某輕型直升機加裝滅火水槍設備試飛技術工作研究

俞東鋒 張裕兵 常建龍

摘?要：目前國內通航公司為適應市場，對加改裝設備需求很大，改裝新設備的裝機驗證和試飛工作，能夠提供設備裝機符合性的支撐資料，也能為后續設備使用提供作業規范建議和參考。文章基于某輕型直升機平臺加裝滅火水槍設備功能試飛技術工作，介紹試飛工作的設計要求和組織實施程序，總結相關經驗，以期對同類設備的后續加改裝試飛技術工作提供參考和借鑒。

關鍵詞：滅火;限制;火場;性能;影響

文獻標識碼：A

Research?on?Test?Flight?of?a?Light?Helicopter?Equipped?with?Water?Gun

Yu?Dongfeng?Zhang?Yubing?Chang?Jianlong

Changhe?Aircraft?Industries?Group?Co.，Ltd.，?JiangxiJingdezhen?333002

Abstract：At?present，in?order?to?adapt?to?the?market，there?is?a?great?demand?for?retrofit?equipment?by?domestic?navigable?companies，airplane?modification?increase?a?lot.The?test?flight?of?modification?provides?supporting?material?of?conformance，and?advice?on?equipment?usage.This?paper?introduces?the?procedure?and?design?considerations?of?water?gun?function?test?flight，summarizes?experience?and?shortcomings，in?order?to?provide?reference?for?the?same?kind?of?work.

Key?words：Fire-Extinguishing;Limitation;Fireground;Performance;influence

隨著通航“放管服”改革的深入和國家相關扶持政策的相繼出臺，通航產業在國內蓬勃發展。載機加改裝成為通航公司擴展平臺功能，適應市場需求的必要工作。而直升機作為優質的通用多功能平臺，成為通航公司加改裝的首選。市場上主要加改裝涉及電力巡線、農林噴灑、消防滅火、警用防爆、地質勘探等。

直升機滅火設備目前在國內需求較大，此類設備加改裝成功案例，有直接引進的俄羅斯Ka-32加裝的水炮系統，昌飛公司AC313型機加裝的水炮系統，以及哈爾濱飛機的H425型機加裝水炮系統等。這些直升機加裝滅火系統后，具備城市高層滅火以及巡邏滅火功能，為其功能擴展和銷售市場開拓提供助力。本文基于某輕型直升機平臺加改裝滅火設備技術工作進行展開論述。

1?滅火水槍設備介紹

該平臺加裝的滅火設備為滅火水槍，類似哈爾濱飛機H425系列滅火系統，如圖1。

圖1?H425水炮系統

設備主體由機腹式水箱、動力源、管路系統組成，通過懸吊方式安裝于起落架下方位置，設備組成和安裝示意如圖2。設備控制系統處于座艙內部。

圖2?設備組成和安裝示意

2?試飛工作

2.1?試飛準備工作和限制制定

2.1.1?設備裝機論證

加改裝設備在裝機前，都需要對裝機試飛的影響進行充分論證。滅火水槍裝機主要進行載荷強度分析和重量重心分析。

（1）載荷強度分析。載荷和強度是為試飛安全提供支撐的必要條件，主要考慮設備自身的強度情況以及設備的安裝形式、安裝接頭強度和試飛載荷。根據CCAR27部第27.337條限制機動載荷系數要求，旋翼航空器設計至少應滿足下述規定之一：①從正限制機動載荷系數3.5到負限制機動載荷系數-10的范圍;②任一正限制機動載荷系數不得小于2.0，負限制機動載荷系數不得大于-0.5，但：a.需用分析和飛行試驗表明超過所選取系數的概率極小;b.所選用系數對在設計最大重量和設計最小重量之間的每一重量情況是適當的。

設備安裝形式的選擇和安裝性能參數直接影響直升機的試飛機動動作。該設備安裝接頭強度考慮該機型實際試飛能夠達到的最大2.7g正過載和-0.8g負過載并增加一定的安全裕度，在試飛時不存在因結構安裝引起的限制。設備自身的性能也限制試飛機動，例如設備各個方向的強度，變形的極限載荷。在沒有較為準確的實驗數據情況下，可通過一些工程繪圖軟件進行簡單預計算。或者直接采用經驗方法，借鑒國內外同類設備的試飛限制要求。該滅火水槍設備借鑒國外同類機腹式水箱設備的限制要求，限制最大試飛速度90kts，坡度40°，同時要求試飛柔和操縱，不得進行俯沖拉起等大過載機動動作。

（2）重量重心分析。重量重心是試飛運行直接相關的重要參考因素和控制變量。水槍設備因為其帶水箱，加注液體后會導致整體設備的重心變化，需要進行水槍設備重量-重心曲線標定實驗，重心位置應以相應載機機體坐標系為基準，如圖3所示：

