直升机夏季飞行特点及性能限制的研讨

祁杰

摘 要：在我国夏季气候特点中，太阳直射点持续处在赤道以北，高温、高湿、高密度高度等天气环境对直升机的性能安全有重要影响，夏季飞行特点对直升机性能限制的研究主要从温度、雷雨、低空风切变为出发点，开展对夏季飞行直升机悬停性能、起飞性能、爬升性能三方面的研讨，分析直升机夏季运行具体情况，并根据机载手册和运行手册的要求，把握性能限制余度，降低直升机夏季作业飞行或训练飞行时的性能风险。

关键词：夏季;直升机飞行;性能限制

中图分类号：V212.13 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）06-0070-02

0 前言

在我国北半球的夏季气温高是最明显的气候特征，夏季日照强烈，气温升高较快，副热带高压的强势北移与西南季风的影响，早、晚气流较平稳，中午多对流云加强，气流不稳，天气多变，时有雷暴、阵风、阵雨等出现，在这种特点的环境飞行中，对直升机性能进行测算是非常重要的，这样可以让飞行员建立很好的情景意识，了解直升机能载重多少起飞，直升机飞至预定着陆区在当时特定的温度和海拔下，直升机的飞行包线、巡航性能、机动性能高、起飞着陆性能是否在安全范围。

1 直升机性能限制的分析

直升机性能的限制主要是发动机输出功率与主旋翼系统产生的升力，尾桨系统也产生少许推力，影响其发动机输出功率和旋翼系统效率的因素都会对直升机性能产生影响，现主要从温度、雷雨、风切变三个方面来分析夏季飞行对直升机性能的影响。

2 温度

（1）夏季我国普遍温度较高，大部分地区的平均气温在20℃--28℃之间，等温线稀疏，南北温差相对接近，温度的变化是影响密度高度同步变化的主要因素，当夏季到来温度升高，暖空气受热膨胀时，空气分子之间的间隙会增加，单位体积内的空气分子含量就会相对而言减少，大气压力降低，从而导致空气的密度降低，所以高温可能导致在较低的标高下，下垫面具有很高的密度高度，在直升机性能限制中，温度的变化会对直升机运行的悬停性能、起飞性能、爬升性能产生影响

（2）高温对直升机悬停性能的影响。1）温度的升高会使发动机散热效果不佳，滑油温度偏高，直接影响发动机输出功率，在同等的使用直升机总矩杆前提下，输出功率减少。2）夏季温度升高，直升机单位体积的发动机进气量减少，需要更多的使用功率才能进行有效的悬停，在同等重量等条件下飞行，直升机的可用剩余功率减少，直接降低了直升机性能限制的安全余度。3）夏季温度升高，空气密度减低，根据升力公式L=1/2CyρV2S，空气密度降低，会导致升力下降和地面效应减弱，从而降低了有地面效应悬停和无地面效应悬停的升限高度，影响直升机垂直起降性能。

（3）高温对直升机起飞性能的影响。1）从稳定悬停到正常起飞向前推周期变距杆过程中，旋翼桨盘向前倾斜，造成高度损失，直升机有下沉趋势。此时上提桨矩制止下沉，但由于高温造成空气密度降低和发动机输出功率减少，此时需要上提更多的总矩杆来制止直升机下沉，造成直升机功率使用在阴影区内，严重可能会造成飞机触及下垫面，增加了安全风险。2）由于高温的影响，大气压力降低，导致空气密度减少，直升机起飞过程中流经旋翼的单位水平方向气流流量减少，导致直升机通过过渡速度时，获得的有效过渡升力降低，不利于直升机更好地完成起飞增速。

（4）高温对直升机爬升性能的影响。1）温度高会增加旋翼转速降低和桨叶失速的风险，大气压力降低和空气密度的减少，会造成直升机升力的下降，飞行员通过增加总矩杆来试图保持相同的升力，随着总矩杆的增加，旋翼桨叶角增加，阻力也随之增加，当发动机输出功率不足以维持住旋翼转速时，旋翼转速开始下降，紧接着直升机开始下降，在下降过程中桨叶迎角增加，在某一点上，桨叶的迎角增加量超过了临界迎角导致直升机形成桨叶失速，从而超过直升机性能限制，不利于安全飞行。2）由于高温引起的直升机性能变差，使直升机最佳爬升梯度和最大上升角性能减弱，即使使用机载手册推荐的最佳爬升率和最大上升角的有利速度进行爬升，也不能在单位时间内爬升到达额定高度，同时也不能在额定距离内获得最大越障能力。

