国外舰载直升机自动过渡功能飞行试验安全风险分析

巩鹏潇 左思佳

摘  要：自动过渡为舰载直升机提供了一种在海面上空从预定高度和速度点自动过渡飞行到低高度悬停点的精确控制功能。文章介绍了国外舰载直升机自动过渡功能的工作原理，并通过对工作过程及工作环境的分析，识别出了试飞风险，给出了设计建议及试飞安全策略，可为国内该功能的研发提供参考。

关键词：直升机;飞控系统;自动过渡;试飞风险

中图分类号：V249         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）04-0078-02

Abstract： Automatic transition provides a precise control function for shipborne helicopter to automatically transition flight from predetermined altitude and speed point to low altitude hover point over the sea surface. In this paper， the working principle of automatic transition function of foreign shipborne helicopter is introduced， and through the analysis of working process and working environment， the flight test risk is identified， and the suggestion for the design and the strategy for flight test safety are given， which can provide reference for the research and development of this function in China.

Keywords： helicopter; flight control system; automatic transition; flight test risk

引言

艦载直升机以舰船为基地，主要在海上活动，按照所执行的主要任务可分为舰载反潜直升机、舰载运输直升机、舰载预警直升机等类型。目前世界各国装备的舰载直升机以通用型为主。自动过渡功能，是一种使直升机自动由飞行状态过渡到悬停状态和自动保持悬停状态的自动控制功能，极大减小了舰载直升机执行海上悬停任务时驾驶员的操纵负荷，是执行昼夜间海上悬停必不可少的功能。国外先进的舰载直升机基本都具备该功能，比如美国的SH-3“海王”直升机、SH-60“海鹰”直升机，法国的SA321“超黄蜂”直升机，英国和法国联合研制的“山猫”直升机等，不过关于国外该功能飞行试验的资料由于技术封锁等原因无法获得。本文通过对国外自动过渡功能工作原理进行分析，结合海上工作环境，初步识别出了试飞风险，给出了设计建议及试飞安全策略，可为国内该功能研发提供参考。

1 自动向下过渡功能介绍

国外舰载直升机在执行自动向下过渡飞行时，通常要求高度轨迹先按抛物线规律下降，当下沉速率累积到一定值时，按该下沉率线性下降，在高度变化过程中地速的变化以某种负加速度线性地减速。为使自动过渡更为平稳，在接近悬停高度时，高度改为按指数规律拉平，当接近零速时，速度也改为按指数规律减速到零，以实现轨迹拉平后自动悬停[1]。自动向下过渡功能一般采用俯仰轴控制纵向地速，用总距轴控制高度，过渡过程中横滚轴一般处于速度稳定模态，航向轴处于航向保持模态。自动过渡过程简图如图1。

2 安全风险分析及设计建议

自动过渡功能是一种复杂的飞行自动控制过程，需要俯仰、滚转、航向及总距4个通道协同工作，工作时直升机贴近海面且飞行状态变化很大，系统设计缺陷、复杂的气象和海情、直升机故障等都会给试飞带来很大的风险。

直升机自动向下过渡过程贴近海面且飞行状态变化大，一旦直升机发动机或旋翼系统出现故障，飞行员可用的反应和行动时间很短，此时如果人工介入操纵不及时，直升机有坠海的可能。应选择可靠性高的发动机及旋翼系统，装配至少双台发动机，提高出现单发故障时直升机的机动能力。

在自动过渡飞行过程中，若因总距通道控制不当引起垂直下降速率过大，会使直升机进入涡环危险区域，可能引发直升机不可控坠海。设计时，应设定较小稳态下降速率，避开涡环危险区域包线，并尽量提高下降速率的控制精度。

自动向下过渡最终悬停高度很低，在海上工作时若直升机高度低于旋翼直径，旋翼下洗气流拍击海面形成的水汽可能打湿座舱玻璃，影响飞行员视野;若高度再降低，在大海况下海浪甚至有可能打到旋翼，它会给试飞带来灾难性后果。设计时应合理设置悬停工作高度，尽可能在地效外悬停，减小下洗气流冲击海面造成的负面影响。

当直升机以较低高度掠海飞行时，无线电高度表测得的高度信息中有较强的海浪噪声干扰[2]，自动向下过渡功能将无线电高度信号加到了高度通道中，控制不当会引起直升机随海浪起伏而颠簸，海浪过大时有引发振荡的风险。设计时，应加入海浪滤波模块，避免海浪波动影响直升机前飞及悬停的工作稳定性。

3 试飞安全策略分析

自动过渡功能的研发，应进行充分的数字仿真及半物理仿真试验。进入飞行试验阶段后，应进行陆上模拟过渡，在长度宽度符合要求的平坦地形进行试验，选择较高的目标悬停高度，降低直升机重量，试验时试飞人员密切观察过渡过程正确与否，必要时及时进行人工干预。通过陆上试验对系统通断逻辑、模态转换逻辑及控制律参数进行检查和调参，待功能正常后再移至海上飞行。

海上试验初期，应选择保守的试验环境和试验状态，即1～2级海况、靠近岸边的工作海域、较高的目标悬停高度以及较轻的试验机重量;由于海上工作环境的不确定性，应在低海况环境下累积足够的试验数据样本量并确认系统工作正常后，逐步进入高海况环境适应性试验。

由于该功能需在夜间使用，也应进行夜间飞行试验。根据夜航试飞的一般经验，应遵循黄昏、月夜、暗夜的顺序进行;由于该功能飞行试验固有的风险，夜间试验时应在海上工作区域安排救援及指挥船只，以便在发生紧急情况时，第一时间提供救援。

4 结束语

本文介绍了国外舰载直升机自动过渡功能，通过分析其工作原理，工作环境等因素，识别出了试飞风险，并有针对性的给出了设计建议及试飞安全策略，可为国内该功能的研发提供参考。

参考文献：

[1]杨一栋.直升机自动过渡悬停飞行控制系统设计[J].南京航空航天大学学报，2004，36（2）：200-204.

[2]李广文，唐永哲，王冬.直升机掠海飞行海浪滤波器研究[J].空军工程大学学报自然科学版，2004（05）：18-20.