無人直升機(jī)高原飛行安全問題分析

我國地勢西高東低，高原面積占全國總面積的26%，西部有世界上海拔最高、地形最復(fù)雜的青藏高原，一般海拔在3000-5000m之間，平均海拔4000m以上，地勢高低不平，起伏較大，一般的陸地交通和固定翼飛機(jī)難以到達(dá)。無人直升機(jī)具有可垂直起降、定點(diǎn)懸停、起降場地要求低、人員傷亡風(fēng)險低等優(yōu)勢，恰好能彌補(bǔ)其他交通方式的短板。但高原地區(qū)空氣稀薄、氣候復(fù)雜多變、地勢起伏較大，對無人直升機(jī)飛行帶來很多不確定的安全風(fēng)險。

高原氣候及地理特征

在我國境內(nèi)分布著著名的青藏高原、云貴高原、內(nèi)蒙古高原和黃土高原，根據(jù)地理位置、海陸環(huán)境、海拔高度和高原形態(tài)上的差異，氣候特征稍有差異，但總體呈現(xiàn)以下幾個共同特征：（1）空氣稀薄、氣壓低。隨著海拔高度的不斷增加，大氣壓力會隨之降低，在3000m范圍內(nèi)，海拔高度每升高100m，大氣壓力減小約1.1kPa。（2）晝夜溫差大、氣溫低。高原地區(qū)日照充足、紫外線強(qiáng)烈，且云量少，白天太陽輻射直接到地面，使地表吸收大量的熱，夜晚地表散熱快，氣溫下降迅速。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，高原地區(qū)晝夜溫差最大能達(dá)到30℃。氣溫比同緯度平原地區(qū)也要低一些，海拔每上升1000m，氣溫平均下降約6.5℃。（3）天氣多變，氣流亂。受高海拔、低氣壓和復(fù)雜地形等因素的綜合影響，高原天氣多變，氣流紊亂。每年5-9月的雨季，經(jīng)常會出現(xiàn)上午晴空萬里、風(fēng)平浪靜，午后烏云密布、狂風(fēng)暴雨和冰雹的天氣，而且風(fēng)向和風(fēng)速變化較大，高海拔地區(qū)比一般海拔地區(qū)的風(fēng)速更大，風(fēng)向變化更劇烈。（4）地形地貌復(fù)雜。高原地區(qū)的大多數(shù)區(qū)域高山林立，海拔高且山頂與山谷之間落差大、坡度陡，山谷相對較窄，通行性差。

影響分析

高原空氣稀薄、氣壓低，晝夜溫差大、氣溫低，天氣多變、氣流亂和地形地貌復(fù)雜等氣候及地理特征對無人直升機(jī)以及機(jī)組人員在高原的飛行工作帶來很多不利影響。

高原氣候?qū)C(jī)組的影響

隨著海拔高度的升高，大氣壓力不斷降低，大氣中的氧含量也降低，人體血液中的氧飽和度也隨之降低，當(dāng)血氧飽和度降低到一定程度，會引起各器官組織供氧不足，從而出現(xiàn)缺氧癥狀，如頭痛、頭暈、氣短、惡心、嘔吐、失眠、發(fā)燒等高反現(xiàn)象。研究表明，人體在海拔3000m以上低氧環(huán)境下暴露數(shù)小時便會對生理和心理產(chǎn)生不利影響，嚴(yán)重情況下可能會引起肺水腫和腦水腫。在高海拔低氧環(huán)境下，會導(dǎo)致人體注意力、記憶力、執(zhí)行功能和信息處理功能下降，在適應(yīng)幾天后會有所緩解。

高原氣候和地形對飛行的影響

（1）空氣稀薄、密度低的影響

隨著海拔高度的升高，大氣壓力和空氣密度隨之降低，無人直升機(jī)發(fā)動機(jī)功率和旋翼效率也同步降低，操縱性變差，全機(jī)性能與平原地區(qū)相比會有一定幅度的衰減。通過對比無人直升機(jī)在不同海拔地區(qū)的飛行數(shù)據(jù)可知，在相同工況下，海拔越高，總距、周期變距和尾槳距等通道所需的操縱量越大。

