03.02 為什麼直升機很難飛上高原?

但願81972983


直升機在高原飛行,要比固定翼飛機困難得多。直升機很難飛上高原和直升機特殊的飛行方式有關,直升機是依靠槳葉在發動機的工作帶動下旋轉向下壓縮空氣而獲得升力的,當產生的升力大於直升機總重時,直升機就可以成功起飛。

高原地區海拔高,空氣稀薄,此時直升機槳葉向下壓縮空氣時的效率將會下降,直升機飛行性能自然也明顯下降。資料顯示,在海拔4000米時,大氣密度只有海平面的66%,此時直升機旋翼功率會下降33%。目前直升機旋翼系統的最高工作高度是12150米,但這只是極限測試數據,測試的直升機拆除很多不必要的設備,此時直升機的運輸能力為零,並沒有太大的實際意義。

除了空氣稀薄,高原地區的地理環境和氣象條件都非常惡劣,並不適合空中飛行,直升機在高原發生事故的頻率比平原高得多。以中國購買的S-70C“黑鷹”直升機為例,當初中國一共購買了24架“黑鷹”直升機,主要將它們用於高原運輸任務,在漫長的服役歲月中,這批“黑鷹”直升機一共發生過四起墜機事故,除了一起是因為“黑鷹”直升機尾減速器故障,屬於機械事故以外。其餘三起墜機事故均和當時特殊惡劣氣象條件有關。

此外,直升機在高原的日常維護保養工作歷來都是大麻煩。高原地區晝夜溫差比較大,直升機上使用的密封零部件可能會受到晝夜溫差劇烈變化而產生鬆動、裂痕等情況,帶來安全隱患。而且高原地區的大風日數多、空氣乾燥,風沙大,直升機需要具備很強的抗風沙侵蝕的能力……

這些因素綜合起來,對直升機各方面性能提出很高要求,所以一般的直升機都無法進行高原飛行。

中國高原面積廣大,一直對擁有良好高原飛行性能的運輸直升機有巨大需求,當初“黑鷹”直升機服役後,一度成為中國唯一一款能夠執行高原運輸任務的直升機,整個機隊的高原運輸任務非常繁重。後來中國從俄羅斯購買了特意增強高原飛行性能的米-171V5/V7運輸直升機,減輕“黑鷹”直升機的負擔。如今中國已經擁有國產新型通用直升機——直-20直升機,預計它的高原運輸能力要強於“黑鷹”直升機,足以完全解決中國高原運輸難題。


科羅廖夫


並不是說很難“飛上”高原,是直升機這個機種,大部分機型升限相對固定翼飛機比較低,在高原上性能下降比較明顯,起降困難。

我國進口的動力增強型黑鷹直升機,實用升限可達6000米,而青藏高原海拔通常在3000-5000米之間。這樣的話黑鷹可以在大部分高原空域安全飛行。而米17,實用升限只有5000米(高原型也可以達到近6000米),其前身米8,實用升限只有4500米。所以米17在高原上遇到山區就頗為力不從心。很多時候就要鑽氣流複雜的山溝山口(重載的時候,連黑鷹也要鑽山溝)。

但實用升限還不是關鍵,與固定翼飛機的升限不同的是,直升機除了飛行時的動力升限(前邊說的實用升限就是正常載重下的動力升限),還有“懸停升限”。增強型黑鷹的有地效懸停升限應該在3000米左右,也就是說在平均海拔4000米的青藏高原的很多地方,直升機難以垂直起降,這已經大大限制了使用的靈活性。至於我國直9,有地效懸停升限只有2000多米,雖然其最大升限高達6800米,但它根本無法在高原機場垂直起飛。這就回到了題主的問題,直9從平原起飛,“飛上”高原並不算難,但無法安全降落,也無法順利起飛。

不過在有機場的情況下,即便做不到垂直拔地而起,直升機也可以藉助跑道滑行,勉力起飛。降落也一樣,藉助滑跑完成高海拔降落。不過這樣靈活性就大打折扣了。所以高原上的直升機,動力必須增強,以增加懸停升限,力求在更大範圍自由垂直起降。比如我國引進的黑鷹,使用了海鷹的動力包,比當時美國陸軍型動力增強10%。

