高原地區為什麼被稱為直升機禁區?

餘燃復起


直升機🚁一出現就以優異的垂直起降和短距起降性能獲得迅速被廣泛推廣應用。

直升機🚁特殊的氣動外形和結構、直升機一直以來飛不高、跑不快、載重量小又是絕大多數直升機的缺點。

早期的直升機和固定翼飛機✈️一樣都是採用活塞發動機為動力系統、現代直升機的標配動力是“渦輪軸+旋翼”。


決定直升機

能夠飛起來和飛行的基本原理/發動機+旋翼。
(直升機的基本操作模式)
(直升機🚁的旋翼)


(現代直高性能升機🚁的標配動力系統“渦輪軸”發動機)

直升機的動力系統目前大多數

採用的是“渦輪軸”發動機、需要將空氣引進、壓縮與燃油混合後作功、驅動旋翼產生拉力和升力……。

直升機🚁上高原難主要原因是直升機🚁旋翼的功能和特殊結構以及作用、限制了直升機上高原。

大家知道、高原超過4000米、大氣密度只有海平面的66%左右。

直升機發動機作功需要大量的空氣、旋翼也需要空氣提供升力……

那麼、超過4000米高度、直升機發動機功率會下降35%左右、直升機的旋翼功率會下降30%左右、載重量直線下降,現代直升機最高升限保持者是12150米、是將直升機上很多設備拆掉後獲得的、毫無實用意義。

現代達到高原飛行高度實用高度的直升機是中國的“直-18”和“直-20”實用型直升機創造的9000米紀錄、飛越珠穆朗瑪峰。

此前、在中國青藏高原局部地區正常使用的只有美國的“黑鷹”直升機以及俄羅斯的“米171”高原型號。

高原環境惡劣、高寒缺氧、氣象萬千變化多端是影響直升機正常發揮性能的直接原因。

即便是高性能的渦扇發動機動力固定翼飛機✈️進出高原機場也是經過技術改裝的“高高原”型飛機(發動機+客艙/駕駛艙供氧/空調系統經過技術調整改裝的少數機型)、載重量受到應該限制、戰鬥機在高原地區的作戰性能也受到一定影響。


孔乙己亂彈


高原是指海拔在500米以上,但是地勢又相對平坦寬敞的地形,全世界最高的高原為我國的青藏高原,它的平均海拔在4000米以上,許多地區甚至超過了5000米。在這樣的地區,一般的直升機根本難以正常飛行,所以青藏高原也被稱之為直升機禁區。在八十年代之前,國產的直5、直6直升機因為性能有限,無法在青藏高原部署,因此那時候對於高海拔地區的補給只能依靠地面車輛、犛牛、人力運輸,遇到大雪封山,就只能靠吃罐頭和壓縮餅乾度日,後勤運輸極其困難。


八十年代中西方蜜月期我們從美國進口了24架黑鷹直升機,迅速成為青藏高原高海拔地區的補給主力,但是由於黑鷹直升機的數量太少,面對兩百多萬平方公里的青藏高原也仍舊力不從心。進入90年代,我們轉而從俄羅斯進口了數百架米171高原型直升機,在一定程度上彌補了黑鷹直升機的數量缺口,但是米171性能上只能說勉強夠用,在環境適用性、操作靈活性、安全性、承重能力上都無法與黑鷹直升機相比。進入新世紀,我們開始了自己的通用型高原直升機—直20的研製,目前直20已經成功定型並服役,未來青藏高原的直升機緊張運力將會得到巨大緩解。那麼直升機在高原為什麼會性能縮水,為什麼高原會被稱之為直升機禁區呢?
▲黑鷹直升機

▲米171直升機

直升機之所以能夠實現在空中的飛行,其原理和固定翼飛機一樣,當直升機旋翼旋轉切割空氣後,由於旋翼下方平坦,空氣以正常速度流過,而旋翼上方有一個弧面,空氣需要經過的距離變長,因此速度加快。根據伯努利效應,空氣流動的速度越快,壓力越小,流動的速度越慢,壓力越大,所以直升機的下翼面的壓力大於上翼面壓力,從而就會產生一個向上的推力,將直升機給託舉在空中了。而在高原地區,因為空氣較為稀薄,旋翼所產生的託舉力自然也就會變小,所以海拔越高,直升機的飛行也就越發困難了。



既然旋翼託舉力減少,那麼就只能增加旋翼,加大旋翼長度,提高轉速,從而提高託舉力,而這就需要強勁的發動機作為基礎。直升機所使用的渦軸發動機需要不斷吸入空氣與航空燃油混合燃燒才能持續運轉,而5000米海拔高度空氣中的含氧量只有平原地區的61%,沒有足夠的氧氣,渦軸發動機自然就達不到額定功率。根據統計,直升機在4000米以上的高海拔地區,發動機功率下降達到30%以上,承載能力也極速下降,即使連美軍引以為傲的長弓阿帕奇直升機在阿富汗高原地區執行任務也必須拆解下頂端的米波雷達和一部分武器系統,不然根本無法正常執行任務了。


