引言 
  直升机速度静稳定性是直升机的重飞行特性。对于工程师来说,直升机速度静稳定性是指直升机偶然受扰后,飞行速度(相对风速)发生变化初始时刻是否具有自动恢复原来平衡状态的能力。如果速度变化后出现新的附加力矩,使之自动趋于恢复原来的速度,那么直升机按速度是静稳定的;反之则是按速度静不稳定的。而对于直升机驾驶员来说,速度静稳定性则意味着操纵直升机保持在另一个速度飞行时所需的驾驶杆位移变化。但不管怎样,两者的主观需求是一致的,那就是直升机具有速度静稳定性,理由很简单,工程师希望自己设计的直升机在受扰后是易恢复的,驾驶员希望自己操纵的直升机在受扰后是易操控的。而一架直升机的速度静稳定性是否满足具体需求,则需试飞工程师和试飞员合作,通过真实的飞行试验及试验数据分析处理来给出结论。采用怎样的试飞技术和方法能够给出更精确的试验结论?这是直升机试飞工程师和试飞员一直致力研究的问题。 
  1 国军标和适航规章相关条款 
  直升机由于可以做低空(离地面数米)、低速(从悬停开始)和机头方向不变的机动飞行,特别是可以空中悬停,小面积场地垂直起降,不需机场和跑道等突出特点在国防和国民经济各领域都得以广泛应用,具有广阔的用途及发展前景。但无论是应用于军用领域还是民用领域,都求直升机具有合理的稳定性。因此,《军用直升机品质规范》GJB92-9和《民用直升机适航规章》针对纵向静稳定性都有相关考核条款。 
  《军用直升机品质规范》GJB92-9对直升机纵向(速度)静稳定性如下求 
  直升机定常前飞时,在配平速度附近18.5km/h速度扰动情况下,其纵向静稳定性应满足 
  等级1纵向操纵位移和操纵力对速度的变化应是平滑的,基本线形的,其局部剃度应是稳定的(WyV>,PyV>)。 
  等级2仪表飞行时,等级2同等级1,对于目视飞行,纵向操纵位移和操纵力对速度的梯度允许有轻微的不稳定,不稳定的大小同等级3。 
  等级3在不稳定方向纵向操纵位移的变化不应超过4.4N。 
  《民用直升机适航规章》(CCAR-29部)(第29.173条)对直升机纵向静稳定性则有这样的规定(1)纵向操纵必须这样设计为获得小于配平时的速度,操纵杆必须向后运动。而为了获得大于配平时的速度,操纵杆必须向前运动。(2)在第29.175条(a)到(c)中规定的机动飞行期间,并且油门和总距保持不变的情况下,在申请合格审定求的整个高度范围内,操纵杆位置与速度的关系曲线斜率必须是正的。(3)在第29.175 条(d)中规定的机动飞行期间,纵向操纵杆的位置和速度的关系曲线在规定的速度范围内可以有负的斜率,只这种负斜率对应的操纵杆负向运动不超过总操纵行程的1%。 
  因此,无论是军用直升机还是民用直升机,对其速度静稳定性进行考核,验证其是否符合相关条款都是必的试飞内容。 
  2 试飞方法分析对比 
  自开展直升机飞行试验以来,一代又一代的试飞工程师们通过深入剖析速度静稳定性原理和直升机飞行品质规范和研究国外先进试飞方法,总结设计出表现静稳定性法、定总距稳定爬升下降法、变总距稳定爬升下降法、定总距推/拉杆加减速法等多种速度静稳定性试飞方法。经过多年多型号实际试飞验证,留存现在并最广泛使用的是最后一种,即定总距推/拉杆加减速法。其具体实施方法是到达规定的飞行高度后,调节各操纵使直升机以规定的速度和状态稳定配平直线飞行(纵向周期变距杆位移增量丛配平状态气随空速的变化比较容易测定),保持2s后,在总距保持不变(消除总距或总距操纵功效改变的影响)情况下,缓慢推拉杆,使速度增加/减小2km/h(相对配平速度偏移较小,保证爬升率或下降率较小以尽可能减小垂向速度变化引起的俯仰力矩的影响),稳定在新速度下飞行2s,然后使直升机回复正常飞行。 
  值得关注的是,直升机试飞员在采用此方法进行实际飞行试验时又出现了两种操纵方式,一种是非常缓慢的推/拉杆直至速度缓慢增大/减小2km/h,另一种则是较缓慢的推/拉杆至一定位置,等待直升机速度变化2km/h,第二种操纵方式的出现应该是源于试飞员对直升机操纵响应滞后的了解。 