（2）低溫的影響

隨著海拔高度的升高，環(huán)境溫度不斷降低。通常來說，海拔高度每增加1000m，環(huán)境溫度平均下降6.5℃。無人直升機(jī)在較大濕度條件下或云層中飛行時，會存在空速管和旋翼結(jié)冰的隱患。此外，低溫還會導(dǎo)致油氣管路、減震墊和密封圈等橡膠材料變脆、產(chǎn)生裂紋或受力斷裂。對于發(fā)動機(jī)來說，低溫會使滑油粘稠度增加，燃油難以汽化或結(jié)冰堵塞油路，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)起動困難，嚴(yán)重影響無人直升機(jī)的飛行安全。

（3）氣流的影響

高原上的風(fēng)速風(fēng)向不穩(wěn)定，短時間內(nèi)，可能會存在較大變化。造成這種現(xiàn)象有兩方面的因素：第一，高原氣流比較強(qiáng)烈，遇到起伏變化的地形，會形成較強(qiáng)的動力亂流；第二，高原氣溫變化比較大，導(dǎo)致熱力亂流比較強(qiáng)勁。這兩種亂流相互作用，相互影響使得高原上的氣流特別紊亂。無人直升機(jī)在高原復(fù)雜地形環(huán)境下飛行，容易遭遇亂流、龍卷風(fēng)、瞬間強(qiáng)陣風(fēng)、風(fēng)切變、強(qiáng)上升氣流和強(qiáng)下沉氣流等不利因素影響，導(dǎo)致無人直升機(jī)出現(xiàn)偏離航線，飛行高度、姿態(tài)和航向波動大等異常情況，這些都嚴(yán)重影響無人直升機(jī)的飛行安全。

（4）地形地貌的影響

無人直升機(jī)主要以低空飛行為主，在高原飛行，起降場地多為地勢相對較低的山谷，周圍高聳的山峰較多，在這種地形條件下飛行，高聳的山峰可能會遮擋無人直升機(jī)的遙控遙測數(shù)據(jù)鏈，導(dǎo)致地面站失去對無人直升機(jī)的控制。復(fù)雜的地形導(dǎo)致周圍的氣流極不穩(wěn)定，紊亂的氣流可能導(dǎo)致無人直升機(jī)偏航，與附近的山體發(fā)生碰撞，影響無人直升機(jī)的飛行安全。

應(yīng)對措施

針對高原空氣稀薄、低溫、氣流紊亂、地形地貌復(fù)雜等不利因素影響，無人直升機(jī)飛行機(jī)組需要在飛行前充分準(zhǔn)備，仔細(xì)識別每次飛行任務(wù)的危險源，評估危險發(fā)生的概率和帶來的后果，采取必要緩解措施，降低飛行的風(fēng)險級別。同時，針對飛行過程中可能存在的特情，機(jī)組討論制定應(yīng)急預(yù)案，在發(fā)生特情的時候按照應(yīng)急預(yù)案正確處置，確保飛行安全。

加強(qiáng)保障條件

在高海拔地區(qū)缺氧環(huán)境下，人體容易出現(xiàn)疲勞、注意力不集中、反應(yīng)速度變慢等情況，海拔越高這種情況越明顯。不同于有人機(jī)飛行員在飛行過程中可以參考周圍環(huán)境，來判斷直升機(jī)當(dāng)前的飛行狀態(tài)，無人直升機(jī)機(jī)組人員只能以飛行監(jiān)控軟件的飛參數(shù)據(jù)來判斷當(dāng)前的飛行狀態(tài)。在高海拔缺氧環(huán)境下執(zhí)行長時間飛行任務(wù)時，特別容易出現(xiàn)注意力不集中、反應(yīng)速度慢的情況，在無人直升機(jī)出現(xiàn)特情時，很難做出及時、正確的處置反應(yīng)。因此，無人直升機(jī)在高原飛行時，應(yīng)加強(qiáng)地面保障條件，在地面站配備制氧機(jī)或氧氣瓶，增加方艙內(nèi)的氧氣含量，緩解機(jī)組人員注意力不集中、反應(yīng)速度慢等不良反應(yīng)，確保機(jī)組人員保持良好的精神狀態(tài)。同時，在執(zhí)行4h以上飛行任務(wù)的時候，安排2個機(jī)組，進(jìn)行輪換休息，降低機(jī)組人員的疲勞。

