為什麼直升機很難飛上高原?

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直升機是20世紀發明的一種非常獨特的飛行器,可以垂直起降,對起降場地要求非常低,可以實現空中懸停,同時擁有較高的飛行速度和機動性的飛行器。在我們航空界,直升機其實和飛機有區別,更不能將直升機稱之為直升飛機。按照航空領域的定義,飛機指的是由機翼產生升力,推進裝置產生推力的飛行器。而直升機指的則是由旋翼產生升力和推力,可以垂直起降的飛行器。所以說,直升機和飛機是兩個概念,或者可以說,直升機不是飛機。



為什麼直升機會難以飛上高原呢?這主要是直升機的飛行原理和發動機的緣故。目前世界上直升機常用渦輪軸發動機,也是噴氣式發動機的一種。渦輪軸發動機其實和渦輪風扇發動機原理類似,只是將原本的風扇,改成了直升機旋翼。渦輪軸發動機也擁有和普通渦輪風扇發動機一樣的進氣道,壓氣機,燃燒室和尾噴管等燃氣發生器。其工作原理是進氣道吸入空氣,經過多重渦輪壓縮,進入燃燒室和一定比例的航空煤油混合並劇烈燃燒,由高溫高壓氣體驅動核心機高速旋轉,同時渦輪軸帶動旋翼高速旋轉使直升機起飛。


直升機的飛行原理其實和飛機差不多,利用的也是流體流速快的位置壓強小的原理,讓空氣產生壓強差,從而產生升力,當升力大於直升機重力的時候直升機就起飛了。當直升機停在地面上的時候,使用複合材料製造的旋翼會處於下垂狀態,當發動機開啟,旋翼高速旋轉時空氣流過槳葉上表面,流管變細,流速會加快,當流過下表面的時候,流管變粗,流速下降。上下表面產生速度差,於是產生向上的升力。

直升機的升力大小由旋翼轉速決定,而旋翼的轉速快慢則由發動機功率輸出決定。高原是高海拔地區,和平原地區相比,地形更為複雜,空氣密度更低。空氣密度降低對直升機這種飛行器的影響非常大,首先會造成渦輪軸發動機對工作負擔加大。因為空氣密度下降之後,旋翼在旋轉的時候對空氣的擾動效果下降,從而會損失一部分升力,這個時候要保證升力,穩定飛行姿態,飛行員會提總距杆,加大旋翼旋轉速率。


需要增大旋翼的旋轉速率,發動機必須增大功率輸出,需要高負荷運轉,性能不達標的發動機根本無法提供如此高的功率輸出。高原空氣密度不夠,壓縮空氣這一步被放大,根據測試,渦軸發動機功率在高原上最多會損失40%的動力輸出。所以,很多發動機性能並不是特別突出的直升機都不飛不上高原,就算飛上去了也會非常危險。除了直升機自身因素,還包括一些外界因素,比如高原氣象條件複雜,地形複雜,甚至會有各種的干擾,導致直升機在高原飛行困難。


我國是一個高原佔比非常大的國家,守著世界屋脊青藏高原。因為我國直升機工業的落後,沒有能夠可以飛上青藏高原的直升機,所以青藏高原的軍用物資運輸,一直使用的是公路運輸。1980年,我國趁著中美蜜月期從美國進口了24架S-70,黑鷹直升機的民用版,這是我國第一款能夠飛進高原的直升機。後來中美關係破裂,我國不得不轉而從俄羅斯進口性能更為落後一點,但是可以勉強輕載高原飛行的米-17和後來的加強版米-17B5直升機。

目前我國已經在青藏高原試驗國產的重型民用直升機,已經取得階段性的成功。前段時間,直-10武裝直升機曾秀過一把高原機動性能,令軍迷們大為折服。除此之外,這幾年一直很火的直-20直升機也曾經多次高原試驗,表現非常不錯,被認為是我國第一款可以實現高原飛行的國產10噸級通用直升機,非常令人期待。中國的直升機飛上高原除了直升機設計製造水平的提升之外,更表明我國現在已經可以製造高性能的渦輪軸航空發動機,是航發的一大進步!


赤焰噠噠噠


不邀自來,太多的不正確的答案了。

這是一個很有意思的問題了。很多人提到了在高原上空氣壓力比平原地區要小。這是導致直升機起飛困難的一個主要原因。但這樣的答案十分模稜兩可,似乎只說明瞭問題的一半而已。

首先,一架直升機的實用升限其實遠高於高原的高度,通常意義上的大部分直升機都可以飛到5000米以上的高度。而傳統意義上講海拔高於1000米的高度就是高原的起始高度了。


按道理講一架升限在海拔5000米直升機應該能至少在海拔4999.99米的高度起飛。當然這樣的思路是典型的理想很豐滿現實很骨感的思路,而事實並不是這樣的。


直升機能不能在高原起飛,最核心的原因其實在於設計的取捨而不是直升機的原理。

聽著彆扭吧?先點贊,W君來細說:如果不考慮實用性的話,一架直升機完全可以飛到2萬米以上的高度。這並不是一個什麼天方夜譚的事情,只不過是沒有人這麼搞罷了。直升飛機之所以可以飛起來,主要是因為旋翼旋轉所產生的升力。並不是直升機旋翼所帶動的氣流所產生的推力,而是像固定翼飛機一樣是依靠機翼滑過氣流所產生的升力。

