双发直升机单发着舰下滑段操控分析

费景荣，吴铁钢，曹竹梅

(1.海军航空兵学院飞行理论系，辽宁 葫芦岛 125001；2.中国人民解放军92074部队，浙江 宁波 350006)



双发直升机单发着舰下滑段操控分析

费景荣1，吴铁钢2，曹竹梅1

(1.海军航空兵学院飞行理论系，辽宁 葫芦岛 125001；2.中国人民解放军92074部队，浙江 宁波 350006)

在简述双发直升机单发飞行操控原则的基础上，结合某型双发直升机单发着舰的具体事例和性能特点，系统分析了对单发着舰最小下滑速度的限制及对舰船合成风的要求，并计算了下降率对直升机功率特性与最小下滑速度的影响；最后结合某型直升机单发着舰的规定，对下滑速度的选择与下滑轨迹的控制提出了完善建议，并总结了单发着舰操纵的基本原则。

直升机单发着舰；下滑段；操纵方法；飞行安全

0 引言

随着海军远洋护航、争议岛屿巡航、联合演习及海上救护等多样化军事任务的常态化，舰载直升机伴随驱逐舰、护卫舰等非航空载舰飞行将日趋繁多。飞行中，发动机供油和进气不良、机械故障、积冰及防冰系统使用不当等原因都可能造成一发停车；还可能因失火、滑油压力损失、喘振等原因被迫关闭故障发动机，从而造成单发着舰。

由于非航空舰船甲板面积小，对着舰下滑轨迹准确性要求高，特别是单发飞行中，旋翼转速随气温、直升机重量、风等条件变化大；发动机使用与正常情况存在区别，保持合理的下滑轨迹难度较大。如某型直升机曾发生一发停车故障，经过三次才最终单发着舰成功。本文拟结合某型机单发着舰的实际，系统分析其单发着舰下滑的操控问题。

1 直升机单发飞行操控概述

直升机单发飞行中，飞行员操控的重点包括旋翼转速、好发动机状态及飞行状态[1]。因为：旋翼转速过小，直升机会在短时间内掉高度；大速度飞行或小速度下降中，易加剧后行桨叶气流分离；单发飞行会增加主减速器的负荷。其次，有些单发飞行状态下的可用功率不足，发动机转速和扭矩容易超出最大允许值。

从表面看，旋翼转速变化直接影响飞行状态和飞行安全，发动机状态又决定了旋翼转速和飞行状态，但从旋翼转速、发动机状态、飞行状态三者之间的内在关联看，只有合理控制飞行状态，才能正确使用发动机状态；飞行状态与发动机状态控制好了，旋翼转速就容易控制；旋翼转速适当，又有利于飞行状态和发动机状态的控制。可见，单发飞行操控中，飞行状态(主要是下滑速度)是前提和基础，旋翼转速是重点。以下从单发着舰下滑的有关限制、要求入手，分析某型直升机单发着舰下滑中的操控问题。

2 对最小下滑速度的限制

单发着舰都以行进着舰的方式进行，因而必须对着舰下滑速度做出限制。某型直升机规定，单发着舰的下滑速度(表速)为70km/h～140km/h[2]。其中，最大速度140km/h接近该机经济速度，所需功率最小；而最小速度70km/h的限制原因，有关资料没有介绍，且最小速度对单发着舰安全影响较大，以下做初步分析。

2.1 “同速”平飞进舰对单发着舰最小下滑速度的限制

直升机在陆地单发降落时，到达着陆场地后可直接落地，如某型直升机飞行重量小于11t时，可以做单发垂直着陆。但与之不同的是，单发着舰时，进入甲板过程中直升机需要与舰保持近似“同速”平飞，以便观察舰船摇晃情况。

上述单发着舰的最小下滑速度70km/h就与“同速”平飞进舰的要求直接相关，其本质是满足单发平飞所需功率与可用功率的平衡。图1是某型直升机在发动机紧急状态和起飞状态下的单发平飞速度范围曲线。

图1 某型直升机在发动机紧急状态和

图1表明，该型直升机在标准大气条件下，发动机在“起飞”状态，飞行重量10t，单发平飞的最小速度接近60 km/h。

由此可推算，该机若按规定以不大于9.6t的重量做单发着舰，标准大气条件下的单发平飞最小速度约55km/h，并随气温升高而增大。可见，该机最小下滑速度70km/h能够满足进舰过程中“同速”平飞的功率平衡需要，且在较低气温下有一定裕量。

