浅析直升机在城市中的飞行安全.doc

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1、分类号 编号 中国人民解放军陆军航空兵学院毕业设计（论文）技术报告课题名称： 浅析直升机在城市中的飞行安全 学员姓名 施 杰 专业 飞行与指挥 班级 直11 指导教员 韩旭鹏 2009年 02 月论文题目： 浅析直升机在城市中的飞行安全作者： 施 杰指导教员： 韩旭鹏内容摘要： 本文介绍了直升机在城市中飞行的特点，重点分析了城市地形、飞行高度、城市气候等因素对飞行安全的影响，并根据城市特点对空中出现特情的处置方法做了进一步的分析。关键词： 直升机 城市 安全TITLE： Analysis Of Helicopter Safety Flight In The CitiesAUTHOR： Shi

2、JieTUTOR： Han XupengABSTRACT： This article describes the helicopter flight characteristics in the cities.Analysis focused on the urban terrain,flight altitude,urban climate and other factors impact on flight safety.And in accordance with the characteristics of urban cities,making the further analysi

3、s of the disposal methods to the special air circumstances.KEYWORDS： elicopter city safey 目录0引言11直升机在城市中的飞行特点21.1直升机飞行的特点21.2城市气候对飞行的影响31.3能见度对城市飞行的影响42 预防直升机在城市中飞行发生危险应注意的问题52.1如何在城市复杂地形中保证飞行安全52.2 保持高度是安全的重要保证62.3 机动飞行的注意事项83 空中特情的处置方法研究 93.1 空中出现特情的原因分析93.2 出现特情的处置方法 114结束语 12参考文献 13 浅析直升机在城市中的飞行

4、安全0 引言当今世界经济飞速发展，直升机依靠其自身的高效性及高机动性已逐渐被人们所接受。民用直升机也逐步进入人们的生活，它不仅有力地推动了全球经济的快速发展，而且极大地改善了人们的生活品质，一个国家民用直升机的拥有量已成为衡量其经济实力和发达程度的重要标志。在直升机进入人们生活，提高了人们生活品质的同时，直升机在城市中的飞行安全也成为了人们最关心的热点问题。本文就针对直升机在城市中的飞行安全做了一系列的研究分析，重点分析了直升机在城市中飞行安全应注意的问题，并对特殊情况的处置方法做了一定的总结。准确地掌握这些方法，对于保证飞行安全，顺利完成各项任务具有十分重要的现实意义。飞行安全是完成飞行任务

5、的基本前提，只有确保了飞行安全才能在飞行这条道路上走得更远。下面首先分析一下直升机在城市中的飞行特点。1直升机在城市中飞行的特点1.1直升机飞行的特点 所谓直升机就是依靠发动机驱动旋翼产生拉力纵横向力操纵力矩重于空气的航空器。从飞行特点上来看，直升机具有较高的机动性。它可以原地起降而不受场地限制。另外，它还具有高效性，它相对于其它交通工具要更加迅速快捷等。1.1.1高机动性直升机的起飞方式较其它飞行器不同，它可以通过增大发动机功率带动旋翼增加旋翼拉力，从而使直升机垂直离开地面上升高度。并且在功率允许的范围内，直升机可以在任何一个高度上保持位置方向不变的悬停状态。这相对于其它飞行器需要借助一定的

6、速度才能起飞就具有较高的机动性能。另外，直升机在一定的高度上保持悬停的同时还可以通过改变尾桨的拉力而改变直升机的方向，使其可以从任何一个方向进行增速飞行。这些在城市中飞行都是十分重要的条件。在城市中起飞，楼房电线杆等高大建筑分布各处，若从地面通过增加速度而起飞，很可能在起飞过程中与建筑物发生碰撞。因此，能从一定高度增速这就十分必要了。另外如在楼群之间起飞，还要调整起飞方向，而直升机的旋停转弯性能有效地解决了这一问题。由此可见，直升机所具有的飞行特点是极易在城市中飞行的。1.1.2直升机的高效性在速度方面相比与其它的交通工具，直升机的速度完全超过了它们。例如直11型直升机的最大飞行速度可以达到2

