高原運輸、應急救援再添硬核生力軍

出品｜網易新聞

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

首飛的AC332直升機 圖源：中航工業官網

一、小“飛”機，大用途

隨著近年我國航空工業與航空市場的“兩開花”，國產直升機在供需領域都得到了長足發展。僅就技術水平而言，以直-20/AC-313等中/重型直升機代表了我國軍、民用直升機技術的頂端。

在通用航空領域，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才是主流：截至2020年末，國內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超過8成，廣泛應用于救援救災、觀光旅行、教練飛行、警務執法等領域。

正在飛行的AC-312E直升機 圖源：環球網

但另一方面，通航市場井噴發展的紅利并未充分惠及國內直升機工業，保有量中僅有5%由國內直升機廠商供應。原因在于現有國產民用直升機大多由軍用型號發展而來，對于通航企業最關心的實用性、經濟性等考慮不夠，且在高原作業、醫療救護、搜索救援等細分領域市場貼合度不足。自2015年起， AC-332直升機首次在國內“基于需求側概念”研制，在3-4噸級民用直升機市場上向世界老牌直升機廠商發起挑戰。

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%，復雜環境使AC-332也對高原性能作相應優化：可在海拔4500米、標準大氣（ISA）+25℃起降條件下，實現飛行高度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，能滿足目前國內高原地區現有及規劃機場間起降執行轉運任務需求。為這只“吉祥鳥”展翅高飛，國內研發團隊也在研制中創下多個“首次”。

正在開展全機靜力實驗的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、復雜氣流渦旋等影響，直升機在自轉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的縱向穩定性。設計團隊通過全機風洞實驗進行大量數值模擬，首次將前緣縫翼技術應用在 AC-332平尾設計中。與歐洲等國直升機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，明顯提高了全機縱向穩定范圍、提升其飛行品質,其飛行仰角可達﹢40°~-25°，也使中航工業成為全球唯二掌握并在產品上規模應用該技術的廠商。

AC-332前緣縫翼平尾結構圖

（2）如何保障“吉祥鳥”飛冰舞雪

在西北等高原高寒地區飛行時，不可避免要面臨-10℃條件冰雪、凍雨等天氣，對直升機既有旋翼結冰的風險更有更有進氣道結冰導致的隱患，這就需要研制相應的進氣道防冰系統并作大量實驗驗證有效性。為此AC-332立足于現有冰風洞條件，在國內首次采用1∶1進氣道試驗件和模擬發動機吸氣設備，開展民用直升機動力進氣系統防冰適航驗證試驗，在設計上能在確保AC-332的動力系統能在-９~-１℃、液態水含量不小于0.3g/m3、水滴平均有效直徑不小于２０μm大氣條件下保障發動機慢車狀態穩定運轉30分鐘并成功起降,及-15℃/6km的連續最大大氣結冰狀態下仍能安全運轉保障飛行。

（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直升機能飛多快、多高、多遠這樣的“硬功夫”，讓人與設備舒服、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與航電設備需要能及時把熱量導出機外確保不宕機。傳統直升機會選裝獨立的通風加溫除霧和循環制冷系統，需要從發動機引流并占用大量電氣功率，影響動力與航電系統的發揮。而AC-332在國內首次應用環控控制系統與機電綜合管理系統控制集成技術，將原本相對獨立二者的用電設備、驅動設備等通過數字總線與集成控制器進行集中管理，以分布的傳感器監測溫度、濕度、壓力和陽光輻射等參數進行智能控制。在降低系統重量的同時減少功耗、提高系統效率，讓直升機動力與電力系統更“省力”，乘員更省心。

直升機環控系統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，就是在全疆域執行空中緊急醫療救援任務（EMS）。而醫療救援直升機除了飛得快、飛得高等硬指標，如何優化機體設計，以在分秒必爭的急救任務中能盡快轉運傷病員這一軟指標同樣至關重要。

（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；并在結構上進行創新，成為國內首個采用蛤殼式后艙門的輕型直升機。這使它不像國內現有的其它輕型直升機那樣需要從側門橫向推入，再旋轉90度后進行固定，而可直接由尾艙門通過“香蕉板”將最大承重120KG擔架推滑入機艙，極大提升傷病員轉運速度。

AC-332尾艙門在轉運傷病員時更快更省力。 圖源：人民網

（2）讓“生命接力”又快又安全。

對于直升機在地面啟動狀態下進行人員作業時，轉動的尾槳始終是一個危險因素，中、重型直升機因尾槳通常離機艙尾部位置較高較遠而容易避開它。但對于AC-332輕型直升機而言，由于尺寸限制使旋轉的尾槳帶來風險不可避免。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。這種結構的尾槳槳葉短而片數多,整個尾槳安裝在流線型的環形通道內，籠罩設計能大大提高地面工作人員在直升機附近的安全、降低作業噪聲，使AC-322在轉運過程中不必“完全熄火”即可讓人員與重要物資快速從尾艙門登機。且對經常會在位于鬧市區的醫院進行起降的AC-332而言安全性更高、對環境影響更小。

AC-332涵道式尾槳及結構示意圖。 圖源：航空工業公眾號

（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直升機，但此前如AC-312/HC-120等涵道式尾槳直升機多為許可生產。針對AC-332的氣動布局迥異，在2016年國內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進行性能實驗，檢測包括涵道尾槳的拉力、轉速、扭矩、功率等參數,解決了尾槳拉力測量、涵道結構支持剛度、高速軸同軸度調整、涵道結構變形對傳動軸影響等關鍵技術問題；又在2019年前后開展了包括噪聲特性等一系列風洞實驗。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旋翼實驗能力和技術發展積累了工程經驗。

正在進行風洞實驗的國產直升機涵道尾槳 圖源：中航工業官網

結語：

作為我國第一種完全按照市場需求設計的民用直升機，AC-332直升機無疑是國內航空工業的砥礪之作，萬金油的它也為我國航空應急救援體系和高原地區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化豐富，并在今后有更多機會以更多形式“飛入尋常百姓家”。

參考文獻：

[1] 光明網.《突破多項關鍵技術“吉祥鳥”直升機AC332展翅高飛》.2023.4.10

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[3]楊國茹，張文展，左陽.淺析智能控制技術在民用直升機環控系統中的應用[N].第二屆民用飛機機電系統國際論壇論文集.2015.