3 雷雨

夏天显著的天气特点是对流运动强烈发展，会出现积雨云等一系列蕴含雷暴和降水的云体，雷暴的形成需要三个基本条件：明显的不稳定气层、空气中含充沛的水汽、较大的冲击力，一般雷暴的单体生命史有三个阶段分别是积云阶段、成熟阶段、消散阶段。三个阶段对直升机性能主要是起飞、爬升阶段影响较大，这里就不进行悬停阶段的研讨了。

3.1 雷暴对直升机起飞、爬升性能的影响

雷暴的积云和成熟阶段主要是内部的上升气流随高度的增加而增加，雷暴成熟阶段以强烈的阵风等颠簸形式出现，直升机在颠簸环境中运行首先会降低直升机操纵系统的有效性，不利于在颠簸环境下对直升机的准确控制，气流的不稳定会降低直升机空气动力的流线型，旋翼和尾桨系统会产生更多的乱流，从而降低直升机性能。以罗宾逊R44直升机为例，R44直升机存在主轴碰撞的自身特性，在颠簸环境进行爬升过程中，如果飞行员过度的向前推周期变距杆进行修正姿态，将会使直升机陷入低过载的情形，在这种环境下会进一步加剧直升机发生主轴碰撞的几率。

3.2 降水对直升机起飞、爬升性能的影响

（1）降水增加了空气水汽的含量，空气湿度的增加将减少单位体积内空气的含量，发动机进气量减少，使得直升机的性能在相同总矩行程下产生的功率降低。

（2）降水使得直升機在机身产生了水膜吸附层，增加了摩擦力等废阻力，进一步增加了功率的消耗，降低了可用剩余功率，同时旋翼系统表面产生了一层水膜层，降低了旋翼表面的光洁形态，使得在同样的进气压力或扭矩的前提下产生更少的升力，从而降低了直升机起飞和爬升性能，不利于起飞后获得更好的越障和额定距离爬升到指定高度。

4 低空风切变

我国夏季空气对流运动加快，直升机飞行在中低空域占大多数，低空风切变是威胁直升机性能安全的因素之一，分切变是指空间内两点之间风的矢量差，及在同一垂直高度或不同水平空间点在短距离内风向和风速的变化，根据飞机运动与风的相对运动矢量不同，可以将风切变分为四种，及顺分切变、逆风切变、侧风切变、垂直风切边，现将进一步分析低空风切变对直升机运行的悬停性能、起飞性能、爬升性能产生影响。

4.1 低空风切变对直升机悬停性能的影响

直升机受空气动力的影响，应该迎风进行悬停垂直起降，低空风切变将会改变直升机相对于风的运动矢量，降低直升机的气动效应，对直升机尾桨系统性能高产生气流干扰，造成直升机方向不稳定并伴随抖动，加剧直升机可能进入尾桨涡环风险，严重可能造成低空姿态不稳定。

4.2 起飞性能、爬升性能的影响

直升机在起飞爬升阶段，如遇到顺风切变会造成飞机空速减小，升力下降，使直升机出现下沉，同样的功率使用却产生更少的飞行性能。（如图1）

在逆风切变会造成直升机在起飞爬升中空速增加，造成机身陡然抬升，改变飞行轨迹，增加直升机机身应力。（如图2）

侧风切变和垂直风切变具有很强的猝发性，会让平稳状态的直升机突然滚转或下沉，直升机空气动力受干扰，主旋翼升力不平衡，出现机身出现抖动，常出现严重事故。（如图3）

5 结语

综上所述，通过对直升机夏季飞行特点及性能限制的研讨，将夏季的气候特点归纳到温度、雷雨、低空风切这三点，从直升机悬停性能、起飞性能、爬升性能三方面的进行研讨，应注意到危害飞行安全的因素，结合气候特点，做好飞行前四个阶段，随时做好飞行特勤相关预案，及时脱离险境，不应存在侥幸屈从心理。

参考文献

[1] 关立欣，等.直升机飞行指南[M].成都：西南交通大学出版社，2013.

[2] 黄仪方，等.航空气象[M].成都：西南交通大学出版社，2011.

[3] 刘晓明，等.飞行性能与计划[M].成都：西南交通大学出版社，2003.