7、78公里小时，这相比与汽车、火车的速度都要快捷。另外，对于两点之间线段最短，汽车、火车等受各种地形条件的限制，很可能再行进过程中要走很多的弯路，有时甚至需要绕道而行，这些都极大程度的占用了行程的效率。而直升机就可以完全不用考虑这些问题。在城市中飞行，只要保持一定的飞行高度，便可从起点直线直线飞到目的地，这样就大大缩短了在行程中所需要的时间。由这两点可以看出直升机相比与其它的交通工具具有很强的高效性，能大大地提高人们的工作效率。1.2城市气候对飞行的影响城市中人群居住较多，是人口十分密集的地方。由于人口密度较大就导致整个城市的气温相比与城市周边人口较少的地区要高出很多。随着空气温度的升高，造成了

8、气温水平分布不均匀，这就会引起热力扰动气流的形成。而在飞行过程中受到这种扰动气流的作用便会使直升机发生颠簸、摇摆以及局部抖动等现象，这些现象称为颠簸。颠簸按照其强度可分为弱、中、强三个等级，它对飞行安全的影响是十分严重的。首先，颠簸时仪表受到不规则的震动，指示常会发生一些误差。特别是在颠簸幅度较大，直升机忽上忽下变动频繁时，由于仪表指示往往落后一些，升降速度表、高度表、空速表等全静压系统仪表的指示都会产生较大的误差，不能准确反映出瞬间的飞行状态。此时若依靠仪表飞行，就可能带来一些不良后果。其次，颠簸时飞行高度、速度以及飞行状态都会发生不规则的变化。颠簸强烈时直升机高度的变化可达数十米以至数百米

9、，这样就会给飞行员操纵直升机带来很大困难，需要用很大的精力来保持飞行状态，因而体力消耗大易于疲劳。最后，一般颠簸对于直升机结构影响不大，但是如果直升机长时间受到强烈颠簸机体的某些部位（如旋翼、尾桨）就可能产生变形甚至折毁。由此可见，颠簸对于直升机来说是十分危险的。另外，城市中建筑物、街道、广场起伏变化大，扰动气流强烈，“城市风”的影响大。在高大建筑物背风面往往有下降气流区，在街道拐弯和出口处有涡流区存在。在街道上空，往往风向风速不稳定，这些都是空气流经粗糙不平的地面或障碍物时形成的扰动叫动力扰动气流。它同样可以引发直升机颠簸而发生危险。1.3能见度对城市飞行的影响能见度是指视力正常的人，在当时

10、的天气条件下，能够看清楚目标物轮廓的最大距离。以千米或米为单位。能见度与飞行活动密切相关，它是决定飞行气象条件简单或复杂的依据之一，也是决定能否飞行的重要依据。而影响能见度的基本因子有：目标与背景之间的亮度对比和大气透明度。1.3.1目标和背景之间的亮度对比人们观测目标时，是通过目标物和衬托它的背景之间的亮度来鉴别的。所谓亮度对比，就是观测者所感受到的目标物亮度和背景亮度之间的差值与两者之中较大的一个亮度之比，以K表示。K的数值在01之间，若K=0，就无法看到目标；若K=1，目标物看得最清晰。在城市中飞行就是进行空中能见度的观测，通常以城市地面为背景，而建筑物与地面亮度差异较大，所以空中较容易

11、辨认。1.3.2大气透明度我们观测目标物时，在观测者与目标物之间隔着空气，由于空气分子和其它微粒对来自目标物和背景的光线有吸收作用，使这些光线到达观测者眼中已经减弱。另外，气层本身受到各方面光线照射后也有一定的亮度，这个亮度会自然地附加在目标和背景的亮度上。在大气中，很多天气现象都可严重影响大气透明度。主要有：雾、风沙、浮尘、烟幕、降水、吹雪等，这些天气都可能在城市中飞行时遇到，从而影响城市飞行的能见度；影响视觉使地标不容易找到；影响直升机的起飞和目测着陆；影响目视飞行等。进而就可能造成迷航或飞行员产生错觉等飞行事故。使飞行员精神紧张，操纵不当而发生危险。另外，由于能见度差，空气中的杂物较多，

