直升机高原滑跑起飞性能试飞技术研究

宋招枘 高卫东 赵敬超

摘 要：文章研究了高原条件直升机滑跑起飞的试飞技术，提出了估算不同海拔高度机场最大滑跑起飞重量的方法，并给出了一种高原滑跑起飞飞行试验流程，以提高试飞效率并降低试飞风险。通过实际试飞验证表明该方法有效实用，具有很好的应用价值。

关键词：直升机；飞行试验；滑跑起飞；高原

中图分类号：V323 文献标志码：A 文章编号：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

直升機可能的起飞轨迹主要取决于悬停状态以及前飞状态的剩余功率。直升机在有限的剩余功率情况下可以以不同的起飞轨迹完成起飞，但这些轨迹的飞行高度和飞行速度可能有明显的差异，因而起飞距离和有效载荷是不同的，直升机工作场地的大小决定着直升机的起飞方式以及起飞距离，有效载荷则决定着直升机的工作效益。

直升机起飞方式包括垂直起飞，有地效（直升机式）起飞以及滑跑起飞（飞机式）三种，军用直升机起飞试验的目的是要确定某一给定状态的直升机飞越一定高度（15m）障碍物所需的起飞距离和最佳起飞轨迹。在某些条件下，如大飞行重量、高温、高海拔等情况下，发动机可用功率降低同时直升机悬停需用功率增大，此时直升机不具备垂直起飞以及有地效起飞的能力，因此在起飞场地没有障碍物且平坦的条件下，可采用滑跑起飞。不同的起飞方式也决定了直升机有效载荷的大小，采用滑跑起飞可以增加直升机的有效载荷，滑跑起飞要求的剩余功率较小，在大负载情况下直升机可以采用滑跑起飞方式起飞，这也是滑跑起飞的意义。

本文针对军用直升机滑跑起飞性能进行了研究，对军用直升机不同重量越障15m高度的滑跑起飞距离及对应的离地速度和不同海拔高度最大滑跑起飞重量进行了分析研究，这对高原机场跑道建设，以及实际使用中载货情况的优化具有很重要的实用意义。

1 理论分析

滑跑起飞轨迹如图1所示，采用剩余功率法进行性能估算。直升机剩余功率是指直升机可用功率与直升机悬停、平飞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？驻P等于发动机可用功率PA减去爬升状态下平飞需用功率PS，即

？驻P=PA-PS （1）

到目前为止，在进行滑跑起飞试验之前估算直升机的最大滑跑起飞重量方法计算都不准确，不能在试飞前提供可靠依据，本文提出一种新的起飞方式进行滑跑起飞试验，并运用无量纲的数据处理方法得到直升机的最大滑跑起飞重量的计算方法。

2 风险分析

在大重量的滑跑起飞试验时，可用于爬升的发动机剩余功率很小，同时直升机部分操纵位移也有可能达到或接近极限位置，所以，在爬升的过程中若起飞重量、爬升速度选择不合理或者飞行员操纵不当很有可能发生危险，因此在大重量的试飞中速度大小的选择以及飞行员的应急处置至关重要。

在起飞过程中，一旦发动机出现比较严重的故障，如果没有选择合理的处置方案也会发生严重的飞行事故，因此，在进行滑跑起飞的时候，应选择合适的起飞方式，比如直升机的离地速度范围以及直升机离地后需要等速爬升。除此之外，进行试飞时应尽可能选择足够长的跑道及离场净空条件，以应对出现OEI。

对于滑跑试验，机轮刹车使用的频率相当之高，刹车的可靠性需要在起飞前进行滑跑试验检查。

3 试飞流程

起飞性能试验一般选择不同海拔高度的场地、大气环境条件、总重，以一定的增量完成从小到大一系列不同空速和功率状态组合的起飞试验。根据现有的试验场地条件，选取了两个海拔高度来进行起飞着陆的试验，由此可以得到各个海拔高度机场的最大滑跑起飞重量，以及对应的滑跑起飞距离，这对实际使用有很重要的意义。本文提出了一种估算不同海拔高度的最大滑跑起飞重量的方法，以不同的起飞重量起飞，控制离地速度及爬升率，由此得出直升机的功率系数与拉力系数的变化曲线，因此可根据发动机的可用功率推算出最大滑跑起飞重量。

