高原運輸、應(yīng)急救援再添硬核生力軍

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導(dǎo)語：在我國自主研制眾多飛行器構(gòu)成的航空器譜系之中，由一支由各型民用直升機(jī)所構(gòu)成而被稱為“吉祥鳥”家族。而不久前，這個家族迎來了新成員——AC332直升機(jī)。與前輩們相比，它有哪些新特點，又將為“吉祥鳥”家族在民用航空領(lǐng)域帶來哪些新成就？

首飛的AC332直升機(jī) 圖源：中航工業(yè)官網(wǎng)

一、小“飛”機(jī)，大用途

隨著近年我國航空工業(yè)與航空市場的“兩開花”，國產(chǎn)直升機(jī)在供需領(lǐng)域都得到了長足發(fā)展。僅就技術(shù)水平而言，以直-20/AC-313等中/重型直升機(jī)代表了我國軍、民用直升機(jī)技術(shù)的頂端。

在通用航空領(lǐng)域，由于靈活性好，使用成本低、運營門檻低等特點，4噸級以下的輕小型直升機(jī)才是主流：截至2020年末，國內(nèi)1347架在冊旋翼類通用航空器中，4噸級以下的輕小型直升機(jī)超過8成，廣泛應(yīng)用于救援救災(zāi)、觀光旅行、教練飛行、警務(wù)執(zhí)法等領(lǐng)域。

正在飛行的AC-312E直升機(jī) 圖源：環(huán)球網(wǎng)

但另一方面，通航市場井噴發(fā)展的紅利并未充分惠及國內(nèi)直升機(jī)工業(yè)，保有量中僅有5%由國內(nèi)直升機(jī)廠商供應(yīng)。原因在于現(xiàn)有國產(chǎn)民用直升機(jī)大多由軍用型號發(fā)展而來，對于通航企業(yè)最關(guān)心的實用性、經(jīng)濟(jì)性等考慮不夠，且在高原作業(yè)、醫(yī)療救護(hù)、搜索救援等細(xì)分領(lǐng)域市場貼合度不足。自2015年起， AC-332直升機(jī)首次在國內(nèi)“基于需求側(cè)概念”研制，在3-4噸級民用直升機(jī)市場上向世界老牌直升機(jī)廠商發(fā)起挑戰(zhàn)。

二、為了飛得“666”，“吉祥鳥”都有哪些新突破

我國山地高原面積總計占國土面積66%，復(fù)雜環(huán)境使AC-332也對高原性能作相應(yīng)優(yōu)化：可在海拔4500米、標(biāo)準(zhǔn)大氣（ISA）+25℃起降條件下，實現(xiàn)飛行高度6000米、航程600公里和商載600公斤。較升級換代前輩（AC312E）性能提升超過20%以上，能滿足目前國內(nèi)高原地區(qū)現(xiàn)有及規(guī)劃機(jī)場間起降執(zhí)行轉(zhuǎn)運任務(wù)需求。為這只“吉祥鳥”展翅高飛，國內(nèi)研發(fā)團(tuán)隊也在研制中創(chuàng)下多個“首次”。

正在開展全機(jī)靜力實驗的AC-332 圖源：看航空

（1）飛躍巔峰的“吉祥鳥”尾巴上有這個小秘密

對常需要在高原山地間穿梭的AC-332而言，受大氣壓力低，空氣密度小、復(fù)雜氣流渦旋等影響，直升機(jī)在自轉(zhuǎn)下滑階段失速仰角較平常飛行更小且失速過程更為急劇。這就需要改善高原低空超低空飛行時直升機(jī)的縱向穩(wěn)定性。設(shè)計團(tuán)隊通過全機(jī)風(fēng)洞實驗進(jìn)行大量數(shù)值模擬，首次將前緣縫翼技術(shù)應(yīng)用在 AC-332平尾設(shè)計中。與歐洲等國直升機(jī)廠商采用平尾緣條或雙層平尾的解決方案相比，AC-332在不明顯增加飛行阻力的情況下，明顯提高了全機(jī)縱向穩(wěn)定范圍、提升其飛行品質(zhì),其飛行仰角可達(dá)﹢40°~-25°，也使中航工業(yè)成為全球唯二掌握并在產(chǎn)品上規(guī)模應(yīng)用該技術(shù)的廠商。

AC-332前緣縫翼平尾結(jié)構(gòu)圖

（2）如何保障“吉祥鳥”飛冰舞雪

在西北等高原高寒地區(qū)飛行時，不可避免要面臨-10℃條件冰雪、凍雨等天氣，對直升機(jī)既有旋翼結(jié)冰的風(fēng)險更有更有進(jìn)氣道結(jié)冰導(dǎo)致的隱患，這就需要研制相應(yīng)的進(jìn)氣道防冰系統(tǒng)并作大量實驗驗證有效性。為此AC-332立足于現(xiàn)有冰風(fēng)洞條件，在國內(nèi)首次采用1∶1進(jìn)氣道試驗件和模擬發(fā)動機(jī)吸氣設(shè)備，開展民用直升機(jī)動力進(jìn)氣系統(tǒng)防冰適航驗證試驗，在設(shè)計上能在確保AC-332的動力系統(tǒng)能在-９~-１℃、液態(tài)水含量不小于0.3g/m3、水滴平均有效直徑不小于２０μm大氣條件下保障發(fā)動機(jī)慢車狀態(tài)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)30分鐘并成功起降,及-15℃/6km的連續(xù)最大大氣結(jié)冰狀態(tài)下仍能安全運轉(zhuǎn)保障飛行。

（3）飛得“安心”更要飛得“舒心”

