了解直升机飞行的 “死亡曲线”

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作者：KP 桑吉夫·库马尔

发动机失效永远没有好时机，但限制您在高度-速度图表中“回避”区域的时间可以增加安全逃生的机会。

垂直飞行的独特属性有许多惊人的优点，但也有一些缺点。固定翼飞机在高空飞行时有一个接近飞行包线极限的 “棺材角”；直升机在靠近地面的地方有一个“回避”区域，高度和速度的组合会使直升机在失去动力的情况下变得脆弱。这种高度 (H) 和速度 (V) 的组合在旋翼机飞行手册 (RFM) 中以HV 图表的方式描述。HV 图表还有一个更不吉利的称谓 - 但也是领域内常用的称谓 - “死亡曲线（Dead Man's Curve）”。

奥地利直升机公司运营的一架双发空客 H145 在阿尔卑斯山执行绞车作业。劳埃德·霍根照片

如果发动机在飞行中停车，势能和动能就会发生交换，直到达到新的稳定状态。 如果飞行员有足够的高度和速度，他们就可以操纵两杆，以到达执行最后拉平和恢复的位置。 但在低高度和低速度的情况下，这种能量交换变得越来越困难。 这有点类似于从太低的高度跳伞 - 你需要有足够的高度让降落伞展开、充满空气并减缓下降速度。 对高度和/或速度的这种需求导致了 HV 图表中阴影部分的“回避”区。

HV 图表几乎出现在所有直升机飞行手册中（“海王”是个例外）。 以下是莱昂纳多中型双发 AW139 直升机的高度-速度图表定义：

“高度-速度图表定义了在起飞、着陆或其他近地面操作中发生单发失效时，无法确保在光滑、平坦和坚硬的地面上安全单发着陆的空速和离地高度的组合。”

换句话说，它定义了在发动机失效的情况下能够安全着陆的高度和空速组合。

一架 Castle Air AW139 接近英国伦敦的直升机停机坪。劳埃德·霍根照片

性能的技术语言可能会有细微差别，但本质是相同的 - 除非操作需要，否则应避免使用某些 H 和 V 组合。但 这并不意味着完全排除在“回避”区域内的运行； 相反，它告知机组人员在该区域内 “暴露 ”的风险，以便他们最大限度地减少在该区域逗留的时间。

HV图表是通过分析完成确定的。 分析模型通过飞行测试进行验证，包括发动机失效、“操纵杆延迟”和发动机停车着陆（EOL）测试等。 此类测试本身具有一定风险，需要由合格的实验试飞员和飞行测试工程师进行。

低空发动机失效

处置“失去动力”特情，是直升机飞行员必需的一项技能。这种状况可能是由发动机失效引起的，也可能是在飞行中任何需要有意关闭发动机的情况导致的。

单发直升机从发动机失效中恢复，或双发/多发直升机从全部发动机工作（AEO）飞行过渡到一发不工作（OEI）飞行，都要求飞行员采取特定行动。 在大多数情况下，这需要降低总矩（伴随着高度损失）以保持旋翼转速（Nr）。 Nr 衰减率与失效瞬间的旋翼扭矩成正比，与旋翼系统的转动惯量成反比。 在一定的 H-V 组合范围内，可能无法保证安全、可重复地从发动机失效中恢复。 这些点的位置定义了 HV 图表。

H V 图表通常有一组图形或阴影区域 - 一个涉及低速部分，另一个涉及高速部分（由于高速接地时动能耗散的风险）。 拐点（低速轨迹向 Y 轴弯曲的地方）被称为“拐点速度（knee speed）”，由最低安全高度（临界高度）和前进速度（临界速度）组合而成，低于该临界高度的高度范围应予避免。

在安大略省伦敦的国际试飞员学校进行培训。贝尔 206B JetRanger 保持悬停，背景是 MBB Bo.105。迈克·雷诺照片

在 HV 图表的低速“回避”区域内操作意味着高度不足，无法安全迫降或中断起飞 (RTO)、或对多发直升机执行“飞离”。 在另一个“回避”区域内运行可能会导致飞机高速接地，甚至要“急速爬升”来摆脱撞地危险。

西科斯 基 SH-60 RFM 指出，“延迟识别单发失效或过度机动以到达合适的着陆区域会降低安全着陆的概率”。

单发直升机的性能等级为三级，这意味着在飞行剖面的任何位置发生发动机故障时都必须进行 “迫降”。在低空飞行时，发动机失效可能会带来危险，原因有二：如果采用垂直下降方式进行处置，旋翼中的动能可能不足以将垂直速度缓冲到起落架的极限下沉率以下。如果尝试传统的拉平和恢复方法，则可能没有足够的高度达到有效拉平的合适速度。

单发贝尔 UH-1H 易洛魁在灭火行动中向水桶中注水。劳埃德·霍根照片

在轻型单发直升机上，由于不可能“飞离”，因此在 RFM 中只能找到一张 HV 图表。 环境控制系统（ECS）、防冰或可选旋翼转速（Nr）等附加系统也不是轻型单发直升机的标准配置。

