直升機降落的安全問題

作者：由環球低空發表于收藏時間：2020-05-22

直升機降落—渦流環

直升機在陡直速降過程中，尾槳觸地的危險畢竟還比較直觀，但還有另一個更加兇險但並不直觀的問題：渦流環。旋翼靠旋轉產生升力，但槳葉靠近圓心處的線速度低，靠近葉尖處的線速度高，所以旋翼產生的升力不是沿徑向均勻分佈的，而是中間小，周邊大。這也可以用旋翼產生的壓力分佈來表示，向下的壓力可以等同於向上的升力，旋翼的壓力分佈就是像曾經流行的蛤蟆墨鏡的形狀，兩端下垂，中間扁平，也就是邊緣處壓力大，圓心處不產生壓力。在直升機下降過程中，旋翼盤面承受向下運動的阻力，旋翼邊緣繼續產生足夠的升力，可以克服阻力，氣流繼續向下運動；但旋翼中心本來就不產生什麼升力，此時在阻力作用下形成圓心處區域性空氣向上流動的現象，造成嚴重升力損失，這就是渦流環。

在下降速度不高的情況下，渦流環導致的升力損失問題不大；但高速下降時，渦流環急劇惡化，導致升力迅速下降。更加糟糕的是，此時急劇增加總距實際上加速渦流環的惡化。這好比汽車輪子在泥濘地裡陷住了一樣，拼命加大馬力，只有陷得更深。汽車輪子陷住了只是狼狽一點，直升機在不可控高速下降時旋翼“打滑”，那就不是狼狽的問題了。在下降過快最需要加大升力以阻止不可控下降的時候，急劇增加總距反而使下降加速，這種違反直覺的現象非常容易導致失事。

避免

美國 V-22 傾轉旋翼直升機在試飛階段兩次非常引人注目的墜毀就是由於渦流環。渦流環問題在旋翼直徑較小、轉速較快的時候更容易發生，但直徑較小、轉速較快的旋翼的重量較小，阻力較小，適合於高速飛行，這是一對很難調和的矛盾。V-22 的傾轉旋翼恰恰直徑較小、轉速較快，但在現有翼展的情況下，旋翼直徑已經到了極限；進一步增加翼展的話，不僅增加阻力和重量，也使得機翼平轉後不超過機體長度的要求不再可能得到滿足，

如何儘量渦流環

像汽車陷進泥濘一樣，如果剛陷進一點，還陷得不深，加大油門一下子就衝出去了。剛進入淺度渦流環的情況也是一樣，增加總距可以衝出去。但如果已經進入深度渦流環，反而應該收一點總距，同時壓低週期距，增加前進速度，可以改出渦流環。前進速度使旋翼的壓力分佈有所變形，把前進一側的蛤蟆鏡片向旋翼圓心方向擠壓，填補圓心處的低壓區，改出渦流環狀態。事實上，當前進速度足夠快的時候，或者在下滑角度小於 30 度的時候，渦流環現象可以避免。

人們對直升機降落安全的信心在很大程度上來自於直升機在危急時刻依然保持的自旋降落能力。自旋是直升機發動機失去動力時，旋翼進入風車狀態的情況。自旋狀態下的旋翼依然可以產生一定的升力，這自旋狀態下的直升機在本質上和滑翔狀態的固定翼飛機相似，存在安全降落的可能，但遠非輕而易舉。如果沒有前進速度，單靠重力下落，旋翼也能產生自旋，但這點自旋不足以使下落的速度減慢到足以安全降落的程度，通常需要結合前進速度的動能加上起始高度的位能才能轉換為足夠的驅動旋翼的轉動能量，使下降速度降低到安全的程度。在發動機正常出力的情況下，槳距可以按速度和升力要求放在較大的位置。在發動機故障而失去動力的時候，首先要降低總距，減小槳距，才能保持或者增加旋翼自旋轉速，贏得足夠的旋翼轉動能量，否則有可能在 10 秒鐘內就導致旋翼停轉。

這容易理解，在極端情況下，風車葉片完全平行於風向時，也就是說，槳距達到最大，葉片完全“順著”風向，這時風力並不能驅動風車。另一個極端情況是槳距達到最小，風車葉片完全垂直於風向時，風力只是撼動風車，也不能使其轉動。一旦發動機故障，飛行員應該立刻減小槳距，建立穩定的自旋，下一步就可以進入自旋降落了。

如果有一定的前進速度，應該採用相對較小的角度進入，在適當的時候拉起機頭，使旋翼盤面對準下滑方向，將更多的動能轉化為旋翼的轉動能量，並消耗掉過多的前進速度，然後改平，儘量輕緩地降落，同時減少接地後向前的滾動。如果沒有足夠的前進速度，自旋下降就主要依靠下降過程中的位能轉化為旋翼的轉動能量了。如果這點能量不足以把下降速度降低到安全限度以下，那就只有自祈多福了。在實戰中，如果是發動機被擊中後被迫自旋降落，通常是在低空低速甚至懸停的時候，所以到了需要靠自旋降落救命的時候，並不一定能夠救命。非戰鬥條件下起始速度和高度可能更有利於自旋降落，成功率要大幅提高。