在惡劣條件下飛行，不僅考驗AC-332直升機(jī)能飛多快、多高、多遠(yuǎn)這樣的“硬功夫”，讓人與設(shè)備舒服、可靠工作的“軟實力”同樣重要。比如保障適宜溫度、濕度與通風(fēng)等空勤人員飛行時的正常生理需求；面對集成度、功率不斷提高的動力系統(tǒng)與航電設(shè)備需要能及時把熱量導(dǎo)出機(jī)外確保不宕機(jī)。傳統(tǒng)直升機(jī)會選裝獨立的通風(fēng)加溫除霧和循環(huán)制冷系統(tǒng)，需要從發(fā)動機(jī)引流并占用大量電氣功率，影響動力與航電系統(tǒng)的發(fā)揮。而AC-332在國內(nèi)首次應(yīng)用環(huán)控控制系統(tǒng)與機(jī)電綜合管理系統(tǒng)控制集成技術(shù)，將原本相對獨立二者的用電設(shè)備、驅(qū)動設(shè)備等通過數(shù)字總線與集成控制器進(jìn)行集中管理，以分布的傳感器監(jiān)測溫度、濕度、壓力和陽光輻射等參數(shù)進(jìn)行智能控制。在降低系統(tǒng)重量的同時減少功耗、提高系統(tǒng)效率，讓直升機(jī)動力與電力系統(tǒng)更“省力”，乘員更省心。

直升機(jī)環(huán)控系統(tǒng)智能控制原理框架圖

三、緊急救命背后，“吉祥鳥”做出了哪些努力

在AC-332研制伊始一個重要定位，就是在全疆域執(zhí)行空中緊急醫(yī)療救援任務(wù)（EMS）。而醫(yī)療救援直升機(jī)除了飛得快、飛得高等硬指標(biāo)，如何優(yōu)化機(jī)體設(shè)計，以在分秒必爭的急救任務(wù)中能盡快轉(zhuǎn)運傷病員這一軟指標(biāo)同樣至關(guān)重要。

（1）為生命開辟“專屬通道”

圍繞這一需求，AC-332與類似等級的H135、H145直升機(jī)相比，在外形尺寸增加不多的情況下空間明顯提升，客艙+貨倉接近7m3；并在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行創(chuàng)新，成為國內(nèi)首個采用蛤殼式后艙門的輕型直升機(jī)。這使它不像國內(nèi)現(xiàn)有的其它輕型直升機(jī)那樣需要從側(cè)門橫向推入，再旋轉(zhuǎn)90度后進(jìn)行固定，而可直接由尾艙門通過“香蕉板”將最大承重120KG擔(dān)架推滑入機(jī)艙，極大提升傷病員轉(zhuǎn)運速度。

AC-332尾艙門在轉(zhuǎn)運傷病員時更快更省力。 圖源：人民網(wǎng)

（2）讓“生命接力”又快又安全。

對于直升機(jī)在地面啟動狀態(tài)下進(jìn)行人員作業(yè)時，轉(zhuǎn)動的尾槳始終是一個危險因素，中、重型直升機(jī)因尾槳通常離機(jī)艙尾部位置較高較遠(yuǎn)而容易避開它。但對于AC-332輕型直升機(jī)而言，由于尺寸限制使旋轉(zhuǎn)的尾槳帶來風(fēng)險不可避免。為有效利用起蛤殼式后艙門這一生命通道，AC-332專門采用了高尾梁高置涵道式尾槳。這種結(jié)構(gòu)的尾槳槳葉短而片數(shù)多,整個尾槳安裝在流線型的環(huán)形通道內(nèi)，籠罩設(shè)計能大大提高地面工作人員在直升機(jī)附近的安全、降低作業(yè)噪聲，使AC-322在轉(zhuǎn)運過程中不必“完全熄火”即可讓人員與重要物資快速從尾艙門登機(jī)。且對經(jīng)常會在位于鬧市區(qū)的醫(yī)院進(jìn)行起降的AC-332而言安全性更高、對環(huán)境影響更小。

AC-332涵道式尾槳及結(jié)構(gòu)示意圖。 圖源：航空工業(yè)公眾號

（3）如何定制“吉祥鳥”的專屬“尾巴”

盡管AC-332并非首個采用涵道式尾槳的國產(chǎn)直升機(jī)，但此前如AC-312/HC-120等涵道式尾槳直升機(jī)多為許可生產(chǎn)。針對AC-332的氣動布局迥異，在2016年國內(nèi)自主研制了一套全尺寸涵道尾槳性能實驗臺，首次開展地面條件下完全模擬真機(jī)進(jìn)行性能實驗，檢測包括涵道尾槳的拉力、轉(zhuǎn)速、扭矩、功率等參數(shù),解決了尾槳拉力測量、涵道結(jié)構(gòu)支持剛度、高速軸同軸度調(diào)整、涵道結(jié)構(gòu)變形對傳動軸影響等關(guān)鍵技術(shù)問題；又在2019年前后開展了包括噪聲特性等一系列風(fēng)洞實驗。在為AC-332研制出“合身”的涵道式尾槳的同時，也為我國未來直升機(jī)旋翼實驗?zāi)芰图夹g(shù)發(fā)展積累了工程經(jīng)驗。

正在進(jìn)行風(fēng)洞實驗的國產(chǎn)直升機(jī)涵道尾槳 圖源：中航工業(yè)官網(wǎng)

結(jié)語：

作為我國第一種完全按照市場需求設(shè)計的民用直升機(jī)，AC-332直升機(jī)無疑是國內(nèi)航空工業(yè)的砥礪之作，萬金油的它也為我國航空應(yīng)急救援體系和高原地區(qū)通航運營添上硬核新裝備。在AC-332之后，我國“吉祥鳥”家族的譜系也將不斷細(xì)化豐富，并在今后有更多機(jī)會以更多形式“飛入尋常百姓家”。

參考文獻(xiàn)：

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