无人直升机高原飞行安全问题分析

我国地势西高东低，高原面积占全国总面积的26%，西部有世界上海拔最高、地形最复杂的青藏高原，一般海拔在3000-5000m之间，平均海拔4000m以上，地势高低不平，起伏较大，一般的陆地交通和固定翼飞机难以到达。无人直升机具有可垂直起降、定点悬停、起降场地要求低、人员伤亡风险低等优势，恰好能弥补其他交通方式的短板。但高原地区空气稀薄、气候复杂多变、地势起伏较大，对无人直升机飞行带来很多不确定的安全风险。

高原气候及地理特征

在我国境内分布着著名的青藏高原、云贵高原、内蒙古高原和黄土高原，根据地理位置、海陆环境、海拔高度和高原形态上的差异，气候特征稍有差异，但总体呈现以下几个共同特征：（1）空气稀薄、气压低。随着海拔高度的不断增加，大气压力会随之降低，在3000m范围内，海拔高度每升高100m，大气压力减小约1.1kPa。（2）昼夜温差大、气温低。高原地区日照充足、紫外线强烈，且云量少，白天太阳辐射直接到地面，使地表吸收大量的热，夜晚地表散热快，气温下降迅速。根据数据统计，高原地区昼夜温差最大能达到30℃。气温比同纬度平原地区也要低一些，海拔每上升1000m，气温平均下降约6.5℃。（3）天气多变，气流乱。受高海拔、低气压和复杂地形等因素的综合影响，高原天气多变，气流紊乱。每年5-9月的雨季，经常会出现上午晴空万里、风平浪静，午后乌云密布、狂风暴雨和冰雹的天气，而且风向和风速变化较大，高海拔地区比一般海拔地区的风速更大，风向变化更剧烈。（4）地形地貌复杂。高原地区的大多数区域高山林立，海拔高且山顶与山谷之间落差大、坡度陡，山谷相对较窄，通行性差。

影响分析

高原空气稀薄、气压低，昼夜温差大、气温低，天气多变、气流乱和地形地貌复杂等气候及地理特征对无人直升机以及机组人员在高原的飞行工作带来很多不利影响。

高原气候对机组的影响

随着海拔高度的升高，大气压力不断降低，大气中的氧含量也降低，人体血液中的氧饱和度也随之降低，当血氧饱和度降低到一定程度，会引起各器官组织供氧不足，从而出现缺氧症状，如头痛、头晕、气短、恶心、呕吐、失眠、发烧等高反现象。研究表明，人体在海拔3000m以上低氧环境下暴露数小时便会对生理和心理产生不利影响，严重情况下可能会引起肺水肿和脑水肿。在高海拔低氧环境下，会导致人体注意力、记忆力、执行功能和信息处理功能下降，在适应几天后会有所缓解。

高原气候和地形对飞行的影响

（1）空气稀薄、密度低的影响

随着海拔高度的升高，大气压力和空气密度随之降低，无人直升机发动机功率和旋翼效率也同步降低，操纵性变差，全机性能与平原地区相比会有一定幅度的衰减。通过对比无人直升机在不同海拔地区的飞行数据可知，在相同工况下，海拔越高，总距、周期变距和尾桨距等通道所需的操纵量越大。

（2）低温的影响

随着海拔高度的升高，环境温度不断降低。通常来说，海拔高度每增加1000m，环境温度平均下降6.5℃。无人直升机在较大湿度条件下或云层中飞行时，会存在空速管和旋翼结冰的隐患。此外，低温还会导致油气管路、减震垫和密封圈等橡胶材料变脆、产生裂纹或受力断裂。对于发动机来说，低温会使滑油粘稠度增加，燃油难以汽化或结冰堵塞油路，导致发动机起动困难，严重影响无人直升机的飞行安全。

（3）气流的影响

高原上的风速风向不稳定，短时间内，可能会存在较大变化。造成这种现象有两方面的因素：第一，高原气流比较强烈，遇到起伏变化的地形，会形成较强的动力乱流；第二，高原气温变化比较大，导致热力乱流比较强劲。这两种乱流相互作用，相互影响使得高原上的气流特别紊乱。无人直升机在高原复杂地形环境下飞行，容易遭遇乱流、龙卷风、瞬间强阵风、风切变、强上升气流和强下沉气流等不利因素影响，导致无人直升机出现偏离航线，飞行高度、姿态和航向波动大等异常情况，这些都严重影响无人直升机的飞行安全。

