]李廣文，唐永哲，王冬.直升機(jī)掠海飛行海浪濾波器研究[J].空軍工程大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版，2004（05）：18-20.