加強(qiáng)無人直升機(jī)檢查維護(hù)

在高原低溫環(huán)境下，應(yīng)該將受低溫影響較大的油氣管路、橡膠減震墊和密封圈等橡膠件納入重點(diǎn)檢查項(xiàng)，每次飛行前和飛行后，機(jī)務(wù)進(jìn)行重點(diǎn)檢查，發(fā)現(xiàn)有裂紋或者斷裂的情況及時更換，避免漏油、漏氣或減震效果不好影響飛行安全。此外，無人直升機(jī)低溫環(huán)境下飛行，還需要根據(jù)實(shí)際情況將發(fā)動機(jī)滑油、燃油更換為適當(dāng)?shù)呐铺?，發(fā)動機(jī)燃料為航空煤油的則需要添加防冰劑，提高發(fā)動機(jī)起動成功率。

充分掌握氣象信息

掌握當(dāng)?shù)貧庀蟮恼w規(guī)律，結(jié)合氣象部門提供的數(shù)據(jù)。飛行前，飛行機(jī)組需要結(jié)合飛行任務(wù)性質(zhì)、任務(wù)飛行時長、飛行區(qū)域氣象條件等因素綜合評估對飛行安全的影響，掌握滿足飛行條件的窗口期。如云層較厚、云高較低，則不宜開展高高度的飛行任務(wù)，避免穿云飛行造成顛簸或旋翼結(jié)冰。如飛行航路上有強(qiáng)降雨或雷暴，則應(yīng)及時返航，取消飛行，防止安全事故的發(fā)生。如午后風(fēng)大，不滿足氣象條件要求，則應(yīng)取消飛行計劃或選擇上午風(fēng)小的時候飛行，禁止超限飛行。

飛行前充分準(zhǔn)備

高原地區(qū)空氣稀薄，無人直升機(jī)整體性能較平原地區(qū)有較大的衰減，在相同起飛重量和飛行速度下，總距、周期變距和尾槳距等通道的操縱量都要更大。加上高原地區(qū)氣流不穩(wěn)定，需要另外輸出一部分操縱量來消除氣流的干擾，整機(jī)各個通道的剩余操縱量變的更小。因此，飛行任務(wù)準(zhǔn)備過程中需要根據(jù)飛行操作手冊中飛行包線的限制，選擇適當(dāng)?shù)钠痫w重量和飛行速度等。保證無人直升機(jī)在飛行的過程中留有充足的剩余操縱余量，確保飛行安全。

合理規(guī)劃任務(wù)航線

在任務(wù)航線規(guī)劃時，需要根據(jù)任務(wù)性質(zhì)、任務(wù)區(qū)域確定航線的高度，盡量避開任務(wù)區(qū)域內(nèi)與航線高度相近或高度更高的山峰。如無人直升機(jī)需要從山頂飛過，則任務(wù)航線與山頂之間需要保留足夠的高度差，避免飛行過程中因氣流影響引起高度波動，導(dǎo)致無人直升機(jī)與山體發(fā)生碰撞。此外，任務(wù)航線規(guī)劃時，還需要注意無人直升機(jī)飛行過程中遙控遙測數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)欠駮蝗蝿?wù)區(qū)域內(nèi)的高山等障礙物遮擋，能否與地面站保持通視。如果不具備通視條件，則需要調(diào)整該航段的飛行高度或者調(diào)整飛行航路。保證無人直升機(jī)與地面站之間的通視，以獲得良好的遙控遙測數(shù)據(jù)鏈信號，避免地面站失去對無人直升機(jī)的控制。

結(jié)束語

近年來，隨著我國無人直升機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，國產(chǎn)無人直升機(jī)的高原性能有了顯著提升，未來將在青藏高原等邊境地區(qū)的物資投送、邊境巡邏及應(yīng)急救援等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。本文通過分析高原氣候、地形地貌特征對無人直升機(jī)和機(jī)組人員影響，并有針對性的提出應(yīng)對措施，降低高原飛行的安全風(fēng)險，為無人直升機(jī)在高原的飛行提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。