值得慶幸的是,我國的直20已經在海拔3200米的高原機場進行了測試,直18也進行了高原測試,據說在減重處理後飛越了珠峰。


薺菜糰子


之前曾和一位學習飛行器製造的朋友討論過這個問題,其實不僅僅直升機很難適應高原地形,普通的客機對於高原地形也是望而卻步,有世界屋脊之稱的青藏高原風光旖旎,令無數遊客神往,但是直到2010年才開闢了成都—拉薩—阿里航線,一方面是因為客流少,另一個原因也是因為開闢航線難度大,運營成本高,而直升機在高原地區的飛行難度比客機更大。主要原因有以下幾個方面:

1、直升機的操作難度相較於固定翼飛機操作難度更大。

以下圖中常見的單旋翼帶尾槳式的直升機為例,直升機的升力、向前、向後推進力、左移力、右移力全部都是由駕駛員操縱週期變矩杆(相當於方向盤)來實現的,週期杆向前推聯動傾斜盤向前傾斜,螺旋槳轉面前傾,從而獲得向前的推進力,反之則可以獲得向後的推進力,後面的尾翼由腳蹬控制用於產生偏轉力矩,防止直升機打旋。

以上可以看出,直升機的除了旋轉力矩由尾翼產生,其餘的俯仰力矩(控制俯仰角度)、滾轉力矩(控制左右傾斜)全部由傾斜盤帶動螺旋槳的旋轉面實現的。這就對直升機的週期變矩杆的操作提出了更高的要求,直升機駕駛員通過一系列連貫、協調的動作來保持機身的平衡,稍有不慎就有摔機風險。

2、高原地區空氣稀薄,導致飛機本身性能下降嚴重

高原地區空氣稀薄,飛機提升力、前進和後退的力都是空氣作用在螺旋槳上的反作用力,空氣稀薄意味著飛機發動機需要額外的功率輸出才能達到原有性能,而氧氣稀薄同樣影響飛機發動機的燃燒效率,飛機機械性能要下降超過40%。

圖釋:阿帕奇武裝直升機

3、高原地區地形複雜、天氣多變

高原地區多山地,地形複雜,緊急情況下尋找迫降機場的難度很大。地形複雜還會導致當地的氣流複雜,直升機在懸停和飛行時都需要穩定的氣流,多變的天氣、紊亂的氣流,更增加了直升機的操作難度。

4、直升機的飛行高度較低,緊急情況下留給駕駛員的反應時間更短

當飛機出現故障時飛行員一般都會想辦法拉昇飛機以爭取更多地反應時間。

一般直升機的飛行高度為1000米到4000米,我國陸軍航空兵的Z-9直升機最大升限為6000千米,美國“阿帕奇”武裝直升機的升限為6250米,相較於民航8000m到12000米的高度低了很多,受地形影響更大,緊急情況下的反應時間也會更短。

今天的科普就到這裡了,更多科普歡迎關注本號!


核先生科普


一直以來,擁有一款能夠在高原環境下行動自如的直升機近乎一種奢侈!自上世紀八十年代起的很長一段時間裡,我軍僅有一種直升機能夠在高原、高海拔環境中正常使用,即完全美產的UH-60“黑鷹”。

但後來因為政治原因無法持續引進,自己的技術又不達標,所以只能將目光轉向俄羅斯:米-17、米-17B5雖然能解燃眉之急,但相比UH-60仍有許多不足之處!值得注意的是:我們保有的UH-60在後期都是超負荷運行,而且持續了二十餘年!

那麼很多人就會疑問:直升機作為空中載具,為何還會受地面海拔的影響?首先,海拔高低的影響是一個相對的概念,北京的平均海拔僅為43.5米,而西藏的平均海拔在4000米以上!試想:在這兩個地方同樣升空1000米的概念相同嗎?

坦白而言,直升機在高原飛行的主要難點是在於發動機!高海拔地區空氣稀薄是人皆共知的常識,而發動機的工作過程必須要有充足空氣的參與;如果空氣稀薄,發動機則會遇到超溫超轉等問題,進而影響其產生的動力。

關於這一點,我們其實可以從自身找到相同的理論:人的心臟就好比是發動機,當你身處高海拔環境下時,就會因為空氣中的含氧量降低而引發包括心臟在內的多種病症;也就是我們俗稱的“高原反應”。

除此以外,海拔越高大氣壓則越低,大氣壓的降低往往會伴隨著惡劣的暴風天氣,再加之複雜的地貌等,都對直升機在高原、高海拔環境中的起降、飛行等任務產生了極大的挑戰。

而且我國本來就高原環境佔比大,所以急需具備自主研發、生產類似UH-60“黑鷹”直升機的技術。隨著直-20的曝光,相信這一願景很快就能夠實現。

我是軍武最前哨!


