某轻型直升机加装灭火水枪设备试飞技术工作研究

俞东锋 张裕兵 常建龙

摘 要：目前国内通航公司为适应市场，对加改装设备需求很大，改装新设备的装机验证和试飞工作，能够提供设备装机符合性的支撑资料，也能为后续设备使用提供作业规范建议和参考。文章基于某轻型直升机平台加装灭火水枪设备功能试飞技术工作，介绍试飞工作的设计要求和组织实施程序，总结相关经验，以期对同类设备的后续加改装试飞技术工作提供参考和借鉴。

关键词：灭火;限制;火场;性能;影响

文献标识码：A

Research on Test Flight of a Light Helicopter Equipped with Water Gun

Yu Dongfeng Zhang Yubing Chang Jianlong

Changhe Aircraft Industries Group Co.，Ltd.， JiangxiJingdezhen 333002

Abstract：At present，in order to adapt to the market，there is a great demand for retrofit equipment by domestic navigable companies，airplane modification increase a lot.The test flight of modification provides supporting material of conformance，and advice on equipment usage.This paper introduces the procedure and design considerations of water gun function test flight，summarizes experience and shortcomings，in order to provide reference for the same kind of work.

Key words：Fire-Extinguishing;Limitation;Fireground;Performance;influence

随着通航“放管服”改革的深入和国家相关扶持政策的相继出台，通航产业在国内蓬勃发展。载机加改装成为通航公司扩展平台功能，适应市场需求的必要工作。而直升机作为优质的通用多功能平台，成为通航公司加改装的首选。市场上主要加改装涉及电力巡线、农林喷洒、消防灭火、警用防爆、地质勘探等。

直升机灭火设备目前在国内需求较大，此类设备加改装成功案例，有直接引进的俄罗斯Ka-32加装的水炮系统，昌飞公司AC313型机加装的水炮系统，以及哈尔滨飞机的H425型机加装水炮系统等。这些直升机加装灭火系统后，具备城市高层灭火以及巡逻灭火功能，为其功能扩展和销售市场开拓提供助力。本文基于某轻型直升机平台加改装灭火设备技术工作进行展开论述。

1 灭火水枪设备介绍

该平台加装的灭火设备为灭火水枪，类似哈尔滨飞机H425系列灭火系统，如图1。

图1 H425水炮系统

设备主体由机腹式水箱、动力源、管路系统组成，通过悬吊方式安装于起落架下方位置，设备组成和安装示意如图2。设备控制系统处于座舱内部。

图2 设备组成和安装示意

2 试飞工作

2.1 试飞准备工作和限制制定

2.1.1 设备装机论证

加改装设备在装机前，都需要对装机试飞的影响进行充分论证。灭火水槍装机主要进行载荷强度分析和重量重心分析。

（1）载荷强度分析。载荷和强度是为试飞安全提供支撑的必要条件，主要考虑设备自身的强度情况以及设备的安装形式、安装接头强度和试飞载荷。根据CCAR27部第27.337条限制机动载荷系数要求，旋翼航空器设计至少应满足下述规定之一：①从正限制机动载荷系数3.5到负限制机动载荷系数-10的范围;②任一正限制机动载荷系数不得小于2.0，负限制机动载荷系数不得大于-0.5，但：a.需用分析和飞行试验表明超过所选取系数的概率极小;b.所选用系数对在设计最大重量和设计最小重量之间的每一重量情况是适当的。

设备安装形式的选择和安装性能参数直接影响直升机的试飞机动动作。该设备安装接头强度考虑该机型实际试飞能够达到的最大2.7g正过载和-0.8g负过载并增加一定的安全裕度，在试飞时不存在因结构安装引起的限制。设备自身的性能也限制试飞机动，例如设备各个方向的强度，变形的极限载荷。在没有较为准确的实验数据情况下，可通过一些工程绘图软件进行简单预计算。或者直接采用经验方法，借鉴国内外同类设备的试飞限制要求。该灭火水枪设备借鉴国外同类机腹式水箱设备的限制要求，限制最大试飞速度90kts，坡度40°，同时要求试飞柔和操纵，不得进行俯冲拉起等大过载机动动作。

（2）重量重心分析。重量重心是试飞运行直接相关的重要参考因素和控制变量。水枪设备因为其带水箱，加注液体后会导致整体设备的重心变化，需要进行水枪设备重量-重心曲线标定实验，重心位置应以相应载机机体坐标系为基准，如图3所示：

图3 重量-重心标定实验结果示意

在简易条件下，重量-重心分布可直接采用空箱和满箱状态数值进行线性计算，其数值和对载机整体重心影响偏差并不大。灭火剂种类不同时需考虑密度因素。

完成设备的重量重心分析后，应与直升机进行组合，计算各可能达到的重量重心极限状态。此次灭火水枪试飞极限状态计算情况如图4，并未出现超出飞行包线情况。

图4 重量-重心分析结果

如出现超包線情况，则需真题分析并在更改构型中增加相应的固定配重以满足各试飞状态下的重量重心需求。

2.1.2 设备装机地面测试

（1）功能测试。设备装机完成后，需进行功能测试。功能测试主要根据设备使用说明书和性能手册，进行设备的装机匹配性测试。水枪设备检查设备的启停和水量调整功能，定量的性能数据包括最大流量（即喷水时间/速率）、地面射程，在允许的条件下还可以测量压力损失和出口压力。对于设备的其他功能，例如观瞄装置等应协同进行测试。该设备具有喷口可调功能，在地面进行了操作验证。