（4）地形地貌的影响

无人直升机主要以低空飞行为主，在高原飞行，起降场地多为地势相对较低的山谷，周围高耸的山峰较多，在这种地形条件下飞行，高耸的山峰可能会遮挡无人直升机的遥控遥测数据链，导致地面站失去对无人直升机的控制。复杂的地形导致周围的气流极不稳定，紊乱的气流可能导致无人直升机偏航，与附近的山体发生碰撞，影响无人直升机的飞行安全。

应对措施

针对高原空气稀薄、低温、气流紊乱、地形地貌复杂等不利因素影响，无人直升机飞行机组需要在飞行前充分准备，仔细识别每次飞行任务的危险源，评估危险发生的概率和带来的后果，采取必要缓解措施，降低飞行的风险级别。同时，针对飞行过程中可能存在的特情，机组讨论制定应急预案，在发生特情的时候按照应急预案正确处置，确保飞行安全。

加强保障条件

在高海拔地区缺氧环境下，人体容易出现疲劳、注意力不集中、反应速度变慢等情况，海拔越高这种情况越明显。不同于有人机飞行员在飞行过程中可以参考周围环境，来判断直升机当前的飞行状态，无人直升机机组人员只能以飞行监控软件的飞参数据来判断当前的飞行状态。在高海拔缺氧环境下执行长时间飞行任务时，特别容易出现注意力不集中、反应速度慢的情况，在无人直升机出现特情时，很难做出及时、正确的处置反应。因此，无人直升机在高原飞行时，应加强地面保障条件，在地面站配备制氧机或氧气瓶，增加方舱内的氧气含量，缓解机组人员注意力不集中、反应速度慢等不良反应，确保机组人员保持良好的精神状态。同时，在执行4h以上飞行任务的时候，安排2个机组，进行轮换休息，降低机组人员的疲劳。

加强无人直升机检查维护

在高原低温环境下，应该将受低温影响较大的油气管路、橡胶减震垫和密封圈等橡胶件纳入重点检查项，每次飞行前和飞行后，机务进行重点检查，发现有裂纹或者断裂的情况及时更换，避免漏油、漏气或减震效果不好影响飞行安全。此外，无人直升机低温环境下飞行，还需要根据实际情况将发动机滑油、燃油更换为适当的牌号，发动机燃料为航空煤油的则需要添加防冰剂，提高发动机起动成功率。

充分掌握气象信息

掌握当地气象的整体规律，结合气象部门提供的数据。飞行前，飞行机组需要结合飞行任务性质、任务飞行时长、飞行区域气象条件等因素综合评估对飞行安全的影响，掌握满足飞行条件的窗口期。如云层较厚、云高较低，则不宜开展高高度的飞行任务，避免穿云飞行造成颠簸或旋翼结冰。如飞行航路上有强降雨或雷暴，则应及时返航，取消飞行，防止安全事故的发生。如午后风大，不满足气象条件要求，则应取消飞行计划或选择上午风小的时候飞行，禁止超限飞行。

飞行前充分准备

高原地区空气稀薄，无人直升机整体性能较平原地区有较大的衰减，在相同起飞重量和飞行速度下，总距、周期变距和尾桨距等通道的操纵量都要更大。加上高原地区气流不稳定，需要另外输出一部分操纵量来消除气流的干扰，整机各个通道的剩余操纵量变的更小。因此，飞行任务准备过程中需要根据飞行操作手册中飞行包线的限制，选择适当的起飞重量和飞行速度等。保证无人直升机在飞行的过程中留有充足的剩余操纵余量，确保飞行安全。

合理规划任务航线

在任务航线规划时，需要根据任务性质、任务区域确定航线的高度，尽量避开任务区域内与航线高度相近或高度更高的山峰。如无人直升机需要从山顶飞过，则任务航线与山顶之间需要保留足够的高度差，避免飞行过程中因气流影响引起高度波动，导致无人直升机与山体发生碰撞。此外，任务航线规划时，还需要注意无人直升机飞行过程中遥控遥测数据链是否会被任务区域内的高山等障碍物遮挡，能否与地面站保持通视。如果不具备通视条件，则需要调整该航段的飞行高度或者调整飞行航路。保证无人直升机与地面站之间的通视，以获得良好的遥控遥测数据链信号，避免地面站失去对无人直升机的控制。

结束语

近年来，随着我国无人直升机技术的不断发展，国产无人直升机的高原性能有了显著提升，未来将在青藏高原等边境地区的物资投送、边境巡逻及应急救援等领域发挥重要作用。本文通过分析高原气候、地形地貌特征对无人直升机和机组人员影响，并有针对性的提出应对措施，降低高原飞行的安全风险，为无人直升机在高原的飞行提供经验借鉴。