軍武最前哨


直升機是一種非常優秀的交通工具,在沒有公路、鐵路,固定翼飛機無法起降的地區,直升機大顯神威,它能載人、能運輸、能救援,起到重要作用。

在很多人印象中,直升機飛行速度慢,能在空中懸停,不需要跑道,只要一塊平整的空地就能起降,應該很容易駕駛。就像電影中那樣,在任何危險的地方懸停降落,如入無人之境。

其實不是那樣的,直升機駕駛並不容易,甚至比固定翼飛機還要困難。因為直升機在上下、前後、左右6個方向上運動,全靠調節螺旋槳完成。飛行員要操縱油門杆、總距杆、週期變距杆、方向舵等一大堆設備,對協調性要求相當高。

在高原及高海拔山區,直升機飛行又是一件難上加難的事。對一般直升機來說,高海拔地區就是飛行禁區。其他交通工具進不去的地方,它也進不去,只有專業的高原型直升機才可以。

為什麼會這樣呢?因為:

一、高原地區空氣稀薄,空氣密度與海平面相差很大。海拔4000米地區,空氣密度約為海平面的60~70%,直升機功率下降40%左右。

直升機靠旋翼下壓空氣獲得反推力飛行,高原地區旋翼產生的升力也大大減小。發動機燃燒同樣需要空氣,密度低,就要多吸入更多的空氣。所以直升機的進氣扇和旋翼速度都要提高,或安裝更多的葉片,這要變速發動機和變速進氣扇才行。

一般直升機在高原地區載荷迅速下降,能維持自身飛行就不錯了,更別說載人拉貨。

二、高原地區天氣多變,環境複雜。

前幾分鐘還是風和日麗,轉眼便是狂風大作,濃霧瀰漫。可見度迅速降低,直升機在這種環境中飛行,就像開著汽車在漆黑的夜晚以120公里/時前行,突然闖入濃霧區,此時司機該是什麼心情?

直升機也一樣,當在空中能見度極底時,除了靠儀表,剩下就全指望飛行員臨場應變技藝高超啦。

三、高原和山區有大風。

你是風兒我是沙,直升機是真不想見到它們。漫天風沙無孔不入,鑽入直升機內部造成機械磨損、油路不暢、接觸不良,吸入進氣道還會打傷高速旋轉的渦輪葉片,降低發動機功率。

狂風詭異莫測,氣流很不穩定。直升機在起降和懸停階段,最害怕亂流,因為此時直升機處於靜平衡狀態中,距地面又低,一旦平衡打破,根本來不及反應就機毀人亡。還有可怕的風切變,飛過山口都經常遇到它,防不勝防。

四、高原地區晝夜溫差很大,早晨晚上能相差30度。

急劇變化的氣溫使橡膠部件損壞斷裂,漏油漏氣。低溫使滑油粘度變大,燃油難以汽化,機翼結冰,增加飛行重量,機體劇烈抖動。此間苦楚,難以為外人所道也。

五、高原山區導航基站少,通訊信號差,儀表容易誤差,飛行員全神貫注,一刻也不敢大意。可不光飛機缺氧,機組人員也缺氧啊。人一缺氧就疲憊,甚至不良反應。

這一切的一切,對機組人員身心都是嚴峻的考驗。先進的設備,能夠提高飛行安全性,比如先進導航儀、微光夜視、紅外設備等,使飛行員負擔大大降低。

在攀登活動中,登山人員會遇險,直升機救援就非常重要。以前沒有合適的直升機,只能眼睜睜看著人員遇險救不下來。1998年,法國B3小松鼠高原直升機研製成功,實用升限達1萬多米。曾創造在珠穆朗瑪峰6035米高地上救援的記錄。

我國以前直升機數量少,性能也不行,只有“黑鷹”和“米-17”直升機能飛上4000多米的青藏高原。2011年,我們自主研製了AC-313型高原直升機,大大的提高了高原運輸和救援能力。真讓人高興!

綜上種種,直升機在高原高海拔山區飛行是一件非常非常危險的工作,真的很不容易!