圖3?重量-重心標定實驗結果示意

在簡易條件下，重量-重心分布可直接采用空箱和滿箱狀態數值進行線性計算，其數值和對載機整體重心影響偏差并不大。滅火劑種類不同時需考慮密度因素。

完成設備的重量重心分析后，應與直升機進行組合，計算各可能達到的重量重心極限狀態。此次滅火水槍試飛極限狀態計算情況如圖4，并未出現超出飛行包線情況。

圖4?重量-重心分析結果

如出現超包線情況，則需真題分析并在更改構型中增加相應的固定配重以滿足各試飛狀態下的重量重心需求。

2.1.2?設備裝機地面測試

（1）功能測試。設備裝機完成后，需進行功能測試。功能測試主要根據設備使用說明書和性能手冊，進行設備的裝機匹配性測試。水槍設備檢查設備的啟停和水量調整功能，定量的性能數據包括最大流量（即噴水時間/速率）、地面射程，在允許的條件下還可以測量壓力損失和出口壓力。對于設備的其他功能，例如觀瞄裝置等應協同進行測試。該設備具有噴口可調功能，在地面進行了操作驗證。

（2）匹配性測試。設備功能驗證后，進行設備在直升機上的裝機協調性測試。主要包括振動測試和電磁兼容檢查工作。

在有條件情況下應進行固有頻率的測試以防止共振，至少應在座艙地板、儀表板和相關結構部位增加振動傳感器以監測振動變化情況。設備的工作情況應在直升機開車情況下進行測試，確保設備工作不產生對直升機（電氣、電磁兼容）和駕駛員（視線和操作、噪音）的干擾，設備能夠正常工作。振動正常或影響較小。

完成這些基本的測試和論證，對出現的問題進行隔離和處理，并制定相關試飛限制和注意事項，設備裝機試飛的準備工作就基本完成了。

2.2?試飛任務設計和實施

2.2.1?試飛任務設計

試飛任務的設計，應當根據實際驗證需求程度情況來進行綜合統籌。試飛任務設計采用先易后難，逐步深入的方式進行順序安排和任務量分布。試飛限制可直接借鑒已有經驗，在限制內能夠滿足作業需求和試飛需要，就不需要驗證邊界性能。通過放棄一部分需要額外的大工作量驗證或者風險試飛驗證的性能，以保證快速高效完成試飛工作，也是通航加改裝設備試飛可以參考借鑒的。

該設備試飛根據用戶要求僅需要驗證水槍設備的功能和裝機協調性，攜帶水槍設備作業也不需要大機動或者極限性能，不涉及邊界性能的驗證，因而對試飛任務進行了簡化。

一般試飛程序先進行設備不工作的檢飛，以檢查直升機的相關振動和設備結構安裝的可靠性，降低設備首次加改裝試飛的風險。

完成檢飛后，進行基礎的設備功能檢查和性能測試。水槍設備在空中試飛時，水槍工作情況受旋翼下洗流和水槍噴頭角度影響，射程不同，且空中滅火情況和地面不同，飛行員和滅火操作員應進行充分訓練和熟悉。此項試飛工作可多次進行，以保證熟練度，同時檢測設備性能情況。水槍設備性能檢查記錄形式如下表：

水槍設備性能情況如果不達標，則需要進行相應優化以保證空中滅火作業的需求。該設備因為出口壓力偏小，首次檢查空中射程不達標，因而對噴口進行了改進。改進后水槍射程增加，而流量影響很小。

完成設備裝機的調整和調試后，可以進行相應的爬升、平飛、下滑、轉彎等基本操作，以使飛行員適應設備裝機帶來的可能的直升機操縱上的影響。

最終任務即為直升機滅火演示。

2.2.2?滅火演示實施

（1）火場布置。火場布置工作是滅火演示工作成功的關鍵。火場應設置在遠離風險點和居民區的空曠地帶，并對火點周邊進行監控和可燃物的清除，防止火勢意外擴大。

按起火物區分，火可分為五種，分別是由普通燃燒物、易燃液體、電氣設備、易燃金屬、易燃氣體引起的火情。這些火對應的燃燒情況和滅火劑種類各不相同，需要根據設備功能情況和實際作業需要綜合考慮。該設備是帶機腹式水箱的滅火水槍，滅火設備和滅火劑種類適用于普通燃燒物的滅火（如木材、布、紙等），因而火點的燃燒物應由這些材料組成。

火場除火源外，還需進行火勢的控制，例如火點的面積、數量，堆積程度，火焰高度等，這些都需要綜合考慮，以恰當充分實現設備功能的驗證。

（2）應急預案。滅火作業屬于特種作業，存在一定的風險系數。必須制定相應的應急預案。應急預案分為空中和地面兩部分，空中主要指導飛行員進行規范操作以及應急處置，例如面對火場的煙霧、不穩定氣流、火勢的突變和火場突風等特情處置;地面主要是給地面保障工作提供相應人員設備的準備建議，在應急情況下的協同指揮、滅火、救護作業指導等。

該設備滅火演示采用空、地、塔臺協同指揮，總指揮設在火場。火場現場有消防車和救護人員待命，火點由專門的消防人員控制。空中應急處置方案經過充分論證并與飛行員進行溝通。火場現場布置示意如圖5：

圖5?火場布置圖

（3）試飛實施。在進行充分準備和訓練，現場查看和熟悉，地面保障到位，相應風險分析、風險控制措施實施后，飛行員進行實際滅火作業。

飛行采用高點接近方式接近火點。在接近火場時，飛行員需判明風向，逐步盤旋降低高度接近火場，風向不穩定情況下不應接近火場。在飛行員能夠辨識火點的情況下，應進入上風，在上風側風向接近火點。一般大火影響高度可達15～20m，應當控制高度在20m以上接近。試飛采用50m高度接近，20m高度滅火，以保證直升機的安全。