執行作戰任務的直升機為什麼要做高原測試？

小火箭出品

本文作者：邢強博士

本文共2120字，16圖。預計閱讀時間：5分鐘。

我國幅員遼闊，地理環境非常複雜，高海拔地區的面積占我國陸地領土面積的30%左右。

各種直升機在高海拔地區飛行時，因大氣密度較小、晝夜溫差較大、大風多沙天氣較多這3個不利外界因素，其性能會出現不同程度的下降。

氣動

氣動方面，以UH-60黑鷹直升機的旋翼系統為例子來說吧。

黑鷹直升機的旋翼槳葉採用了SC1095翼型。這種翼型比較適合黑鷹這種個頭兒的多任務直升機。上表為SC1095翼型的上下翼面坐標表格，可以根據個人情況來自行做氣動計算的建模。

鑒於國內外對該翼型已經有了較多的分析，本文不再贅述計算旋翼空氣動力學的細節，只說結果了。

直升機旋翼系統的效能隨著海拔高度的增加而下降的主要原因是大氣密度的減小。

通常來說，國際上的標準大氣會用上面這個圖來表示大氣密度隨高度變化的曲線（兩種不同的模型）。但是，小火箭覺得，實際計算中用絕對值不是很方便。

這是小火箭個人比較喜歡的一種方式：將壓強、密度和溫度值都與海平面的相應的數值進行歸一化處理，這樣得到的直接就是相對量了，可以在彈道計算和性能估算中較為方便地使用。

由上圖可知，在海拔4000米處，大氣密度是海平面的66.88%。（標準大氣，海拔4000米的大氣密度為0.8194千克/立方米，海平面的大氣密度則為1.225千克/立方米。）

黑鷹直升機的槳葉翼型是SC1095。通過計算可以知道：

在海拔4000米環境下，旋翼拉力將下降30%以上。

如果按旋翼功率來計算的話，功率會下降33%。

在1號特徵點，UH-60黑鷹直升機的SC1095槳葉取拉力係數0.0076187，那麼，在海平面，黑鷹的拉力理論值為101.029千牛，而在4000米海拔的實測值為67.539千牛。

也就是說，黑鷹直升機的旋翼拉力在高原地區僅剩66.85%。

總距增大，進入6號特徵點，拉力係數拉滿，按照這種翼型來計算，拉力係數可達0.009294，這已經非常可觀了。此時，槳葉能夠提供海平面123.232千牛的巨大拉力。

而到了4000米海拔的高原，其實測拉力僅為82.391千牛，是海平面理論值的66.85%。

以上是旋翼拉力和功率相關的氣動計算和實測結果。實際上，直升機在高原執行任務的時候，還面臨一個需要快速對飛行員的執行形成響應的問題。在高原地區，槳葉響應速度變慢很多，需要直升機有足夠的動力餘量，同時需要飛行員有足夠高超的駕駛技術。

另外，如果直升機上採用了風冷式的交流發電機的話，由於高原大氣較為稀薄，進風量相對較小，發動機工況不佳，容易產生髮電量不足的情況。

油料

在高原地區，夜間溫度較低，此時燃料粘度變大，燃油霧化效果變差，直升機的渦輪變得不易啟動，這會影響直升機的快速反應能力。

普通潤滑油在高海拔地區的低溫環境中，會凝凍。曾有某型號直升機在做高海拔與高寒試驗時，出現潤滑油凝凍在機場的油罐中的情況。

因潤滑油無法加註到直升機上，導致直升機無法起飛。後來，地勤人員與機場方面溝通後，前往市區購得電磁爐和相關炊具，把水煮沸，然後把潤滑油油罐放入開水中，方才解決了凝凍的問題。

當然，咱們國產的抗低溫的好潤滑油是有的，而且早已得到大量應用。上述案例是直升機做極限測試時出現的情況。

為雪龍號量身定製的極地科考船用油。邢強攝於雪龍號上海外高橋的母港中國極地考察國內基地碼頭。

雪龍號上面有8個用油處，僅液壓油就有3種類別。在長時間航行在環境溫度低於-50℃中的雪龍號來說，她上面的油品需要有很好的低溫性能。邢強攝於中國極地考察國內基地碼頭。

一般的礦物油型的油品已經很難滿足要求了。這些5025極地科考專用船用油執行Q/SH PRD 056-2013標準。該標準的指標已經達到了國際上的領先水平。中國的極地科考船使用的是國產油品。

電路

低溫還會使直升機的蓄電池組性能大幅下降。

高原夜間，在氣溫低於-35℃的時候，沒有受到專門設備保護的蓄電池的端電壓會呈現加速下降的趨勢，裸露4小時以上， 就基本上會失去了可靠提供額定電壓的能力。

高原地區的氣壓較低，空氣比平原地區稀薄很多，這就使得電暈現象和尖端放電現象比平原地區明顯得多。（小時候在中國北方的冬天脫毛衣的時候，會有一定的感受，而就小火箭自己的體驗來說，高原地區的感受比這個強烈得多。）

那麼，在高原地區，直升機上面的高壓元器件就得經受考驗了。如果在接線處有毛刺存在，就會產生電暈。如果導線和機體接地處（一般為設備殼體）的間隙設計得不夠，或者加工工藝存在問題，那麼這些隱患在高原環境下就會暴露出來。

其他

高原環境，晝夜溫差比較大。橡膠件、密封件還有塑料製品件受溫差影響而產生的熱脹冷縮現象比平原地區要明顯。在高原進行測試，可以更好地檢驗這些元器件的可靠性。

另外，對於有野戰需求的儀器儀錶和感測器，順便可以檢測一下在強烈陽光照射和高溫差狀態下的可靠性。

高原風大沙大，直升機的天線系統、油路、氣路和電路抗風沙侵蝕的能力能夠得到真正的檢驗。

還有，作戰人員在高原環境下，身體和心理都將經受一定程度的考驗。武器系統的人因管理在這種情況下方能得到真正的考驗。

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