高原地区为什么被称为直升机禁区?

余燃复起


高原是指海拔在500米以上,但是地势又相对平坦宽敞的地形,全世界最高的高原为我国的青藏高原,它的平均海拔在4000米以上,许多地区甚至超过了5000米。在这样的地区,一般的直升机根本难以正常飞行,所以青藏高原也被称之为直升机禁区。在八十年代之前,国产的直5、直6直升机因为性能有限,无法在青藏高原部署,因此那时候对于高海拔地区的补给只能依靠地面车辆、牦牛、人力运输,遇到大雪封山,就只能靠吃罐头和压缩饼干度日,后勤运输极其困难。



八十年代中西方蜜月期我们从美国进口了24架黑鹰直升机,迅速成为青藏高原高海拔地区的补给主力,但是由于黑鹰直升机的数量太少,面对两百多万平方公里的青藏高原也仍旧力不从心。进入90年代,我们转而从俄罗斯进口了数百架米171高原型直升机,在一定程度上弥补了黑鹰直升机的数量缺口,但是米171性能上只能说勉强够用,在环境适用性、操作灵活性、安全性、承重能力上都无法与黑鹰直升机相比。进入新世纪,我们开始了自己的通用型高原直升机—直20的研制,目前直20已经成功定型并服役,未来青藏高原的直升机紧张运力将会得到巨大缓解。那么直升机在高原为什么会性能缩水,为什么高原会被称之为直升机禁区呢?
▲黑鹰直升机

▲米171直升机

直升机之所以能够实现在空中的飞行,其原理和固定翼飞机一样,当直升机旋翼旋转切割空气后,由于旋翼下方平坦,空气以正常速度流过,而旋翼上方有一个弧面,空气需要经过的距离变长,因此速度加快。根据伯努利效应,空气流动的速度越快,压力越小,流动的速度越慢,压力越大,所以直升机的下翼面的压力大于上翼面压力,从而就会产生一个向上的推力,将直升机给托举在空中了。而在高原地区,因为空气较为稀薄,旋翼所产生的托举力自然也就会变小,所以海拔越高,直升机的飞行也就越发困难了。



既然旋翼托举力减少,那么就只能增加旋翼,加大旋翼长度,提高转速,从而提高托举力,而这就需要强劲的发动机作为基础。直升机所使用的涡轴发动机需要不断吸入空气与航空燃油混合燃烧才能持续运转,而5000米海拔高度空气中的含氧量只有平原地区的61%,没有足够的氧气,涡轴发动机自然就达不到额定功率。根据统计,直升机在4000米以上的高海拔地区,发动机功率下降达到30%以上,承载能力也极速下降,即使连美军引以为傲的长弓阿帕奇直升机在阿富汗高原地区执行任务也必须拆解下顶端的米波雷达和一部分武器系统,不然根本无法正常执行任务了。


直升机的转向悬停等依靠调整旋翼的角度和转速,而青藏高原地区多大风雨雪天气,且小气候变化多端,难以预测。直升机旋翼受力面积大,一旦遭遇大风吹拂,很容易被改变方向甚至导致坠毁。其次在雨雪天气,直升机的能见度过低,在沟壑纵横的高原地区操作难度极大。这所有的一切都对直升机的性能提出了更高的要求,所以一般的直升机是根本无法在高原执行任务的。


军武吐槽君


说到直升机的高原型号,使人就不得不说说印度,如今可以制造大约三型高原直升机,长期以来都飞得不错。从法国引进许可证生产的“美洲驼”和“云雀III”,印度国产后称为“印度豹”和“烈豹”,最大起飞重量都是2吨,但都能轻松在高原飞行,尤其“美洲驼”,曾经创下高度达12442米的最高记录。

高原空气稀薄,发动机功率严重下降,如果不是特制的发动机型号,再好的直升机上了高原,也会面临飞行性能大幅下降的问题。当两型轻型直同已老,印度靠着有利的国际地位,与德国MBB合作,引进其技术生产一款5吨级高原型号“北极星”,其最大飞行高度也达到了6000米。只是可惜自己生产质量不行,白白送人也没人敢要。

除了自造,原装进口的直升机,更是非高原型不要,从俄罗斯引进大量米-17V5,用得相当之好。立足高原环境,引进直升机几十年,这便是印度成功之处。

与印度相比,我们则长期缺乏高原直升机型号,曾经在上世纪八十年代引进数量较小的美国“黑鹰”,又从俄引进米-17V5,才缓解了不能使用的问题。

2008年以后,我们直升机工业迎来了真正春天,从直-18到直-20,都能在高原使用,正式打破了高原直升机禁区,尤其直-18在一次测试中,创造了9000米的飞行高度。一旦技术上实现突破,才能真正将命运操之在自家手中。