和風漫談


對於這個問題我們得先明白直升機是怎麼飛起來,直升機飛起來並不是因為什麼推力反推,其實它和普通的固定翼飛機的原理是一樣的,都是利用“伯努利原理”。


(伯努利原理)

剖開直升機機翼的橫截面我們可以看出來,它的上表面是弧形的,下表面則是平滑的,當直升機機翼切入空氣中時,由於上表面空氣需要流過的距離加大,因此速度相對於下表面就會加快,根據伯努利原理,流體速度變快時,壓力就會減小,所以機翼旋轉起來就會產生一個向上的升力,這就託舉直升機飛起來了,這個原理我們使用電風扇也能體會的到,風扇葉片弧形彎曲的一面有風,而平滑的一面則沒有風。


而機翼的旋轉又取決於直升機渦軸發動機或者活塞發動機的運轉,當直升機需要上升時,發動機就加大功率,催動旋翼加速旋轉,升力大於重力,直升機就上升了,反之亦然,而直升機懸停也是升力等於重力,同時尾槳產生反力矩,機身就停在空中不動了。
(直升機三種狀態)

高原地區空氣稀薄,機翼產生的升力下降嚴重,根據陸航部隊的數據,超過四千米,機翼升力下降超過30%。所以發動機必須提高功率加速機翼旋轉以求獲得足夠的升力。而現代飛機發動機都是熱機,提高功率也就意味著加大燃料的燃燒效率和數量,高原地區含氧量低,海拔超過三千米,空氣稀薄,含氧量只有平原地區的一半,本身機翼的升力就下降嚴重,飛機發動機功率下降超過40%,如果發動機不過硬,氣動佈局不優秀,直升機肯定飛不動了。



我國從八十年代以來的幾十年,能在西南高原地區全年正常飛行的只有1984年中美蜜月期引進的24架UH-60黑鷹直升機,黑鷹直升機採用兩臺T700-GE-700渦軸發動機,單臺功率1165千瓦,而且還配備了太陽渦輪公司的T62T-40-1輔助動力單元(APU),要知道現在武直十上使用的渦軸9才只有957千瓦的功率,所以黑鷹擁有可靠的高原性能也就不難理解了。

但即使是強大的黑鷹在高原地區載重也會大幅縮水,在平原地區最大載重將近4.1噸,到了1500米以上時,載重就會急劇下降到2.5噸,3500米以上時,則只剩下1.5噸左右,性能縮水超過60%。所以目前來看,二十來架的黑鷹直升機對於我軍巨大的高原運力需求來說,還是嚴重不夠,未來隨著國產直20的服役才能逐漸緩解這一需求。


軍武吐槽君


現在的直升飛機,可以飛到高原上,這個技術應該早就突破了,我們的武直十,應該就可以到高原上執行任務,當然特別高的高原,那還是不要去的好,比如說阿里,青藏,等等海拔4500米以上的地方,會有更多的不確定性。



都知道直升飛機,靠的是螺旋槳,螺旋槳需要空氣的密度來支撐,在高原上由於空氣稀薄,空氣的密度就會降低,螺旋槳同樣的轉動速度,就不能支撐起直升飛機,就需要更快的轉速,來達到提升,直升飛機的浮升動力。

也就是說,螺旋槳是的直升飛機,會受到高度的影響,要是技術也越高,而且高原上的特殊氣候也比較多,雪崩,暴雨,等等,都會影響到直升飛機,都飛行高度和安全性,但是一般的高原執行任務,問題不大,雲貴川保證是沒問題的,其他地方,根據情況,再確定。

好了,就說這麼多吧!關於到藏區旅行,還有什麼其他的疑問,可以隨時關注公眾號,藏區自駕遊,隨時問我,我會直言不諱,有問必答,最後祝每位驢友都能夠到藏區玩的開心。


超級自駕遊


沒好發動機,啥直升機也白搭!飛不上高原。

高原地區作戰,現在世界各國都在依賴高原直升機,而目前世界上只有幾個少數型號的高原直升機,這種高原是可以飛越海拔6000米,比如美國黑鷹直升機,印度北極星直升機,還有AC-311直升機,前兩者已經大規模生產並且投入到高原地區使用,而適用於高原的直升機比如俄羅斯米-171等,而高原地區主要問題就是,其海拔太高了,空氣十分稀薄,氣候多變,環境十分惡劣,特殊的環境特點勢必給直升機飛行造成很多困難,給直升機飛行帶來嚴峻的挑戰,所以高原直升機飛行安全十分重要。