12、空气质量不高使发动机吸入大量湿气和微小颗粒等杂物影响发动机功率，使飞行阻尼增大，从而对直升机的飞行安全具有一定的影响。2 预防直升机在城市中飞行发生危险应注意的问题2.1如何在城市复杂地形中保证飞行安全直升机经常在高楼林立的城市中遂行各类飞行任务，而我们通常所说的城市飞行是指城区低空、超低空飞行，可以说城区飞行是超低空飞行中的一个特例。因此，超低空飞行特点也适用于城市中飞行。在城市中飞行，由于建筑物的高低起伏不定造成地形起伏变化较大。因此地面效应在城市中飞行不便于被利用。在高楼林立的城市中起飞着陆时，虽然直升机具有较高的机动性，但由于起飞着陆场地面积小，净空条件差，多采用垂直起飞着陆。起飞增速

13、和着陆消速的下滑线都比较高，这就要求直升机的剩余功率大，飞行载重要小一些，目测要更准确，操纵要更柔和。高楼间飞行时，也要注意观察好高楼间的距离，防止旋翼与之发生碰撞。另外，遇到电视塔、超高摩天大楼等建筑物时，一般采用转弯避开而不飞跃。因为直升机在城市中飞行，许多障碍物可能造成直升机飞行员的视力障碍，只有飞过这些建筑物后才能发现其它高大建筑物。而城市本来建筑物之间的间隔就不大，当发现时可能已经很近，如果这时仍然强行飞越时，必然要过急过量的上提总距使直升机使用较大的功率来保持一个较大的上升角。在剩余功率不是很多的情况下，过急过量的上提总距就可能导致直升机旋翼失速，使直升机振动、掉高度、操纵性变差。

14、从而未能飞越障碍物而与之碰撞发生事故。因此如遇高大障碍物时通常转弯避开而不飞越。2.2保持高度是安全的重要保证高度是保证飞行安全的重要因素之一，不论是在任何时候是否保持好规定的高度都能直接影响到飞行安全。特别是在城市这种地形十分复杂的地区飞行，高度的保持就显得更加重要。2.2.1起飞、着陆中高度的作用直升机在城市中起飞和着陆多数在楼顶进行，由于楼顶的面积及周围的环境等因素就给起飞和降落带来很大的困难。首先是直升机在悬停时保持稳定比较困难。一般楼顶平台面积都不大，直升机悬停时，视线所看到的地方很可能是楼下，这样一高一低就不好确定直升机的位置和离地高度。这就要求机组协同，分工明确。一人集中注意力保

15、持好直升机状态和位置，一人帮助观察障碍物并提醒高度。这不仅要求个人的飞行技术十分过硬，对于机组人员的协调一致的配合也是十分重大的考验。显然楼顶悬停属于直升机的精确悬停。其次是直升机机在楼顶起飞增速后，机头飞离楼顶，飞行员视线看到楼下地面，可能产生高度增高的感觉。如果下放总距修正，就可能导致尾梁、尾桨碰到楼体，进而发生事故。在下滑消速过程中，由于飞行员视线由地面转到楼顶，会产生高度下降过快的感觉而补总距进行修正。这样就可能导致直升机到达楼顶上空高度过高。这时如果放总距垂直下降接地过程中，直升机下降率过大很可能造成涡环而发生危险。最后在起飞着陆过程中，如果周围有更高的建筑物，需要进行无地效垂直起飞

16、或着陆时，飞行员对周围高大建筑物的高度应做准确地掌握和了解。在起飞过程中，飞越障碍物时不要过多的上提总距，防止发动机剩余功率不足而造成直升机旋翼失速。在着陆消速过程中飞越障碍物时不要因视觉误差而提着总距不放，导致直升机到达着陆场地上空时高度仍很高，再进行下降时，下降速度过快而进涡环。这些都可能对直升机安全造成危险。2.2.2飞行中高度的保持直升机在城市中飞行，要保持好最基本的安全高度。由于城市地形十分复杂，在飞行中要按气压式高度表来保持高度。因为城市中建筑物高低起伏不定，导致无线电高度表也随之上下摆动，若按无线电高度表保持高度，飞行将随地形起伏而上下起伏，这样十分不利于飞行状态的保持。在楼间飞

