自转下滑(指旋翼自转),是直升机的一种特殊飞行状态。在自转下滑状态下,桨叶的旋转不再依赖于发动机驱动,而是由自下而上的来流形成的空气动力驱动。
通常,在以下情况下,直升机可采用自转下滑的方式寻求安全降落的机会:
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发动机或传动系统故障,无法为旋翼提供驱动力时;
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尾桨失效,无法平衡旋翼反扭矩时;
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需要陡下降,并且要避免进入旋翼涡环状态时。
直升机自转下滑一般包括下图所示几个阶段:
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进入阶段:直升机下降、旋翼转速降低,驾驶员收总距,随着直升机下降速度的增加,桨叶升力前倾,旋翼逐渐加速至稳定转速状态。
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下滑阶段:调整直升机保持旋翼转速恒定,稳定下滑;在该过程中,驾驶员需要物色降落场地,直升机需要维持一定的前飞速度,以尽可能增加驾驶员的搜索范围或滞空时间。
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拉平阶段:接近降落点时,逐渐向后拉杆,以降低垂向和水平速度,但是不可后拉过猛,避免直升机抬头过大、尾部撞击地面;当前飞速度减小至期望速度后,前推杆以摆正着陆姿态。
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着陆阶段:在着陆前,通过“瞬时提距”利用旋翼所储备的旋转动能,尽可能降低触地时的冲击;触地后,降低桨距、刹车,以缩短滑跑距离。
那么自转下滑有哪些典型特征呢?
1.与带动力飞行的差异
如果以典型翼型剖面气动特征来对比的话,可以从下面两张图看出自转下滑和带动力飞行的差异。主要表现在:
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带动力飞行时,来流从桨盘上方吹来,升力后倾(升力的方向与来流合速度垂直);自转下滑时,来流从桨盘下方吹来,升力前倾(升力的方向与来流合速度垂直)。
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带动力飞行时,需要消耗发动机输出至旋翼的扭矩,以抵消桨叶升力和阻力在旋转面内形成的气动力;自转下滑时,旋转面内的桨叶升力和阻力相互抵消,不需要外部驱动力。
在自转下滑过程中,桨叶不同位置上的周向来流速度、桨距角、迎角都是不同的,也就使得不同位置处的剖面气动迎角和气动力有所不同,如下图。
大致来说,桨尖区域气动合力后倾,力图使桨叶减速旋转;中间区域气动合力前倾,力图使桨叶加速旋转;桨根区域迎角过大,翼型失速,力图使桨叶减速旋转。理想情况下,当桨叶各段的加速扭矩与减速扭矩平衡时,也就实现了稳定自转;实际上,旋翼自转时还要带转尾桨以及一些机载附件,因此需要加速扭矩略大
3.桨盘气动力
按照不同径向位置处的桨叶气动力变化,可获得桨叶旋转一周过程中、整个桨盘的被带动、驱动、失速区域的分布。这些区域的大小随桨距角、下降率、旋翼转速均有关系。通常,被带动区域大概覆盖桨尖的0.7R~R区域,驱动区域大概覆盖0.25R~0.7R区域,内侧为失速区域。
下图为垂直自转下滑状态各区域分布。
下图为前飞自转下滑状态各区域分布。
4.下降率
直升机自转下滑过程中,需要从下降时的相对来流中获得能量,来平衡自身消耗的功率。因此,不同飞行状态下维持稳定自转下滑所需的下降率,与直升机的需用功率有关。
•悬停状态时,直升机需用功率较高,因此垂直自转下降所需的下降率较大,一般不采用;
•经济速度前飞时,直升机需用功率最小,因此能实现以最小的下降率进行自转下滑,增加了直升机的滞空时间,能够为驾驶员选择着陆点提供更多的时间。
某直升机的最小下降率曲线如下所示。
5.低空回避区
在一定高度和速度范围内,当发动机失效后,飞行员来不及调整,即使进入自转下滑(由于从发动机停车过渡到自转状态需要一定时间,必然损失一定高度),直升机仍会以较大的下降率触地,不能安全着陆。这一区域被称为低空回避区,如下图所示。因此除特殊需要外,一般不允许直升机在回避区内飞行。
装有多个发动机的直升机,在同一时间多发停车的可能性极小,多数情况下可依靠单台发动机的功率安全着陆,因此其低空回避区的范围会大幅缩小。