《飞行质量和高度对多发直升机回避区影响分析》
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摘 要：直升机回避区受飞行质量和密度高度的影响明显,同时须通过飞行试验来确定,验证不同飞行质量与高度条件下回避区边界.文章基于多发直升机回避区与直升机性能、发动机性能的对应关系,并结合国外相关经验及试飞数据,分析确定了其回避区曲线的低悬停点、膝点以及高悬停点随飞行质量和密度高度的变化趋势和规律,为制定后续直升机高原回避区试飞方法和数据处理方法提供有效的理论支持.
关键词：直升机;回避区;飞行质量;密度高度
中图分类号：V215.5 文献标识码：A 文章编号：2095-2945（2020）06-0058-03
Abstract： The H-V diagram of helicopter is obviously affected by the flight quality and density altitude. At the same time, it must be determined by flight test to verify the boundary of H-V diagram under different flight qualities and altitude conditions. Based on the relationship between H-V diagram and helicopter performance, engine performance, combined with foreign experience and flight test data, this paper analyzes and determines the change trend and law of low hover point, knee point and high hover point of H-V diagram curve with flight quality and density altitude, which provides a theoretical support for the development of subsequent flight test methods and data processing methods of helicopter plateau H-V diagram.
Keywords： helicopter; H-V diagram; flight quality; density altitude
引言
按照國军标的相关规定,需要在直升机使用的质量、气压高度、温度范围内确定其回避区.直升机回避区受飞行质量、气压高度和温度的影响明显,而且须通过飞行试验确定、验证不同飞行质量和高度条件下的回避区.在进行回避区试飞之前,首先要分析、确定回避区随飞行质量和高度的变化趋势及规律,以为直升机回避区试飞进行指导.
基于国外的相关经验,多发直升机回避区与其基本飞行性能和发动机性能之间有一定的关系;而直升机飞行性能和飞行质量、气压高度和温度之间有明确的对应关系;发动机性能与气压高度和温度之间有明确的对应关系.通过确定上述关系,可以以直升机飞行性能和发动机性能为桥梁,建立回避区与相关参数之间的关系,进而简化回避区试飞方法和数据处理方法.
1 能量转化
动力失效后,直升机储备的能量有势能,平动动能和旋翼转动动能,发动机可用功率为PS,直升机需用功率分别由主旋翼需用功率,尾桨需用功率以及机身废阻功率构成.则动力失效后直升机的功率平衡方程为：
设失效瞬态直升机离地高度为h0,水平速度为Vx0,垂向速度为Vy0,旋翼转速为Ω0;水平触地速度为Vx1,垂向触地速度为Vy1,旋翼转速为Ω1.对上式进行积分,则有：
假设水平触地速度Vx0等于1垂向触地速度Vy1为最大垂向触地速度Vymax,触地旋翼转速为最小旋翼转速Ωmin,对于高悬停以及低悬停点,悬停离地高度由下式确定：
采用上述假设,并注意到对于多发直升机,膝点高度一般取为150ft（45m）,则膝点速度为：
通过上述分析可以发现,一定质量、大气压力和温度条件下,直升机回避区低悬停点、高悬停点和膝点的参数与同样条件下直升机的需用功率及发动机的可用功率紧密相关.
2 低悬停点
引入假设1：在直升机触地瞬间,旋翼拉力与直升机重力相当;且驾驶员使用最优操作,触地瞬间达到最低旋翼转速.则有：
即,OEI回避区的地悬停点随悬停需用功率和剩余发动机可用功率差的增大而升高.注意,当PUNS<0,即P>Λ·Preq.∞,直升机单发失效后仍可进行地效内悬停时,不存在回避区.
图1为不同质量,不同气压高度和温度条件下黑鹰直升机低悬停点离地高度随功率差值PUNS的变化关系.从上述结果可以看出,OEI回避区的低悬停点随悬停需用功率和剩余发动机可用功率差的增大而降低.随着飞行质量的增大,直升机需用功率增大,单发可用功率与需用功率的差值增大,低悬停点的高度降低;随着高度的增高,发动机可用功率下降,需用功率增加,单发可用功率与需用功率的差值增大,低悬停点的高度降低.黑鹰直升机实际的试飞结果证实了上述结论.
图1 黑鹰直升机低悬停点离地高度随功率差值的变化
3 膝点
对于全部发动机失效的情况,假设膝点离地高度不变,那么,膝点速度与同样条件下的最小平飞速度存在如下的关系：
AEI状态,回避区膝点的速度随最小平飞需用功率速度的增大而增大.注意到,在全部动力失效状态,VCR基本是随VMIN线性变化的.
对于部分动力失效状态,对上式进行如下修正：
其中,W为直升机重力.OEI状态下,直升机回避区膝点与最小平飞需用功率速度,以及可用功率和需用功率的比值有关系.
4 高悬停点
5 结论
通过上述分析,可以确定如下的直升机回避区与基本性能的关系：（1）OEI回避区的低悬停点随悬停需用功率的增大和剩余发动机可用功率差的增大而降低;（2）OEI状态下,直升机回避区膝点与最小平飞需用功率速度,以及可用功率和需用功率的比值有关系;（3）OEI状态下,高悬停点离地高度与最小平飞需用功率速度,以及可用功率和需用功率的比值有关系.上述分析结论对于直升机回避区高原试飞具有一定的指导意义.
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飞行高度和直升机引用文献:
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