一时落后不算落后,厚积薄发,晚发先至,并不使人感到奇怪,创新式发展才是真正的立足根本。


魂舞大漠


直升机,貌似头顶一个“大转盘”,如果说战机和民航机是车中的法拉利,则直升机就是拖拉机,飞行速度要慢很多。

但直升机有优点,即起降非常方便快捷,不需要象战机或民航客机那般需要提供长长的飞行跑道来起降,因此,在没有公路铁路,固定翼飞机无法起降的地区,直升机就大显神威了,被广泛运用于军事和民用领域。

许多直升机在高海拔地区特别是高原地带飞行时,发动机的输出功率会直线下降,原因就是随着海拔高度的升高,空气的密度会降低,简单地说空气变得稀薄了。

在海拔4000米地区,空气密度就降低为海平面的60-70%,对凭借旋翼下压空气获得反推力飞行的直升机来说,那是相当致命的,高原地区空气密度小,旋翼产生的升力就大大减小了。

此外,对依赖空气的航空发动机来说,由于空气减少发动机的功率会下降40-50%,输出功率就大打折扣,直升机的运载能力就极大地降低了,原先能运输4吨物资的,就只能运输2吨了。

还有高原的气候变化非常大,刚刚还日和风丽的怡人景象,转眼就有可能狂风大作,飞沙走石,平沙莽莽黄入天,能见度迅速下降,此时除了靠仪表导航设备以外,就只能指望飞行员高超的技艺应对了。

直升机在高原地带起降和悬停阶段,最怕诡异莫测的狂风,以及天气突然浓雾弥漫,或乌云密布,伸手不见五指,非常考验直升机的性能,以及飞行员高超的技艺。

21世纪以前,我国只有上世纪80年代初引进的20余架装备空军的黑鹰直升机,能够飞到青藏高原等气候恶劣的地区,其他类型的直升机在高原飞行性能堪忧。

现在,直-18、米-17、AC-313高原直升机,包括最新的直-20都能够飞上青藏高原了,极大地提高了我空军在高原的作战和运输包括救援等能力。


国平军史


直升机🚁一出现就以优异的垂直起降和短距起降性能获得迅速被广泛推广应用。

直升机🚁特殊的气动外形和结构、直升机一直以来飞不高、跑不快、载重量小又是绝大多数直升机的缺点。

早期的直升机和固定翼飞机✈️一样都是采用活塞发动机为动力系统、现代直升机的标配动力是“涡轮轴+旋翼”。


决定直升机
能够飞起来和飞行的基本原理/发动机+旋翼。
(直升机的基本操作模式)

(直升机🚁的旋翼)

(现代直高性能升机🚁的标配动力系统“涡轮轴”发动机)


直升机的动力系统目前大多数
采用的是“涡轮轴”发动机、需要将空气引进、压缩与燃油混合后作功、驱动旋翼产生拉力和升力……。

直升机🚁上高原难主要原因是直升机🚁旋翼的功能和特殊结构以及作用、限制了直升机上高原。

大家知道、高原超过4000米、大气密度只有海平面的66%左右。

直升机发动机作功需要大量的空气、旋翼也需要空气提供升力……

那么、超过4000米高度、直升机发动机功率会下降35%左右、直升机的旋翼功率会下降30%左右、载重量直线下降,现代直升机最高升限保持者是12150米、是将直升机上很多设备拆掉后获得的、毫无实用意义。

现代达到高原飞行高度实用高度的直升机是中国的“直-18”和“直-20”实用型直升机创造的9000米纪录、飞越珠穆朗玛峰。

此前、在中国青藏高原局部地区正常使用的只有美国的“黑鹰”直升机以及俄罗斯的“米171”高原型号。

高原环境恶劣、高寒缺氧、气象万千变化多端是影响直升机正常发挥性能的直接原因。

即便是高性能的涡扇发动机动力固定翼飞机✈️进出高原机场也是经过技术改装的“高高原”型飞机(发动机+客舱/驾驶舱供氧/空调系统经过技术调整改装的少数机型)、载重量受到应该限制、战斗机在高原地区的作战性能也受到一定影响。


孔乙己乱弹


高原地区的起降和飞行,对于直升机而言还是比较困难的,主要体现在下面三个方面:

1、涡轴发动机效率方面;

现在绝大部分直升机都是使用涡轴动力发动机,这种发动机其核心机还是涡喷发动机比较类似。之所以类似,而不是一样,主要是因为涡轴发动机通过吸入空气,进行持续压缩之后送入到燃烧室与雾化燃油进行化学反应,并释放大量高温高压气体,这一气体驱动后方的涡轮,从而实现化学能向机械能进行转变,依靠机械传统装置来驱动旋翼旋转产生直接升力。而不是像普通涡喷发动机那样,高温高压气体通过拉瓦尔喷管向后方大气喷射,产生向前的推力。