旋翼惯性可能会在一定程度上平滑滑行，以提供必要的操纵杆延迟时间（LDT）或干预延迟时间（IDT）- 飞行员识别情况并开始降低总矩的反应时间。 在直升机的设计过程中，如果发现低惯性旋翼系统无法提供规定的 IDT（通常为两秒），则可能需要采用桨尖配重或其他功能来改善旋翼惯性。

多发旋翼机的 HV 图表

多发旋翼机完全失去动力可能是由于燃油不足或污染、发动机控制操作不当、战斗损坏或某些设计中（常见的）传动轴故障造成的，但非常罕见。 更实际的做法是关注悬停时的 OEI。

使用吊放声纳的反潜直升机会在“回避”区域内停留较长时间。 因此，必须选择合理的高度来降低风险，同时确保声纳在最佳条件下工作。 印度海军的韦斯特兰“海王” Mk.42B 在 50 英尺（15 米）的高度悬停，而俄罗斯共轴卡莫夫 Ka-28 则选择在约 75 英尺（25 米）的高度悬停。

莱昂纳多双发 AW139 的高度-速度图。右图说明了重量超过 14,110 磅（6,400 千克）时的高度-速度限制。

与单发直升机明显不同的是，多发直升机一发失效时直升机所需功率最多只损失了一半。 在 OEI 之后，另一台发动机将弥补部分功率损失。 在悬停或低速飞行时，可以选择部分功率下降，而不是自转。 与单发直升机不同的是，在 H 和 V 的某些组合下，甚至可以实现安全的 RTO 或飞离。 垂直下降方法在超过一定高度后可能无法使用，因为当下降速度约为悬停时诱导速度的一半时，可能会出现涡环状况，从而造成危险。

双发旋翼机的另一个显著差异是可以在单发失效时调用的“应急”额定功率。 这是通过重置“实时”发动机调速器，使未失效的发动机在更高的温度限制下运行，从而提供更高的功率输出来实现的。 这就解释了为什么双发 RFM 中会有大量的 HV 图表，以满足不同的重量-高度-温度（WAT）条件、应急额定功率（可能不止一个）、发动机引气的使用、防冰、风力条件、可选旋翼转速等。

检查您的双发直升机已发布的 HV 图表是否适用于 OEI或全发失效。 通常是前者。 模拟和数学建模可用于生成 HV 数据，出于安全考虑，很少在中型和重型双发直升机上进行全发失效的实际飞行测试。

如今的多发直升机，尤其是商业应用中的多发直升机，一般都按照 A 类规格进行认证，并在 RFM 中包含预定的性能信息和概况。 因此，此类直升机可以按照性能等级一或等级二运行。 对于获得 A 类认证的直升机，在 A 类规定的起飞/着陆图内运行并按照规定的剖面图飞行时，没有HV限制。

其他紧急情况下的 HV 图表

直升机中的某些紧急情况，如尾桨 (TR) 或尾部传动装置失效，可能需要有意关车自转着陆。HV 图表是否适用？

在悬停和低速状态下完全失去方向控制是一个非常困难的组合。 极端的飞机姿态、偏航率和交叉耦合反应可能会在几秒钟内形成。 由于 HV 图表与普通飞行员的经验和技能水平挂钩，无法就这些情况进行实际测试，因此很难估计结果。

针对 HV 图的分析模型或飞行测试并未考虑悬停或低速飞行时尾桨发生灾难性失效时旋翼机的反应或飞行员的反应时间，这些故障往往伴随着飞机姿态的大幅快速变化，还可能产生会增加压力误差并降低仪表指示的较大侧滑角。

一架配备长绳的 Blackcomb Helicopters AS355N “双星”在不列颠哥伦比亚省斯夸米什附近的不列颠哥伦比亚水电公司电线杆上方飞行。希斯·莫法特照片

飞行图表也不适用。 在我看来，虽然单发失效的 HV 图表可以作为粗略的指导，但是在作为方向控制失效（部分或全部）参照时会隐藏许多变量，其中一些变量可能会给人一种误导性的安全感。

加拿大国际试飞员学校（ITPS）是世界领先的民用试飞员学校之一，该校的旋翼飞行试飞教员亚当·洛斯（Adam Lowes）对此表示赞同。

他说： “HV 测试特别允许着陆时的前进速度，并让起落架吸收一些着陆冲击力。 而你能有前进速度的唯一原因是因为你有方向控制，所以飞行测试数据可能无法直接适用于尾桨失效。 ”

在电力线路维护环境中工作可能意味着长时间暴露在HV图的“回避”区域。海尔斯·莫法特照片

虽然飞行是人之所向，悬停乃神之所许，但在悬停或低速飞行时失去发动机肯定不是人的意愿、神的本意 - 尤其是在您只有一台发动机的情况下。 因此，下一次当您计划无地效悬停 (HOGE) 以测量旋翼锥体和平衡、在电力线上固定标记球、连接悬挂的负载或在 H 和 V 的任何临界组合下悬停时，请记住首先计算您的任务会将您置于何处。 长时间处于 HV 图中的“回避”区域，一旦发动机失效，会增加您不幸结局的可能性。

做好计划，安全飞行。 祝您着陆愉快！

来源：Understanding ‘The Dead Man’s Curve’，By KP Sanjeev Kumar, Vertical Mag，03 June 2021. 略有修改。

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