直升機的轉向懸停等依靠調整旋翼的角度和轉速,而青藏高原地區多大風雨雪天氣,且小氣候變化多端,難以預測。直升機旋翼受力面積大,一旦遭遇大風吹拂,很容易被改變方向甚至導致墜毀。其次在雨雪天氣,直升機的能見度過低,在溝壑縱橫的高原地區操作難度極大。這所有的一切都對直升機的性能提出了更高的要求,所以一般的直升機是根本無法在高原執行任務的。


軍武吐槽君


高原地區的起降和飛行,對於直升機而言還是比較困難的,主要體現在下面三個方面:

1、渦軸發動機效率方面;

現在絕大部分直升機都是使用渦軸動力發動機,這種發動機其核心機還是渦噴發動機比較類似。之所以類似,而不是一樣,主要是因為渦軸發動機通過吸入空氣,進行持續壓縮之後送入到燃燒室與霧化燃油進行化學反應,並釋放大量高溫高壓氣體,這一氣體驅動後方的渦輪,從而實現化學能向機械能進行轉變,依靠機械傳統裝置來驅動旋翼旋轉產生直接升力。而不是像普通渦噴發動機那樣,高溫高壓氣體通過拉瓦爾噴管向後方大氣噴射,產生向前的推力。

在燃油利用效率和轉換效率面前,渦軸不如渦噴發動機,這一點也讓渦軸動力的直升機在面對高原期間和飛行時,感到動力不足。

2、旋翼升力效率方面;

旋翼的升力產生機理其實和固定翼機翼基本一致,都是基於伯努利方程而產生的壓力差,但是不同之處在於兩點:第一,旋翼的投影面積比較小;第二,旋翼的根部,也就是靠近槳轂部分,產生的升力很小,大部分都是阻力。

正因為如此,同等起飛重量下,直升機的油耗要比固定翼高,主要還是效率偏低。

3、高原多變氣流對於直升機的操穩性影響;

高原地區由於海拔較高,空氣稀薄,同時地面地表比較複雜,山地、山谷氣流變化很快,切變瞬間就可能發生,因此對於直升機而言,高原地區的飛行和起降對於自身飛行穩定性和操敏特性而言都是不小的考驗。如果不是高性能直升機,普通直升機是不可能上高原飛行的。


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(圖片來自互聯網公開圖片,如侵則刪。)


老鷹航空


說到直升機的高原型號,使人就不得不說說印度,如今可以製造大約三型高原直升機,長期以來都飛得不錯。從法國引進許可證生產的“美洲駝”和“雲雀III”,印度國產後稱為“印度豹”和“烈豹”,最大起飛重量都是2噸,但都能輕鬆在高原飛行,尤其“美洲駝”,曾經創下高度達12442米的最高記錄。

高原空氣稀薄,發動機功率嚴重下降,如果不是特製的發動機型號,再好的直升機上了高原,也會面臨飛行性能大幅下降的問題。當兩型輕型直同已老,印度靠著有利的國際地位,與德國MBB合作,引進其技術生產一款5噸級高原型號“北極星”,其最大飛行高度也達到了6000米。只是可惜自己生產質量不行,白白送人也沒人敢要。

除了自造,原裝進口的直升機,更是非高原型不要,從俄羅斯引進大量米-17V5,用得相當之好。立足高原環境,引進直升機幾十年,這便是印度成功之處。

與印度相比,我們則長期缺乏高原直升機型號,曾經在上世紀八十年代引進數量較小的美國“黑鷹”,又從俄引進米-17V5,才緩解了不能使用的問題。

2008年以後,我們直升機工業迎來了真正春天,從直-18到直-20,都能在高原使用,正式打破了高原直升機禁區,尤其直-18在一次測試中,創造了9000米的飛行高度。一旦技術上實現突破,才能真正將命運操之在自家手中。

一時落後不算落後,厚積薄發,晚發先至,並不使人感到奇怪,創新式發展才是真正的立足根本。


魂舞大漠


直升機,貌似頭頂一個“大轉盤”,如果說戰機和民航機是車中的法拉利,則直升機就是拖拉機,飛行速度要慢很多。

但直升機有優點,即起降非常方便快捷,不需要象戰機或民航客機那般需要提供長長的飛行跑道來起降,因此,在沒有公路鐵路,固定翼飛機無法起降的地區,直升機就大顯神威了,被廣泛運用於軍事和民用領域。