2.2 旋翼转速控制对单发着舰最小下滑速度的限制

某型机单发着舰程序的注意事项指出：根据重量和消速状态，着舰时增大总距有可能使旋翼转速减小到80%；如果重量大于10000kg，旋翼转速会降至低于75%[2]。这表明，单发着舰后段如果速度过小、载重大，上提总距杆易导致旋翼转速明显下降。其原因主要包括三方面：首先，上提总距杆，桨叶迎角与旋转阻力相应增加，而发动机功率的增加相对滞后，会导致旋翼转速有所下降，这种现象双发正常时也存在；其次，由于单发着舰后段发动机功率与旋翼总距本来就较大，上提总距杆后进一步增大，而好发功率接近双发正常时的一半，难以克服较大的旋翼扭矩，导致旋翼转速下降；再次，上提总距后，短时间内直升机下降率及从气流中获取的能量减小，也会导致旋翼转速下降。如2010年4月9日，某型直升机单发着舰过程中，下滑线后段(距载舰约300m)，高度57m、速度51km/h，飞行员上提总距，旋翼转速急剧减小，高度很快降到16m左右。

直升机下降过程中，其势能转化为旋翼动能，相当于增加了发动机可用功率。以某型机单发着舰为例，直升机重量G=10t，平均下降率Vy=2m/s，则转化的功率为：△N=G*Vy=266.6马力。在经济速度附近，对应的速度变化约为30km/h。

某型直升机经济速度为100 km/h ～120km/h，考虑到下降率的影响，最小速度70km/h对应的所需功率接近最小功率，因而下滑过程中该速度能满足旋翼转速稳定的要求。

2.3 预防涡环对单发着舰最小下滑速度的限制

由于某型直升机悬停时旋翼的诱导速度较大，因而进入涡环状态的速度也较大，为50km/h，对应下降率Vy≈4m/s。因此，限制单发着舰最小下滑速度为70km/h，也有利于预防单发着陆后段进入涡环状态。

3 单发着舰对舰船合成风的要求

某型直升机规定：单发着舰时指挥载舰快速形成20°～30°、18m/s～20m/s(侧风角30°，逆风分速56km/h～62km/h)的合成风[2]。这包括了“同速”平飞进舰和甲板涡流特性的共同要求。

3.1 “同速”平飞进舰对舰船合成风的要求

“同速”平飞进舰是指直升机接近舰船时，直升机平飞空速与舰船的合成风速接近。

显然，即便考虑到甲板涡流及机库遮挡对旋翼效率及所需功率的影响，上述合成风速的逆风分速(56km/h～62km/h)与直升机重量不超过9.6t时能单发“同速进舰”的速度55km/h吻合，也可以说是逆合成风速的最小值。

3.2 甲板涡流特性对舰船合成风速、风向最大值的限制及确定

舰船合成风速、风向还影响到甲板涡流特性、直升机进入甲板后的操稳特性及动态反应。通常，此要求通过具体机-舰组合的“着舰风限图”体现。某型直升机缺乏“着舰风限图”，应根据甲板流场规律并结合机型特点分析，确定风速及风向的最大值。

综合国内风洞试验和实测结果，舰船甲板流场特性及影响有如下基本结论[3，4]：

1)舰船机库对甲板流场影响最大；机库后部的低压“涡流区”(主要包括下洗区、侧洗区)对着舰影响较大。

如图2a，正逆风时，受机库遮蔽影响，甲板上方形成较大的下洗气流区，使旋翼锥体前倾，直升机“前冲”。同时，如图2b，受低压“涡流区”影响，靠近舰体一侧的气流向内偏转，形成侧洗气流区。

图2 正逆风时甲板上方的下洗区、侧洗区

如图3，逆侧风时，迎风一侧甲板上空有较强上洗流、侧洗流；背风一侧有较强的涡流负压区，直升机易产生摇晃。

图3 逆侧风时甲板上方的上洗流、侧洗流

可见，分析甲板涡流特性对舰船合成风速、风向的限制时，应根据机型的气动、操稳特点，权衡直升机“前冲”和摇晃两方面的影响。

2)不同合成风速、风向对甲板流场的影响。

风向角β一定，合成风速增加时，流场分布规律变化不大，但涡流强度增强。

β变化时，流场分布规律明显变化：β=0°，“下洗区”几乎覆盖整个甲板。β>30°，“下洗区”不再覆盖着舰点—有利，但“侧洗区”和“上洗区”逐渐增大—不利。

某型直升机着舰实践证明，20°～30°、18m/s～20m/s的合成风，考虑到了其对上洗流、侧洗流及侧风的动态反应特性，并权衡了“前冲”和摇晃两方面的不利影响。

4 直升机单发着舰下滑轨迹的控制

4.1 对某型机单发着舰下滑轨迹控制规定的分析

某型直升机单发着舰轨迹规定如下：进入着陆航向时固定下滑角约15°，高距比约为1:5，下降率约5m/s；飞行速度70km/h～140km/h；高度35m～30m，增大总距减小下降率，控制好下滑角，保持好下滑线[2]。