17、行时，应把握好注意力的分配，时刻以外为主，保证飞行安全。飞行中城市景物与电线相对较多，在飞行时防止飞行人员由于观察外面景物过多而丢失直升机的状态和高度，使直升机与之发生碰撞。在下降高度的飞行中，要清楚的了解所处的位置及周围是否有电线等不易发现的障碍物，在不清楚所处地区有无电线或不清楚当时直升机所处的位置时，不得随意下降高度，防止发生危险。由于城市中的相对气流十分不稳定，在遇有强烈的升降气流时应上升高度，但操纵动作一定要柔和，特别是在遇有下降气流直升机掉高度时，不能过急过量的提总距，防止直升机功率不足而造成旋翼失速，发生危险。在城市中飞行保持好安全高度就是生命最强有力的保证。2.3机动飞行的注意

18、事项机动飞行是直升机较特别的飞行方式，它不仅较高的提高了直升机的相对机动性，更加为直升机能顺利成为未来人们的交通工具而奠定了坚实的基础。这里我主要从在城市中进行悬停机动飞行与盘旋机动飞行这两方面发表观点和看法。2.3.1城市飞行中如何保证悬停机动的安全悬停机动主要可以分为前飞、侧飞、后退飞行及悬停回转。由于城市地形十分复杂，因而进行悬停机动的难度也相对较大。在楼房顶端做悬停机动飞行时，由于本身观察上的高低差异更加上缺少相对运动的参照物，这就使保持直升机的状态十分困难。在进行前飞、侧飞、后退飞行及绕点悬停转弯时，首先要清楚自己周围是否有影响飞行安全的障碍物，以免在进行机动时发生碰撞。其次要克服视

19、线由楼顶转到地面的影响，由于视线的转换很可能使判断直升机的姿态有误差而导致错误操纵。在进行直升机绕轴悬停回转时，要清除直升机的长度及周围的环境，要保持好直升机的位置。防止在回转过程中位置发生偏移或高度保持不好使直升机尾部与周围障碍物碰撞而发生危险。2.3.2如何保证盘旋机动飞行的安全所谓盘旋就是直升机在水平面内作等速圆周飞行。其半径的大小取决于盘旋的坡度与直升机的速度。在城市中进行盘旋机动飞行，首先要注意的就是盘旋的半径。城市中高大建筑较多，相对空间较小，因此盘旋的半径也不能太大。这就要求在盘旋的坡度与速度要小。其次在盘旋中要注意位置的保持，要始终保持直升机在预定的场地上空绕空间一点作盘旋。如

20、果盘旋的位置保持不好，加上城市净空条件本来就差，很可能使直升机在盘旋过程中与建筑物碰撞。最后在盘旋中禁止带侧滑。因为侧滑会影响盘旋向心力和惯性离心力的平衡，使直升机坡度不易保持，易进入复杂状态发生危险。在盘旋中修正外侧滑时应向盘旋反方向压杆，再蹬舵修正，修正内侧滑时应向盘旋方向蹬舵并压住杆。当侧滑大、坡度大时应减小坡度或改平坡度从新进入。同样盘旋中带侧滑也会使保持直升机位置困难从而增加与建筑物发生碰撞的危险系数。3、空中特情的处置方法研究3.1空中出现特情的原因分析这里所说的飞行中出现特情是指直升机在飞行中出现的可能危及飞行安全的移行现象。而就其特情产生的原因主要有人为因素和机械本身故障。我着

21、重从这两点谈谈自己的看法。3.1.1人为操纵引发直升机特情直升机在空中飞行遇到特殊情况并非都是机械本身故障，有很多情况都是人为操纵不当引发的。当飞行中的直升机遇到一些需要处理的情况或是改变直升机的飞行状态时，由于飞行人员心里紧张，操纵不熟导致动作粗猛、变形，甚至发生错误动作。这些都很可能引发直升机的特情产生，进而发生危险。城市中飞行，由于城市地形较为复杂，气流的相对稳定性差。这就需要更多地去操纵直升机，而一旦操纵不当，城市中处理空间又相对较小，就极易发生事故。例如在楼顶起飞过程中，在直升机机头飞离楼顶时，飞行员视线由楼顶转向地面，很可能造成飞行员视觉高度差异，判断直升机高度有上升。这时如果飞行