基于上述的试飞目的，设计相应的试飞流程如下：

（1）在进行正式的滑跑起飞试验之前，需进行地效内悬停和前飞试验，可以获得悬停加速段悬停的拉力系数-功率系数的试飞结果，并在此基础上获得不同重量，气压高度及不同温度下的地效内剩余功率。

（2）为了保障飞行安全，在进行正式的滑跑科目之前，对飞行员进行大量的滑跑起飞科目训练，以确定直升机的爬升轨迹。

（3）进行小重量的滑跑起飞试验，在科目飞行过程中，控制风速在3m/s以内，基于经验修正外界因素（如风）对试验数据结果的影响。

（4）进行最大滑跑起飞重量飞行试验的时候具有一定的风险，因此在不同气压高度上进行平飞试验，从小重量到大重量，爬升率限制在1m/s以内，爬升速度为80km/h，根据平飞需用功率曲线预测计算其功率余量，用以预测评估直升机在不同的高原机场的最大滑跑起飞重量。

（5）进行大重量的滑跑起飞试验，以尽可能的使用发动机可用功率为原则，根据流程（4）估算的最大滑跑起飞重量慢慢摸索，得到最佳试飞结果。

4 试飞结果分析及结论

4.1 不同重量和爬升速度的水平越障距离

以某型直升机进行飞行试验，试验机在不同海拔高度进行不同飞行重量，不同剩余功率和不同离地速度的试飞试验，使用地面加速-定速爬升起飞轨迹完成试验。从图2和图3的曲线可以看出，随着离地速度的增加起飞距离增加。

试验结果给出了大速度时起飞距离随离地速度的变化关系，随着离地速度的减小，起飞距离减小，但是当速度小于某一速度值并进一步减小时，起飞距离反而会迅速增大，因此，起飞距离随离地速度的变化曲线应该呈现马鞍形，因为小速度在回避区之内，在进行滑跑起飞之前应该先确定了滑跑起飞轨迹，应该在滑跑起飞过程中避开回避区。除此之外，直升机在小速度飞行时需用功率会迅速增大，直升机在拉起时会存在拉起后又回到地面的情况，对飞行员的心理是一个很大的挑战，所以本文不进行小速度的滑跑起飞试验。

4.2 最大滑跑起飞重量结果

在进行滑跑起飞飞行试验时，一般要试验其滑跑起飞方式下的最大起飞重量，但在目前为止，并没有一个可以参考的理论依据，每次的滑跑起飞试验都是一点一点进行摸索，这对于飞行员来说是一个巨大的心理挑战，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飞重量的方法，即在实际滑跑起飞过程中，选取不同的起飞重量，要求每次起飞时离地速度为80km/h，在爬升过程中控制爬升率在1m/s左右，试验中选取了5000kg～5600kg重量范围的不同重量进行滑跑试验。将试飞结果无因次化得到爬升过程中的CT-MK曲线见图4，该曲线给出了滑跑起飞的拉力系数和功率系数的关系，运用此关系可以给定不同海拔高度发动机的最大可使用功率反推出不同海拔高度机场的最大滑跑起飞重量。

这里估算了ISA+20℃状态下不同海拔高度的最大滑跑起飞重量，根据已有的估算结果，可以得到在3000m高度，估算最大滑跑起飞重量为5860kg，但是在实际的滑跑试验中起飞重量不会与理论值精准的一样，并且为了安全起见实际使用的发动机功率会略小于起飞功率，所以按照不同的起飞功率以下的可用功率估算了不同功率对应的起飞重量，滑跑起飞的某估算点与实际的飞行结果吻合良好。在实际飞行过程中，为了控制飞行风险，实际可用功率只用到了75%左右，实际最大起飞重量为5560kg，预测估算值与飞行结果吻合良好，误差在1%以内，证明了该估算方法正确有效，该试验的流程有效避免了试飞风险。

5 结束语

本文提出了最大滑跑起飞重量的估算方法，依据本文的试飞方法和试飞流程圆满完成了滑跑起飞试验科目，给出了某型机滑跑起飞的试飞结果，根据实际试飞数据可知估算方法可靠有效，并在实际试飞中有效规避了风险，减少了试飞员在摸索最大滑跑起飞重量试验中的心理压力，这一方法解决了以往滑跑起飞试飞科目中对最大滑跑重量没有理论参考的问题，对现有的直升机性能的试飞技术具有重要的意义。

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