上述规定的特点是，下滑线高(正常下滑线高距比约为1:10)，总距较小，着舰过程中复飞的余地大。但同时也存在如下不足：一是下降率大，留空时间短，下降过程中旋翼转速大，且退出下滑或复飞的所需功率大。实际上，各型直升机都对下降率做出了明确规定，如米-171直升机单发下降率不大于3m/s；直九直升机单发正常下滑下降率不大于3.33m/s，单发进场不大于2.5m/s。二是下滑线与正常情况的差别大，飞行员操纵判断不习惯。鉴于此，以下结合某型机单发性能特点对此问题做一探讨。

4.2 下滑速度的选择与下滑轨迹控制的探讨与建议

如前述，某型机在“起飞”状态，飞行重量10t，在国际标准大气条件下，单发平飞的最小速度接近60 km/h。可见，该机在上述条件下以70 km/h的最小下滑速度能够保持平飞，这也得到了单发着舰实践的证明。

这意味着，该机在单发着舰下滑过程中，在规定的速度范围内可根据需要调整下降率、高距比。因此，笔者建议，单发着舰时，飞行员可根据当时的重量、气温和好发动机状态，以经济速度和单发平飞最小速度为参考，试着找出能单发平飞的实际最小速度；然后以大于该速度、接近正常下滑线下滑；在略高出正常拉平的高度，带杆减速度，并增大总距，减小下降率。这种方法可避免原规定的不足，便于飞行员操纵。

4.3 下滑后段速度过小时对旋翼转速与下滑轨迹的控制

如前述，单发着舰下滑后段速度过小，特别是大载重时，上提总距杆易导致旋翼转速与飞行高度在短时间内明显下降，严重威胁飞行安全。因此，应注意前半段保持好下滑参数，为后半段创造好条件。若后半段速度过小、高度偏低时，上提总距杆应非常柔和，以“小台阶”型分段逐步增加。

4.4 单发着舰下滑控制基本原则

上述表明，单发着舰下滑控制基本原则可归纳为：试出最小速度，接近正常下滑线，防止速度、转速超限。即鉴于性能计算数据的前提条件与实际条件的差异，飞行员应根据当时的条件，以经济速度和单发平飞最小速度做参考，试出单发平飞的实际最小速度；然后以大于该速度、接近正常下滑线下滑；下滑中防止速度、旋翼转速小于限制值。

5 结束语

1)单发着舰操控的三个重点是旋翼转速、好发动机状态及飞行状态。其中，飞行状态(主要是下滑速度)是前提和基础，旋翼转速是重点。

2)“同速”平飞进舰，着舰后段旋翼转速控制及预防进入涡环都对最小下滑速度提出了限制，单发着舰时应注意遵守。

3)“同速”平飞进舰与甲板涡流特性对舰船合成风速、风向提出了限制。单发着舰时应积极创造条件形成规定的舰船合成风速、风向。

4)某型直升机符合单发着舰条件时，按“以大于单发平飞最小速度、接近正常下滑线下滑；在略高出正常拉平的高度，增大总距减小下降率”的方法控制下滑轨迹，较为方便、实用。

5)单发着舰下滑控制基本原则：试出最小速度，接近正常下滑线，防止速度、转速超限。

[1] 桑雨生.直升机飞行力学[Z].陆军航空兵学院,2004.

[2] XX直升机特情处置手册[Z]. 中国人民解放军92074部队.

[3] 顾蕴松,明 晓.舰船飞行甲板真实流场特性试验研究[J].航空学报,2001,22(11).

[4] 赵维义.王占勇.舰船空气尾流场对直升机着舰的影响研究[J].海军航空工程学院学报.2007,22(7).

Analysis of Operation of Helicopters’ Single-engine Landing of Twin-engine Carrier-based Gliding

FEI Jingrong1，WU Tiegang2， CAO Zhumei1

(1.Flight Theory Department of Naval Flying Institute，Huludao 125001，China；2. PLA Unit 92074，Ningbo 350006 ，China)

On the basis of sketching the operation principle of helicopters’ of single-engine flying, and combing specific examples and characteristic features of a type of helicopter’s single-engine landing of twin-engine carrier-based, this thesis analyzed minimum gliding speed limitation and requirements of warship synthesis wind of single-engine landing of twin-engine carrier-based flying， calculated rate of desent’s effects on the power and minimum gliding speed. In the end, the author put forward perfect suggestions about choices of gliding speed and control of gliding trajectory combing regulations of a type of helicopter’s single-engine landing of twin-engine carrier-based，summarized basic the operation principle of the single-engine landing of twin-engine carrier-based flying.

helicopters’ Single-engine Landing of Twin-engine Carrier-based； gliding；control method；flight safety

2014-09-25

本文由2012装计475号课题资助。

费景荣(1966-)，男，山西稷山人，本科学历，教授，主要研究方向：直升机飞行技术与飞行安全。

1673-1220(2015)04-030-04

V328

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