從直升機旋翼的剖面來看直升機的旋翼和固定翼飛機有著相似的形狀,只不過直升機的機翼還稍微有一點點不同,這件事呆一會再說。


直升機旋翼的如此設計,主要是為了利用較大尺寸的旋翼取得相對較高的升力效率。但這樣的設計比螺旋槳帶動空氣產生推力的設計有一個相對的缺陷——翼尖激波的問題無法解決。


直升機旋翼的中心部分雖然也在旋轉,但是其對於空氣的線速度可以忽略為0,隨著距離更靠近旋翼到翼尖的距離變化,旋翼上的點相對於空氣的線速度度成比例增加。在翼尖的位置則速度被加到最快。如果旋翼高速旋轉,那麼就會使得翼尖超過音速。這點和相對直徑較小的螺旋槳來說就有了劣勢了。超音速的翼尖則會遇到更大的阻力並且效率也急劇降低。

因此螺旋槳的驅動的發動機轉數可以打到上千轉,甚至一些四軸飛行器的螺旋槳可以達到上萬轉,而大多數直升機的旋翼旋轉速度則僅僅只有200-300轉。原因並不是發動機功率跟不上而是——不能讓翼尖超音速。


在這裡就得說一個錯誤的觀點了,很多人認為直升機爬升是要加大旋轉速度降低是要減小旋翼速度的,這其實是一個相對錯誤的觀點。

我們就得開始說直升機旋翼截面和普通飛機機翼截面雖然相同但稍有不同的原因了。

直升機的旋翼是為了更好的適應大迎角飛行而設計的旋翼剖面。


這種剖面其實在很多滑翔機上也在使用。


這時我們應該理解直升機升高和降低的原理——就是改變旋翼角度,使迎角進行改變從而獲得更大或更小的升力,直升所獲得的升力大小則與旋翼機的轉速沒太大關係了。


再說回直升機的高原起飛。高原地區的空氣密度較小,普通固定翼飛機高原起飛已經需要延長跑到使飛機速度更進一步的提高才可以獲得足夠的起飛昇力(V1遠大於平原地區)。但在直升飛機的設計上,很難通過提高旋翼轉速提高升力,僅僅可以寄希望於改變旋翼角度來提高升力,這樣的提升其實是有限的。如果超過了這一個提升限度那麼直升機則很難起飛飛起來。


如果想讓直升機在高原起飛,其實也並不是什麼太難的難事。

法國宇航公司的SA-315B在之前就完成了在珠穆朗瑪峰上的成功起飛和降落作業。

這個型號的直升機多活躍在高原地區上。為了達成這個目的我們可以看到這種類型的直升機往往設計得更輕,同時我們也可以發現它們的旋翼直徑也更小,這樣就可以以更高的旋轉速度進行旋轉。但這樣的設計降低的旋翼效率,發動機耗油量直線上升。因此這種直升機也就並不經濟了。


軍武數據庫


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。


川藏自駕遊


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。


錫兵中士


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


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。


軍史吐槽君


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。


漩渦鳴人yy


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


直升機是一種非常優秀的飛行器,因為速度慢,可以原地起降等優點讓它經常被用於空降特種作戰和搜救以及緊急醫療救護甚至抗震救災等方面,連森林火災都能參與撲滅,不管是軍用還是民用用途都非常多。可以說是多面手了,但是就是這樣的多面手也會有它去不了的地方,那就是高原,那麼為什麼直升機不能上高原呢?原來是高原的特殊環境容易讓直升機的心臟出現故障,心臟病發作失事。所以直升機飛不上高原。

直升機的飛行全靠發動機提供動力給旋翼使用才能向下吹氣產生升力從而完成飛行動作,但是直升機的發動機在海拔較高的地方因為空氣稀薄,其中的氧氣不足,就會發生髮動機功率下降的情況。

這體現在飛行過程當中最直白的表現就是升力不足,爬升緩慢,而且操縱的響應也很慢,這主要是因為旋翼接觸的空氣稀薄產生升力不足導致的,這兩個因素就足以導致直升機在高空或者高原變得非常笨拙。

雖然可以依靠地效在靠近地面的地方維持飛行,但是這時候高原地區的第二個大麻煩就出現了,那就是大風,我們知道相較海拔較低的平原地區,高原總是颳著大風,這對直升機也非常危險,尤其是在靠近地面的地方懸停的直升機,突然襲來的大風會在飛行員還沒反應過來的情況下將直升機吹到地上或者是將飛機直接吹到障礙物上導致發生墜毀事故。

而且高原地形,地面已經是好幾千米的海拔,如果在這個基礎上再起飛離地一千米,直接就到達了直升機的升限了,如此高度任何直升機基本都沒有什麼機動性可言了。

而且發動機進氣效率也不同,直升機和尋常飛機的進氣比起來就相當於一個是張開嘴去吸氣,另一個是站在狂風當中張嘴吸氣,前者吸氣效率跟後者完全沒法比,後者僅僅將嘴巴張開就會被灌一嘴的西北風。這也是為啥固定翼往往升限更高的原因。


水鏡曉先生


主要是仿造把創新的思路都堵了,發動機的原理都是拿來的,走人家的老路,老路人家走了幾十年走到了盡頭,我們跟著人家走很慢,瓶頸太多,我們應把發動機原理從零開始,用我們的創新走自己的路,甚至不參照舊的原理,用人才一步一個腳印走自己的路


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