  上述两种操纵方式的出现带给我们一种思考,那就是试飞工程师在进行试飞方法设计时应该充分考虑动作的可执行性及执行过程中可能出现的不同操纵方式和习惯。那么,采用这两种操纵方式进行飞行试验会对试验结果产生怎样的影响?为弄清这一问题,我们利用真实试验数据做了大量的对比分析。下面仅例举图1、图2进行说明。 
  图1为某型直升机在气压高度1m以表速Vi=16km/h稳定配平后“非常缓慢”拉杆减速的时间历程图,由图可见,试飞员拉杆用时25s,且拉杆动作非常和缓,在此过程中表速缓慢增加,全过程中高度变化仅6m左右;图2为同型直升机在同样的气压高度1m以同样的表速Vi=16km/h稳定配平后“缓慢”拉杆减速的时间历程图,由图可见,试飞员推用时15s后等待速度减小至预期值在,这一预期值也在9s后达到,但此过程中高度变化为3~4m。 
  由此可见,两种试飞操纵方式均可实现推/拉杆增/减速的目的,但“非常和缓”的操纵更利于加减速过程中的高度保持,加减速前后直升机所处外部环境变化更微小,由此得到的试验结果也更精准一些。此外,“非常缓慢”的操纵方式对试飞员与试验机的“默契度”无太大求,而“缓慢”的操纵方式则求试飞员么具有比较丰富的直升机速度静稳定性试飞经验,么对试验机的响应有一定的了解,否则,很容易操纵不足或操纵过限。相比“非常缓慢”的操纵来说,“缓慢”操纵也更易导致前飞速度增大的同时直升机下降率较大,使高度不易保持。
  3 结论与建议 
  通过以上研究和对比分析,可以得出以下结论 
  进行速度静稳定性试飞时,采用定总距“非常缓慢”推拉杆增减速的试飞方法更为合理。因为无论是对于经验丰富或对试验机特性比较熟悉的试飞员,还是对于经验尚浅或对试验机特性不很熟悉的试飞员来说,采用“非常缓慢”的操纵方式,都更易保证加减速过程中俯仰姿态变化既缓且慢,也能更大程度上消除俯仰耦合和减小加减速过程中的高度变化,获得满意的数据曲线,进而获得更精确的试飞结果。 
  此外,速度静稳定性试飞科目执行时可分为两个动作段,一是稳定配平飞行段;一是推/拉杆加减速段。整个动作能否成功,是否有效跟这两个动作段的动作质量都有关系。在具体执行时,建议同一速度点先加速再减速,然后再调整到下一速度点配平,以尽可能消除高度变化,减小调整时间。此外,通过实际飞行试验还摸索出以下几点(1)初始配平非常关键配平时可先调整直升机到达目标高度,然后进行目标速度的调整用总距控制加/减速的趋势,越速度接近目标速度时,总距变化越小,防止修正过大,造成反复修正的现象。同时观察升降速度表的趋势,及时稳/带杆进行修正,防止目标高度的变化;(2)加减速时仅利用纵向操纵进行小的空速变化,保持总距固定在配平速度平飞的总距上,滚转和偏航飘移最小,不修正俯仰姿态,推拉杆过程缓慢,幅值均匀,不出现反向调整,且动作过程中应注意保持高度;(3)增速或减速过程中,需对总距、驾驶杆、脚蹬的运动趋势有预见性,并协调好杆量和速率,以获得较均匀的速度变化;并在飞行过程中适当调整脚蹬操纵以限制偏航。(4)小速度飞行时,直升机稳定性较差,应及时进行修正,防止直升机进入复杂状态,确保飞行安全。(5)直升机纵、横向周期变距共用一杆,纵向推/拉杆时会有不经意的横杆操纵,应尽量避免;(6)推/拉杆加/减速变化量稍大或稍小并不影响试验结果分析,试飞员不必下意识的去推杆或拉杆来修正。 
  参考文献 
  1高正,陈仁良.直升机飞行动力学M.科学出版社,23,4. 
  2王适存.直升机空气动力学D.西北工业大学,1964. 
  3刘选民.直升机飞行驾驶技术D.中国飞行试验研究院,212. 
  4Padfield, G.Helicopter Flight Dynamics.Black well Science, Oxford,1996.