在燃油利用效率和转换效率面前,涡轴不如涡喷发动机,这一点也让涡轴动力的直升机在面对高原期间和飞行时,感到动力不足。

2、旋翼升力效率方面;

旋翼的升力产生机理其实和固定翼机翼基本一致,都是基于伯努利方程而产生的压力差,但是不同之处在于两点:第一,旋翼的投影面积比较小;第二,旋翼的根部,也就是靠近桨毂部分,产生的升力很小,大部分都是阻力。

正因为如此,同等起飞重量下,直升机的油耗要比固定翼高,主要还是效率偏低。

3、高原多变气流对于直升机的操稳性影响;

高原地区由于海拔较高,空气稀薄,同时地面地表比较复杂,山地、山谷气流变化很快,切变瞬间就可能发生,因此对于直升机而言,高原地区的飞行和起降对于自身飞行稳定性和操敏特性而言都是不小的考验。如果不是高性能直升机,普通直升机是不可能上高原飞行的。


——问题就回答到这里了——

对航空感兴趣的朋友不妨来关注老鹰航空吧。

(图片来自互联网公开图片,如侵则删。)


老鹰航空


直升机是依靠桨叶旋转向下压缩空气获得升力的,高原地区空气稀薄,桨叶向下压缩空气时的效率下降,直升机飞行性能也会下降。高原地区的低温会使直升机上的橡胶部件损坏,造成漏油漏气,滑油黏度变大,燃油气化困难,机翼结冰后增加机身重量,机体剧烈抖动,给飞行造成危险。


淄江航空



月林6491


在很多人的印象中,直升机,头顶一个大“转盘”,飞的比较慢,能悬停。不像固定翼飞机那样需要长长的跑道。只需要一块不大的平地,直升机就能安全的起降。也正是因为这些优点,直升机被广泛的应用于运输,救援,作战等许多领域,是个十足的多面手,似乎没有它去不了的地方,没有它干不成的事。然而对于绝大多数直升机来说,他们却无法在高原以及高海拔山区飞行。这是为什么呢?难道直升机也有高原反应?这要从直升机自身的性能特点与高原的自然条件说起:

  很多高原的海拔是很高的,比如我国的青藏高原,平均海拔在4000米以上。而普通直升机的升限一般是4000到6000米,武装直升机的升限要高一些,能到6500米以上。但是。可见,对于大多数直升机来说,把吃奶的力气使出来,才能达到高原的高度。想在高原上无忧无虑的飞行,无异于做梦!

  我们都知道,随着海拔高度的升高,空气的密度会降低。海拔4000米地区,空气密度约为海平面的60~70%。直升机靠旋翼下压空气获得反推力飞行,高原地区空气密度小,旋翼产生的升力也大大减小。另外直升机发动机燃烧会因为需要空气不足而功率下降40%左右。即使是一些升限比较高的直升机在高原地区也只能维持自身飞行,更别说载人拉货了。

  因此只有针对这些问题进行过专门的优化设计的高原直升机才能在高原上正常飞行。不过就算是高原直升机,在高原上飞行也不是那么容易的。

  第一,高原地区环境复杂,天气变幻莫测,刚刚还是风和日丽,转眼便是狂风大作,浓雾弥漫,可见度迅速降低。这时除了靠仪表设备导航,剩下就全指望飞行员技艺高超临场应变啦,这时真的是生死由命,富贵在天了。

  第二,高原与山区经常会有大风。你是风儿我是沙!直升机真不想见到它们啊!漫天风沙无孔不入,钻入直升机内部导致机械磨损、油路不畅,吸入进气道还会打坏高速旋转的涡轮叶片,降低发动机功率。狂风诡异莫测,气流很不稳定。直升机在起降和悬停阶段,最害怕乱流,因为此时直升机处于静平衡状态中,距地面又低,一旦平衡打破,根本来不及反应就机毁人亡。还有可怕的风切变也是飞行的大敌,有时候飞过一个山口都会遇到它,防不胜防的,危机重重。

  第四,高原地区昼夜温差大,早晨晚上能差30度。低温使橡胶部件断裂,漏油漏气,滑油粘度增加,燃油难以汽化,还让机翼结冰,增加飞行重量,引起机体剧烈振动。直升机:宝宝心里苦啊!

  第五,高原山区导航基站少,通讯信号差,仪表也会有误差。另外不光飞机发动机缺空气,机组人员也缺氧啊,机组人员只想说,老子都上气不接下气了,还开个球的飞机呦!

  我国以前直升机数量少,性能也不行,只有“黑鹰”和“米-17”直升机能飞上4000多米的青藏高原。不过好在后来自主研制了,AC-313高原直升机,大大提高了我国的高原运输与救援能力。


分享到:


相關文章: