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【飞来者·直升机】直升机的意外偏转

【飞来者·直升机】直升机的意外偏转 飞来者
2014-07-25
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导读:意外偏转或丧失尾桨效应(LTE),是近年来造成直升机失控事故的一个重要原因,美国国家运输安全委员会(NTSB

意外偏转或丧失尾桨效应(LTE),是近年来造成直升机失控事故的一个重要原因,美国国家运输安全委员会(NTSB)也发现并确认丧失尾桨效应(LTE)在几起民用直升机事故中是一个诱发因素,造成飞行员失去对直升机的控制。在多数情况下,不当或较迟的修正措施可能加剧不可控制的偏转,因此应引起高度重视。这种危险发生在最后进近着陆或贴近地面飞行时的低高度、低空速飞行状态下。本章节旨在解读直升机的意外偏转现象、在何种情况下直升机可能出现意外偏转、如何避免,以及如果遭遇意外偏转,飞行员应作如何反应。

1相关研究

a) 原理

主旋翼旋转产生的扭矩造成直升机机身向相反方向旋转,尾桨即反扭矩系统提供的推力抵消该扭矩,并在直升机悬停时提供方向控制。如果尾桨产生的推力比抵消主旋翼扭矩所需的推力要大,直升机将会偏航或围绕垂直轴向旋翼旋转方向转动;如果尾桨推力较小,则反之。通过改变尾桨产生的推力,驾驶员控制直升机在悬停和低速飞行时的方向,驾驶员的操作、旋翼旋转时产生的翼尖涡流以及风都会对尾桨推力产生影响,甚至会使尾桨丧失效应,最终造成直升机没有预期的偏转。当然,如果尾桨发生故障,便不能产生任何反扭矩的力,直升机将有可能突然向旋翼旋转的反方向偏转,失去控制。丧失尾桨效应只会发生在单旋翼带尾桨的这类直升机上,这类直升机按旋翼旋转方向分为两种:旋翼顺时针(从上面看)和逆时针旋转,下面主要以旋翼逆时针旋转的直升机作原理分析。

b) 导致直升机意外偏转的原因

直升机制造商进行了大量的飞行测试和风洞试验,通过这些测试确定了四个相对风方位区域,以及由此产生的直升机特性,它们可能单独或组合性地形成一种丧失尾桨效应(LTE)引导环境,这种环境会对直升机的控制构成负面影响。这些测试的一个直接结果是,低速飞行状态下的飞行运行会极大提高飞行员的工作负荷。尽管每个区域都确定了特定的风方位,但飞行员应了解,方位的变化取决与周围环境的条件,这些区域会相互重叠在这些重叠区域,会发生最显著的推力变化。这些特性仅在空速低于30节时出现,且适用于所有单旋翼带尾桨直升机,飞行测试数据证实,在此过程中尾桨并未失速。

航空器特点与相对风方位区域包括:

1) 主旋翼桨盘涡流影响(285°-315°)参见图1

图1 主旋翼桨盘漩涡影响

从左前方吹入的速度1030节的风会将主旋翼桨盘涡流吹入尾桨,该主旋翼桨盘涡流会造成尾桨在极端颠簸的环境下工作。在右转过程中,当尾桨进入主旋翼桨盘漩涡区域时,尾桨推力会减少。尾桨推力的减少是由于主旋翼桨盘漩涡在通过尾桨桨盘的过程中,尾桨周围空气流动的变化。主旋翼桨盘漩涡的影响会增加尾桨桨叶(增加推力)的迎角。迎角增大要求飞行员增加右足蹬量(减少推力),以保持相同的偏转速率。当主旋翼漩涡通过尾桨时,尾桨迎角会减小。迎角的减小造成推力减小,右偏开始加速。这种加速会很意外,因为飞行员之前在增加右足蹬量以保持右转速率。推力减小会突然发生,并且如果不加以修正,会发展成为不可控制的绕轴快速旋转,最终导致尾桨失去效应。在该区域内运行时,飞行员必须了解尾桨推力可能突然减小,飞行员必须做好准备迅速反应,使用额外的左足蹬量抵消这种减小。

2) 风标稳定性(120°-240°)参见图2

图2 风标稳定性

由于直升机机身和垂直尾翼形成直升机固有的特性,直升机会转向风的来向。当120°至240°的顺风,和左侧风一样,这个区域内的风会试图将机头带入相对风,直升机在没有指令的情况下,会根据确切的风向向右或向左缓慢偏转,除非应用了脚蹬进行抵消。如果在任何方向形成偏转速率,当相对风进入120°至240°区间时,偏转速率会在相同方向加速,最终丧失尾桨效应,除非采用脚蹬进行修正。

3) 尾桨涡环状态(210°-330°)参见图3

3 尾桨涡环状态

该区域内的风会导致尾桨涡环状态的形成。风通过尾桨时,会产生向左的尾桨推力,左侧风会反作用于该尾桨推力。这就导致涡环状态的形成,从而造成风不均匀、不稳定地流向尾桨。涡环状态造成尾桨推力发生变化,从而造成偏航。不稳定气流的网状效应造成尾桨推力发生振荡。现实中,飞行员在试图补偿尾桨推力的急剧变化。在该区域内保持精确的航行非常困难。如果飞行员过量操纵直升机,就会造成丧失尾桨效应(LTE)。

4) 丧失前飞升力

处于最大功率或接近最大功率运行时,这种特征最为显著。这种特征与丧失尾桨效应(LTE)相关有两个原因。首先,如果飞行员的注意力由于右偏速率的增加而被转移,飞行员可能无法识别相对逆风正在丧失,因而前飞升力也被降低。其次,如果飞行员在进行顺风右转时未保持空速,直升机的右偏速率会随着功率需求的增大而加速,并且直升机会形成一种下沉速率。飞行员对风向和风速注意不够会导致意外丧失前飞升力。处于最大功率或接近最大功率运行时,增加的功率需求会造成旋翼转速下降。

2预防措施

为减少丧失尾桨效应(LTE)的发生,飞行员应该做好以下几点:

a) 确保尾桨装配符合维修手册。

b) 保持最大开机旋翼转速,如果主旋翼转速降低,可用的反扭矩推力也成比例下降。

c) 当在悬停和30节速度之间机动时:

1) 避开顺风。如果丧失前飞升力,将会导致功率需求和额外反扭矩需求增大。

2) 避免脱离地面效应(OGE)的悬停以及高功率需求情况,如低速顺风转弯。

3) 当在8至12节的风中(尤其是脱离地面效应(OGE))悬停时,特别注意风向和风速,因为没有明显指示可以使飞行员看到前飞升力降低。丧失前飞升力会造成突然的功率需求增加,以及反扭矩需求增加。

4) 直升机较重的情况下,避免机动飞行

5) 应注意,如果正在保持相当大的左足蹬量,可能就没有足够的左足蹬量来抵消意外右偏。

6) 要警惕直升机飞行和风的不断变化,这些变化可能在直升机沿着山脉线和建筑物周围飞行时出现。

7) 保持警惕功率和风的状况。

3意外偏转的改出方法

如果意外右偏突然发生,应该左脚蹬踩到底,同时向前推驾驶杆,增加速度,如果高度允许,减少功率来削弱主旋翼的扭矩。改出生效后,调整控制,正常向前飞行。减小总桨距有助于抑制偏转率,但可能造成下降率增加, 总桨距减小的数量应根据直升机距离障碍物或地面的高度、直升机总重量,以及当下大气条件进行。如果尾桨故障或不能停止旋转,应立即进入直升机自转来停止旋转。

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