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专家浅谈直升机:丧失尾桨效应与尾桨失效(LTE) and (TRF)

昨天一架直升机失事,所幸人员没有大碍,算是不幸中的万幸。

事故原因正在调查中,具体到底什么原因导致直升机坠毁,还有待民航局调查结论。

飞行圈特约直升机飞行员谈谈直升机的丧失尾桨效应与尾桨失效 Lose tail rotor effectiveness(LTE) and Tail rotor failure(TRF)问题。

丧失尾桨效应

简述:丧失尾桨效应是指一种不受控制,快速朝前行桨叶方向偏转且不会减小的过程。

主要形成原因:

1)主旋翼桨叶所产生的气流与下降气流干扰了进入尾桨的气流。

2)在主桨叶的桨尖涡流进入了尾桨。

3)湍流以及其他自然现象影响了在尾桨周围的气流。

4)在较高的动力设定时,增大主旋翼的桨距角因而产生更多的下洗气流并且相比于较低的动力设定直升机会产生更多的湍流。

5)较慢的前向空速,最典型的就是在空速上,此时过渡升力和过渡拉力在变化过程中,尾桨周围的气流速度和方向将会变化。

6)相对于直升机的气流:

a.  主旋翼桨盘涡流干扰区(285°-315°):参见图11-11。来自左前方、风速10-30节的风会造成主旋翼涡流在相对气流的作用下向下吹入尾桨主旋翼桨盘涡流的影响导致尾桨处于极不稳定气流环境中。右转弯中,随着尾桨进入主旋翼桨盘涡流,其拉力下降:尾桨拉力减小是由于主旋翼桨盘涡流流过尾桨桨盘时,流经尾桨的气流发生变化初期,主旋翼桨盘涡流使尾桨桨叶迎角增大,从而尾桨拉力增加。迎角增大需要增加右脚蹬力以减小尾桨拉力,从而保持相同的转弯率。随着主旋翼涡流经过尾桨,尾桨迎角减小,迎角减小导致拉力减小,向右转弯率开始加快。这种加快会让驾驶员感到吃惊,因为先前增加了右脚蹬以保持右转弯率:这种拉力的减小发生突然,如果不修正,会发展成不可控绕旋翼轴快速旋转。当在该区域运行时,要意识到尾桨拉力减小的发生可能相当突然,并准备好快速反应,增加左脚蹬输入,消除这种突发的尾桨拉力减小。

 b.  风标稳定性区域(120°-240°)在这个区域,直升机试图将其机头朝向相对气流的方向(图11-12)。除非及时用脚蹬修正偏差,否则直升机开始缓慢地非指令右转或左转,具体转弯方向取决于风向。如果飞行员允许直升机形成向右转弯的偏转率,直升机尾部移入这个区域,转弯角速度会迅速增大。为避免顺风条件下出现尾桨失效,必须保持对转弯角速度的主动及时控制,并且集中全部注意力操纵直升机。

c.  尾桨涡环状态(210°-330°)这个区域内的风向会形成尾桨涡环环境(图11.12),结果是不均匀、不稳定气流进入尾桨。涡环 状态导致尾桨拉力变化,造成方向偏差。不稳定气流的综合效果是尾桨拉力振荡。当在左侧风中悬停时,有必要进行快速持续的方向修正,以补偿尾桨拉力的快速变化。在这个区域保持精确的方向是很困难的,但这个特性不会带来较大的问题,除非修正偏差慢。然而,脚蹬力过大、精力不集中以及过 度操纵都会导致尾桨失效。当产生的尾桨拉力小于所需拉力时,直升机向右偏转。当在左侧风中悬停时,驾驶员必须集中精力平稳协调进行脚蹬输入,不要允许形成不受控的右偏航。如果允许右偏航率发展,直升机会旋转进入风方位区,从而风标稳定性加剧右转动率。尾桨涡环状态期间飞行员的工作负担重,不要让右偏航率增加。

7)ABC这三种因素在特定的情况下的结合,直升机所需比自身能产生的更多的反扭矩就会导致丧失尾桨效应。

8)高高度丧失尾桨效应,在更高的高度上,空气稀薄,尾桨拉力和效率下降。当在高高度和较大总重的情况下运行时,尤其是在悬停时,尾桨拉力可能不足以保持方向控制,发生丧失尾桨效应。在这种情况下,悬停升限由尾桨拉力限制而不一定是由剩余功率限制。在这些情况下,需要减小总重和/或限制在低密度高度运行。但在性能图表上可能不会被标注为关键问题。

 

降低丧失尾桨效应几率

为帮助减少丧失尾桨效应,可遵循以下步骤:

1)保持最大的带功率旋翼转速。如果可减小主旋翼转速,相应减小尾桨拉力。2)避免顒风条件下空速小于30节。如果出现失去过渡升力,将导致功率需求增加以及额外的反扭矩力。

3)避免无地面效应(OGE )运行以及空速小于30节的大功率需求情况。

4)当在风速8-12节的风中悬停时,要特别留意风向和风速。过渡升力减小并没有明显的指示:过渡升力的失去会导致不可预见的大功率需求以及增加反扭矩的要求。

5)应意识到,如果正保持一个大的左脚蹬力,可能没有足够的左脚蹬量再来抵消非预期的机头右偏转。

6)警惕风条件的变化,这种情况可能在沿山脊以及在建筑物周围飞行时遇到。

改出技巧

如果突然出现非预期的右偏航,应采取下列改出技巧,左脚蹬蹬到底,同时向前推驾驶杆以增加速度如果高度允许,减小功率。有效改出后,调节操纵进行正常前行飞行。

桨距减小有助于阻止右偏转但可能导致下降率过大。为防止与地面或障碍物相撞而进行的大而迅速上提桨距杆可能进一步增加右偏转角速度并降低旋翼转速。采取减小桨距修正右偏转的决定必须基 于驾驶员对可用来进行改出的高度的评估。

如果旋转停不下来且即将撞地,自转可能是最好的办法。保持左脚蹬到底.直至旋转停下来.然后调节并保持航向。

尾桨失效

简介:尾桨失效通常分为两类:一种类型是尾桨系统的动力驱动失效,从而导致完全失去反扭矩;另一种类型是指机械控制失效,飞行员无法改变或操纵尾桨拉力,尽管尾桨仍在提供反扭矩拉力尾桨驱动系统失效包括驱动轴失效、尾桨减速器失效或者尾桨本身完全失效。无论哪种情况.失去反扭矩通常导致直升机机头立即偏转。

改出技巧

如果出现尾桨失效,则需要减小功率以减小主旋翼扭矩。该技巧根据直升机处于飞行中还是悬停中而不同,但最终需要进行自转;如果悬停中出现尾桨完全失效,关闭油门进入悬停自转;如果在前向飞行中出现失效,放低桨距杆并关闭油门进入正常自转。如果发生失效时直升机有充足的前行速度(接近巡航速度),根据直升机的设计,垂直安定面可提供充足的方向控制,允许驾驶员操纵直升机进行更理想的着陆。向偏航相反方向操纵驾驶杆可对偏航进行一定补偿,这有助于方向控制,但也增加了阻力。注意不要失去太多前进空速,因为随着空速下降,流线型效应消退。此外,如果在低空速下进入自转,则要求更多高度以增速到合适的空速。

参考资料:

1.CAA PAPER2003/1 Helicopter Tail Rotor Failures

2.Helicopteflying handbook(FAA-H-8083-21A)

3.AC-91-FS-2014-22

4.直升机飞行指南

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