漫谈直升机的降落安全问题
晨枫
原载西西河
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由于现代军用直升机都有很强悍的抗损设计,除非发动机被直接命中而立刻解体,即使丧失全部润滑油甚至部分机件损坏,都有可能坚持运转最关键的几十秒钟甚至几分钟,足够坚持到安全降落,而不需要依赖自旋降落。在实战中,尾桨被击中其实是更大的危险。即使不受到战损,尾桨在机尾的最后端,远离飞行员的观察视线,在拥挤的降落场上,很容易由于疏忽而撞上障碍物。低空强烈阵风或者附近直升机起落时卷起的强烈气流也可能使尾桨失控偏离,发生碰撞。更糟糕的是,在貌似正常的飞行中,也可能出现尾桨失效的情况。 从上往下看的话,美英的直升机旋翼是逆时针方向旋转的,法俄直升机则是顺时针方向旋转的。这只是技术传统的差别,没有优劣之争。为了方便起见,以下讨论都以美英直升机为例,法俄直升机只要把左右颠倒一下,讨论完全适用。
各国直升机主旋翼旋转方向的比较 旋翼旋转时,在旋翼的上下方都形成旋转的气流。在10-30节速度前飞右转的时候,或者在风向来自左前方约 60 度的时候悬停右转,尾桨将进入旋翼气流冲刷区,强化了尾桨的反扭力作用。为了保持航向,尾桨出力应该适当减小。但继续右转时,尾桨离开旋翼气流冲刷区,反扭力作用急剧下降,如果不及时补偿,会马上造成直升机突然急速右转。对于飞行员来说,直升机好像首先在很迟疑地右转,需要减小反扭力才勉强使其右转,然后右转突然加速,需要大大增加反扭力,在操作上很不自然。相对来说,左转动作就很自然。这种左右不对称的操作很容易导致飞行员操作失误,造成事故。有趣的是,美国航母的舰桥从“兰利”号时代就采用右岛设计,直升机从左舷进入和离去,起飞后迅速飞离或者降落出现意外时加速左转复飞的动作比右转更容易。航母先于直升机出现,或许这是美英直升机采用逆时针转动的原因。 另一方面,如果悬停或者低速飞行时是背风,尾桨和尾撑好比风向标的尾羽,不很强烈的背风都容易使机尾被吹向一侧,风向在正后方左右 60 度范围内影响最大。完全正后方的背风当然没有影响,但风向略微偏离正后方,就有影响,而且尾桨和尾撑被吹向一侧要加大投影面积,进一步强化背风的作用。如果吹向右侧(机头指向向左),还可以用降低尾桨出力来补偿;如果吹向左侧(机头指向向右),就要看发动机是否还有余力提供额外的反扭力了。在重载悬停的时候,发动机出力已经达到最大,尾桨不一定有余力提供额外的反扭力,无地效背风低速右转弯是更糟糕的组合,很容易进入不可控的迅速右偏。空气密度较低和重载是等效的,阿布塔巴德突袭的时候,据说天气预测不够精确,空气密度预报偏离了一点,导致重载的直升机操作乏力,可能是神秘直升机失事的原因之一。顶风悬停则没有这个问题,高速前飞也没有这个问题,尾桨和尾撑顺着风向,是自然稳定的。 直升机无控右偏是发动机扭力无法得到补偿造成的,降低发动机出力是根本的解决办法。在高度和速度容许的情况下,牺牲高度,增加速度,可以改出尾桨失效状态,如果做不到,最极端的办法就是自旋降落。 但这些都是在开阔、平坦降落场的情况,如果地面不平,在山坡上降落,或者降落时有侧滑导致右侧机轮或者雪橇首先接地,问题更加复杂,最主要是机身侧向滚转的支点从重心转移到首先接地的机轮或者雪橇了。旋翼盘面指向、直升机是否水平、地面坡度都使问题大大复杂化。 在一侧机轮或雪橇首先接地的情况下,重力和旋翼升力的滚转力臂都不再以重心为支点,而以首先接地的机轮或者雪橇为支点。如果机身向首先接地的一侧倾斜,重力的力臂将长于旋翼升力的力臂,所以周期距对滚转控制的效率相比于空中自由飞行时急剧下降,接地瞬间这种控制效果的急剧变化好像汽车从硬质路面开到深厚积雪的瞬间突然转向不灵一样。如果是右侧机轮或者雪橇首先接地,尾桨的推力方向有把机身向右方推动的自然趋向,进一步恶化了稳定性问题。来自左面的侧风、重载降落以至于缺乏额外升力用于克服滚转倾向、装载不均匀导致重心向右偏移都使一旦发生侧滚更难恢复。装载不均匀实际上是一个很大的问题,机身倾斜的时候,机内燃油会在重力作用下向一侧流动,即使舱内人员、货物装载均匀,燃油重量的不对称也可能造成重心的不利偏移。 由于首先接地的机轮或雪橇是滚转支点,旋翼出力轴线落在机轮或雪橇的外侧还是内侧就十分重要。如果旋翼出力轴线落在机轮或雪橇的内侧,降低总距、减少升力可以抑制向外的滚转趋势,最后使直升机的两侧机轮或雪橇都可靠接地。如果旋翼出力轴线落在机轮或雪橇的外侧,则必须增加总距,把直升机推回到旋翼出力轴线落在内侧的情况,然后才降低总距,继续完成降落的过程。如果判断错误,应该增加总距的时候降低总距,或者应该降低总距的时候反而增加,都会导致直升机迅速向外侧滚,接下来就是旋翼触地的悲剧。
侧风下垂直着陆,要防止支点突然转移到外侧机轮而引起翻滚的问题 / 斜坡上起飞,要注意不能太猛,否则重心突然从后离地的机轮向重心转移,会造成突然而剧烈的摆动,危害飞行安全 |
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