（2）匹配性测试。设备功能验证后，进行设备在直升机上的装机协调性测试。主要包括振动测试和电磁兼容检查工作。

在有条件情况下应进行固有频率的测试以防止共振，至少应在座舱地板、仪表板和相关结构部位增加振动传感器以监测振动变化情况。设备的工作情况应在直升机开车情况下进行测试，确保设备工作不产生对直升机（电气、电磁兼容）和驾驶员（视线和操作、噪音）的干扰，设备能够正常工作。振动正常或影响较小。

完成这些基本的测试和论证，对出现的问题进行隔离和处理，并制定相关试飞限制和注意事项，设备装机试飞的准备工作就基本完成了。

2.2 试飞任务设计和实施

2.2.1 试飞任务设计

试飞任务的设计，应当根据实际验证需求程度情况来进行综合统筹。试飞任务设计采用先易后难，逐步深入的方式进行顺序安排和任务量分布。试飞限制可直接借鉴已有经验，在限制内能够满足作业需求和试飞需要，就不需要验证边界性能。通过放弃一部分需要额外的大工作量验证或者风险试飞验证的性能，以保证快速高效完成试飞工作，也是通航加改装设备试飞可以参考借鉴的。

该设备试飞根据用户要求仅需要验证水枪设备的功能和装机协调性，携带水枪设备作业也不需要大机动或者极限性能，不涉及边界性能的验证，因而对试飞任务进行了简化。

一般试飞程序先进行设备不工作的检飞，以检查直升机的相关振动和设备结构安装的可靠性，降低设备首次加改装试飞的风险。

完成检飞后，进行基础的设备功能检查和性能测试。水枪设备在空中试飞时，水枪工作情况受旋翼下洗流和水枪喷头角度影响，射程不同，且空中灭火情况和地面不同，飞行员和灭火操作员应进行充分训练和熟悉。此项试飞工作可多次进行，以保证熟练度，同时检测设备性能情况。水枪设备性能检查记录形式如下表：

水枪设备性能情况如果不达标，则需要进行相应优化以保证空中灭火作业的需求。该设备因为出口压力偏小，首次检查空中射程不达标，因而对喷口进行了改进。改进后水枪射程增加，而流量影响很小。

完成设备装机的调整和调试后，可以进行相应的爬升、平飞、下滑、转弯等基本操作，以使飞行员适应设备装机带来的可能的直升机操纵上的影响。

最终任务即为直升机灭火演示。

2.2.2 灭火演示实施

（1）火场布置。火场布置工作是灭火演示工作成功的关键。火场应设置在远离风险点和居民区的空旷地带，并对火点周边进行监控和可燃物的清除，防止火势意外扩大。

按起火物区分，火可分为五种，分别是由普通燃烧物、易燃液体、电气设备、易燃金属、易燃气体引起的火情。这些火对应的燃烧情况和灭火剂种类各不相同，需要根据设备功能情况和实际作业需要综合考虑。该设备是带机腹式水箱的灭火水枪，灭火设备和灭火剂种类适用于普通燃烧物的灭火（如木材、布、纸等），因而火点的燃烧物应由这些材料组成。

火场除火源外，还需进行火势的控制，例如火点的面积、数量，堆积程度，火焰高度等，这些都需要综合考虑，以恰当充分实现设备功能的验证。

（2）应急预案。灭火作业属于特种作业，存在一定的风险系数。必须制定相应的应急预案。应急预案分为空中和地面两部分，空中主要指导飞行员进行规范操作以及应急处置，例如面对火场的烟雾、不稳定气流、火势的突变和火场突风等特情处置;地面主要是给地面保障工作提供相应人员设备的准备建议，在应急情况下的协同指挥、灭火、救护作业指导等。

该设备灭火演示采用空、地、塔台协同指挥，总指挥设在火场。火场现场有消防车和救护人员待命，火点由专门的消防人员控制。空中应急处置方案经过充分论证并与飞行员进行沟通。火场现场布置示意如图5：

图5 火场布置图

（3）试飞实施。在进行充分准备和训练，现场查看和熟悉，地面保障到位，相应风险分析、风险控制措施实施后，飞行员进行实际灭火作业。

飞行采用高点接近方式接近火点。在接近火场时，飞行员需判明风向，逐步盘旋降低高度接近火场，风向不稳定情况下不应接近火场。在飞行员能够辨识火点的情况下，应进入上风，在上风侧风向接近火点。一般大火影响高度可达15～20m，应当控制高度在20m以上接近。试飞采用50m高度接近，20m高度灭火，以保证直升机的安全。