高原地理主要是海拔3500米以上,而更大更高的山頭要4000-6000米以上,高原地區空氣稀薄,空氣含氧量比平原地區要少30%-60%,甚至再高點都達到80%,並且溫差極大,紫外線輻射強度高,很多都是有雪、要不就是乾旱,並且高原地區多數是山高谷深,落差巨大,有些山谷十分狹窄。

這對於直升機性能有著重大影響,空氣的密度小會導致溫度低,令發動機效率降低,發動機功率會隨著害怕身高而下降,潤滑油密度也變大,晝夜溫差大,直升機上的橡膠、金屬等材料容易變脆。特備是發動機,對發動機損傷極大,並且高原飛行要求發動機輸出功率特別大。

並且高原地區機場少,導航條件少,差,信號強度也差,如果直升機性能不好,很容易迷路出事故。並且風沙、雨水大,風沙的顆粒會進入發動機和機體,造成機械磨損、油路堵塞、接觸感應不靈的情況。

綜上所述,最為主要的問題就是發動機:對於直升機上高原最重要的就是發動機,沒有好的一款發動機,真的要想攀登高峰確實太難了!

以上內容僅為個人的一些簡單看法和資料整合,供拋磚引玉,歡迎更多討論和交流互動。如有轉載,煩請表明出處!

軍事天地


很多人都說直升機只要往上飛就好啦!

其實直升機飛的越高,空氣的氧含量就越低,大功率的發動機就會出現問題,很多飛機根本飛不上青藏高原。

在1984年當時我們和美國還處於蜜月期的時候,引進了24架“黑鷹直升機”,其最大的特點就是適用其高原環境。

最高上升高度可達7315米,美國當時也有著發展高原直升機技術的計劃,兩者可謂一拍即合。


密集陣


這就必須要說到直升機的起飛的原理了,直升機是如何起飛的呢?它是依靠的是螺旋槳造成一個全腳面上下壓力差,然後下方的壓力高於上方的壓力,這樣的話,大氣壓就好像一個手一樣將螺旋槳託舉起來,將螺旋槳底下的直升機也一起託舉起來。

這就要取決於螺旋槳的功率螺旋槳功率越大,那麼上下壓力的差值也就越大,這樣的話,螺旋槳能夠託舉起來的重量也就越多。

不過在高原地區會面臨一個奇葩的情況,那就是。氣壓比較低,大氣缺氧。

氣壓比較低,大家都能夠理解,氣壓本身就比較低了然後你靠螺旋槳還得製造低氣壓,這樣的話造成結果就是螺旋槳的效果大大降低。

另一個比較頭疼的問題就是缺氧,一點再尖端的噴氣式戰鬥機上面也是有所體現的,你比如說著名的米格25和黑鳥都是速度能夠超過兩碼和的高性能的飛機,但是到了高空之中,速度提高到最大以後,周圍的空氣會摩擦得很熱,空氣膨脹,就會遇到缺氧的問題。

黑鳥的是使用的是合金本身他的飛機重量可以說不是太重,但是米格25就頭疼了,米格25用的是鋼材,這也就是在伊拉克戰爭裡面,我經常看到美國人銷燬伊拉克政府的米格25戰鬥機,都是用坦克直接上去壓得,有的時候甚至還壓不動。

如此龐大的重量,即便是飛機的發動機用的是航空航天飛機所使用的發動機也有點使不上勁,這個時候前蘇聯的設計者就發現,如果在高空之中讓空氣冷卻,這樣的話,空氣進入發動機的利用效率將會大大增加,所以每一臺米格25戰鬥機升空迎敵,(今日頭條漩渦鳴人yy首發於悟空問答)都必須狂灌250升烈酒。

由此可見,在高空領域,可以說發動機的缺氧問題一直是一個讓世界十分頭疼的bug,所以世界上面解決在高原地區如何讓飛機更好地運用,尤其是直升飛機能夠正常的使用最重要的一個手段,那就是研發相應的發動機。

發動機的馬力過關,那麼接下來在高原地區的使用那也是小兒科的事情,但是我國一直在發動機的領域,事實上進展緩慢,即便是上個世紀引進了美國的黑鷹直升機,但是現如今仿製它的發動機仍然還是十分困難。


分享到:


相關文章: