科普|悬停50厘米救人 直升机悬停的秘密都在这

日期:2017-08-11 10:02 作者:民航资源网 作者:张泽禹
科普|悬停50厘米救人 直升机悬停的秘密都在这

  图:被困者被送上直升机,安全获救。图/华西都市报

  7月15日,8名市民戏水时被困都江堰岷江外江河河心岛,驼峰通航R44直升机通过悬停将被困8人分批次救出。

  8月3日上午,某陆航旅两架直升机,通过超低空悬停将被困夹江县城附近的青衣江段的2人救起。从现场的图片可以看出,直升机几乎是贴着石头堆完成了悬停,轮子离地不到50厘米,宛如电影里的特技场景。

  同固定翼飞机相比,直升机的一大特点就是能够进行悬停操作。

  本文所讨论的单旋翼带尾桨直升机,就是只有一套主旋翼系统带一套尾桨系统的直升机。这种构型的直升机是目前技术最成熟,数量也最多的直升机。

  直升机在一定高度上,保持航向、位置不变的飞行状态称为悬停,而这一点是固定翼飞机无法做到的,也是直升机紧急救援时经常采用的必要方法。

  那么,悬停状态下直升机的受力情况是怎样的呢?如下图:

  一、直升机悬停状态下的受力分析

  1、保持航向不变,尾桨拉力对重心形成的偏转力矩与旋翼反作用力矩平衡。

  2、保持高度不变,主旋翼拉力向上的分力F1应与重力G平衡。

  3、静风条件下悬停,空气阻力为零,旋翼拉力的纵向分力F2应为0;逆风悬停时,主旋翼拉力的纵向分力F2应平衡于空气阻力。

  4、直升机横侧稳定,需要侧向力与力矩都平衡。即主旋翼拉力的横侧分力等于尾桨拉力T尾,左右横滚力矩相等。

  二、直升机悬停操作特点

  直升机悬停时复杂的受力都需要驾驶员的操作输入来平衡。

  1、滞后性。为保持稳定悬停,驾驶员需要时刻对操纵系统进行细微的调节输入来平衡外界风等因素的干扰。当改变主旋翼拉力方向时,由于气流具有保持“原有”状态的特性,同时旋翼改变气流方向时还会产生附加涡流,也会阻碍新拉力方向的建立。因此,驾驶员需要对姿态变化有预判并提前给予修正。

  2、反复性。相对于固定翼飞机,直升机的角速度阻尼小,操纵灵敏度高。当飞行状态发生改变时,由于滞后性,飞行状态的修正往往超出预期。此时的周期变距杆需要反复输入调节来维持稳定悬停。

  3、协调性。直升机运动部件多,机械连接复杂。运动状态的变化同周期变距杆、总距和方向舵的输入是互相关联和影响的。调节过程越柔和,越有利于悬停状态的保持。

  三、直升机的有地效悬停

  直升机在接近地面飞行时,被旋翼打向下方的气流会受到地面阻挡,受到压缩,形成“气垫”效应,使主旋翼拉力发生变化的现象叫做地面效应。

  地面效应对直升机悬停飞行的影响最为明显。主旋翼离地越近,地面效应越强。当主旋翼离地高度超出主旋翼直径时,地面效应基本消失。充分利用地面效应可以提高直升机载量,提高直升机的静升限(标准大气状态下,直升机能够进行悬停操作的最大高度)。

  由于有地效悬停高度比较低,那么发生特殊情况时,给驾驶员处置的时间也就很少。值得一提的是低高度悬停时尾桨失效的处置。尾桨失效时,为平衡主旋翼反扭力矩,直升机机身会开始转动。此时需要驾驶员及时切断动力输出(消除主旋翼反扭力矩),并保持水平姿态落回地面。如果上述操作不当很容易发生直升机侧翻。

  低高度悬停的另一个难点在于,随着悬停高度的降低,被地面反弹回来的气流会反作用到机身,高度越低,地面越不平整影响越大,需要飞行员不间断地做出调整来保持直升机平稳的悬停。(作者系南航通航飞行员张泽禹)

  附:驾驶杆操纵小技巧

  悬停中最困难的就是操纵驾驶杆来保持直升机纵向和横向的运动不变从而稳定住直升机,希望这些操纵小技巧能给大家带来帮助。

  1、目视风挡外,假定想使直升机向右移动一英寸。

  2、微微向右压杆,感觉直升机开始有向右移动的趋势。

  3、判断直升机向右的加速度。

  4、当直升机出现一个理想的加速度后,回杆中立。

  5、当直升机接近理想位置时,向左压杆。

  6、判断直升机的加速度,如果减速过快,减小向左的杆量;如果直升机仍然加速,增加向左的杆量。

  7、当直升机到达理想位置,回杆中立。如果没有达到理想位置,则重新重复这一系列动作。



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