22、员为修正高度而下放总距，势必使直升机高度下降，而机身还未飞出楼顶，直升机尾部就极可能与建筑物发生碰撞。另外在城市中飞行，城市气流相对不稳定，高大建筑物背风面往往有下降气流，街道拐弯和出口处有涡流区存在。直升机在这种情况下飞行，飞行状态不易保持，在飞至高大建筑物背风面如遇下降气流，直升机必然会掉高度。若这时飞行员由于紧张而动作粗猛，过急过量的上提总距，很可能造成旋翼迎角超过临界迎角使旋翼失速，直升机振动、掉高度、操纵性变差而发生危险。3.1.2机械故障引发特情虽然在特情中大部分是因为人为操纵原因引发的，但由机械故障引发的特情仍是不可避免的。但如果飞行员处置得当，仍可以避免危险的发生或将损失降到最

23、低。在飞行中出现机械故障而引发的特情也有紧急程度的区分，根据故障的紧急程度，规定了四种不同的处置方法，它们分别是：继续飞行、就近机场着陆、尽快选场着陆和立即着陆。这就要求飞行员反应要迅速，无论出现任何特情都要迅速作出判断进行操纵。在机械故障中有很多都是因为部件连接处发生脱落或卡滞而引发的，这同样要求飞行人员操纵动作要柔和，以减小事故的发生。3.2出现特情的处置方法特情的出现虽然不可避免，但如果处置得当，仍可以减小事故所造成的危害。首先，无论特情出现的大小或紧急程度如何，飞行员都应保持一的冷静的头脑对特情进行判断分析，因为只有一个良好的心理素质，保持一个清醒的头脑才能准确、迅速的判断出是何特情以

24、及形成特情的原因，也就才能进一步分析出该如何操纵直升机来消除特情。如果这时思维慌乱、不清晰就很可能错误的判断特情，而进行一些错误的操纵，进而引发其它特情的产生，使直升机进入复杂状态。因此，在遇到特情时保持一个良好的心态是首要前提。其次要针对城市中飞行的特点采取迅速、准确的操纵以消除特情或减小损失。在城市中飞行，由于场地面积小，净空条件差，给特情处置所留的余地较小，这就要求飞行人员所采取的操纵要迅速、准确。针对城市人口居住十分密集这一特点，在城市中的特情处置也就不同于其它地方。在特情发生时，飞行员首先要做的就是判断直升机的位置，并向城市周边或人口稀少的地区飞行，这样即使特情消除不了，需要迫降时也

25、能获得较有利的场地条件，减小事故及人员伤亡。如果特情十分紧急，直升机需立即迫降处置，飞行员应在城市中选择人口相对较少的地区（如：公园、湖泊等）。因为在迫降过程中，由于旋翼、尾桨在高速的旋转，直升机状态保持不好，很可能使旋翼或尾桨击打障碍物或地面而造成碎片乱飞。如果在人口密集地区不仅直升机会砸伤人们，旋翼碎片也可能击伤别人。因此，首要任务就是选择人口稀少的迫降场地再进行规定的操纵，以保证将伤害降到最低。4结束语影响城市飞行安全的因素还有很多，如飞行速度、城市中复杂的电磁环境等这些都可能影响到直升机在城市中的飞行安全。但最主要的仍是高度、气流、地形及能见度的影响。因此我们需要根据飞行任务的需要准确掌握资料，认真总结经验，保证飞行安全，顺利完成各项飞行任务。参考文献：1 直升机飞行力学M，北京；中国人民解放军陆军航空兵学院，2004年8月2 航空气象学M，北京；中国人民解放军空军司令部，2001年3月3 直升机飞行安全概论M，北京；中国人民解放军陆军航空兵学院，2005年10月