許多直升機在高海拔地區特別是高原地帶飛行時,發動機的輸出功率會直線下降,原因就是隨著海拔高度的升高,空氣的密度會降低,簡單地說空氣變得稀薄了。

在海拔4000米地區,空氣密度就降低為海平面的60-70%,對憑藉旋翼下壓空氣獲得反推力飛行的直升機來說,那是相當致命的,高原地區空氣密度小,旋翼產生的升力就大大減小了。

此外,對依賴空氣的航空發動機來說,由於空氣減少發動機的功率會下降40-50%,輸出功率就大打折扣,直升機的運載能力就極大地降低了,原先能運輸4噸物資的,就只能運輸2噸了。

還有高原的氣候變化非常大,剛剛還日和風麗的怡人景象,轉眼就有可能狂風大作,飛沙走石,平沙莽莽黃入天,能見度迅速下降,此時除了靠儀表導航設備以外,就只能指望飛行員高超的技藝應對了。

直升機在高原地帶起降和懸停階段,最怕詭異莫測的狂風,以及天氣突然濃霧瀰漫,或烏雲密佈,伸手不見五指,非常考驗直升機的性能,以及飛行員高超的技藝。

21世紀以前,我國只有上世紀80年代初引進的20餘架裝備空軍的黑鷹直升機,能夠飛到青藏高原等氣候惡劣的地區,其他類型的直升機在高原飛行性能堪憂。

現在,直-18、米-17、AC-313高原直升機,包括最新的直-20都能夠飛上青藏高原了,極大地提高了我空軍在高原的作戰和運輸包括救援等能力。


國平軍史


在很多人的印象中,直升機,頭頂一個大“轉盤”,飛的比較慢,能懸停。不像固定翼飛機那樣需要長長的跑道。只需要一塊不大的平地,直升機就能安全的起降。也正是因為這些優點,直升機被廣泛的應用於運輸,救援,作戰等許多領域,是個十足的多面手,似乎沒有它去不了的地方,沒有它幹不成的事。然而對於絕大多數直升機來說,他們卻無法在高原以及高海拔山區飛行。這是為什麼呢?難道直升機也有高原反應?這要從直升機自身的性能特點與高原的自然條件說起:

  很多高原的海拔是很高的,比如我國的青藏高原,平均海拔在4000米以上。而普通直升機的升限一般是4000到6000米,武裝直升機的升限要高一些,能到6500米以上。但是。可見,對於大多數直升機來說,把吃奶的力氣使出來,才能達到高原的高度。想在高原上無憂無慮的飛行,無異於做夢!

  我們都知道,隨著海拔高度的升高,空氣的密度會降低。海拔4000米地區,空氣密度約為海平面的60~70%。直升機靠旋翼下壓空氣獲得反推力飛行,高原地區空氣密度小,旋翼產生的升力也大大減小。另外直升機發動機燃燒會因為需要空氣不足而功率下降40%左右。即使是一些升限比較高的直升機在高原地區也只能維持自身飛行,更別說載人拉貨了。

  因此只有針對這些問題進行過專門的優化設計的高原直升機才能在高原上正常飛行。不過就算是高原直升機,在高原上飛行也不是那麼容易的。

  第一,高原地區環境複雜,天氣變幻莫測,剛剛還是風和日麗,轉眼便是狂風大作,濃霧瀰漫,可見度迅速降低。這時除了靠儀表設備導航,剩下就全指望飛行員技藝高超臨場應變啦,這時真的是生死由命,富貴在天了。

  第二,高原與山區經常會有大風。你是風兒我是沙!直升機真不想見到它們啊!漫天風沙無孔不入,鑽入直升機內部導致機械磨損、油路不暢,吸入進氣道還會打壞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。還有可怕的風切變也是飛行的大敵,有時候飛過一個山口都會遇到它,防不勝防的,危機重重。

  第四,高原地區晝夜溫差大,早晨晚上能差30度。低溫使橡膠部件斷裂,漏油漏氣,滑油粘度增加,燃油難以汽化,還讓機翼結冰,增加飛行重量,引起機體劇烈振動。直升機:寶寶心裡苦啊!

  第五,高原山區導航基站少,通訊信號差,儀表也會有誤差。另外不光飛機發動機缺空氣,機組人員也缺氧啊,機組人員只想說,老子都上氣不接下氣了,還開個球的飛機呦!

  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。不過好在後來自主研製了,AC-313高原直升機,大大提高了我國的高原運輸與救援能力。


口水雜談


直升機是依靠槳葉旋轉向下壓縮空氣獲得升力的,高原地區空氣稀薄,槳葉向下壓縮空氣時的效率下降,直升機飛行性能也會下降。高原地區的低溫會使直升機上的橡膠部件損壞,造成漏油漏氣,滑油黏度變大,燃油氣化困難,機翼結冰後增加機身重量,機體劇烈抖動,給飛行造成危險。


淄江航空



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