影響直升機懸停性能的因素:密度高度

日期:2019-06-27 15:36 作者:呂聯偉

通用航空  直升機懸停  密度高度

作者簡介

呂聯偉,南航通航直升機商用機長,現飛機型SK-76、BELL407,目前主要執行電力巡線和海上平臺運輸任務。

大氣的密度直接影響直升機的性能,隨著大氣密度的增大,發動機的功率、旋翼的效率、氣動特性都會相應提高。經非標準的溫度變化修正后的壓力高度就是大氣的密度高度(density altitude)。實際上,不僅壓力高度和溫度變化會影響密度高度,大氣濕度也會影響密度高度。

壓力高度 

Pressure Altitude

在理解密度高度之前,首先應理解壓力高度, 大氣壓力是指單位面積上受到的上方大氣的重力,高度越高,大氣壓力越低,大氣壓力的變化也受氣團移動的影響。在海平面,我們將大氣壓力1013.2hpa,15℃的大氣稱為標準大氣,在標準大氣中高度每升高1000英尺,溫度下降2℃;高度變化30英尺,壓力約變化1hpa。當高度表基準設定在1013時指示的高度就是壓力高度,壓力高度也可以通過計算得出。

例:某機場標高(H)4000ft,QNH1003hpa,求壓力高度(PA)

PA=H+(1013-QNH)*30=4000+(1013-1003)*30=4300ft

外界溫度 

OAT

溫度的變化對密度高度的變化有非常大的影響,溫度每變化1℃,密度高度約變化120英尺。溫度越高,大氣密度越小,密度高度越高;溫度越低,大氣密度越大,密度高度越低。在海平面的標準大氣溫度為15℃,每升高1000英尺減小2℃,但在我們實際運行時,很少能遇到標準的大氣,這里我們將大氣溫度表述為OAT=ISA+VAR。

例:海平面溫度25℃,因海平面標準大氣溫度15℃,故25℃表述為ISA+10.

溫度變化對密度高度的影響ΔH1=VAR*120ft,即ΔH1=(OAT-ISA)*120ft

大氣濕度

Humidity

大氣中水汽的含量會影響大氣的密度,在相同的大氣中,水汽含量越少,大氣密度越大;水汽含量越多,大氣密度越小。這種密度的變化會導致密度高度的變化,進而影響直升機的性能。

在溫度較低時,由于大氣容納水汽的能力弱,濕度對大氣密度的影響有限,但在高溫條件下,濕度對大氣密度有比較明顯影響。

例如某條件下,同一空氣的干空氣密度和飽和空氣密度的數值對比

溫度

(℃)

干空氣密度

(kg/m3)

飽和空氣密度

(kg/m3)

飽和空氣密度/干空氣密度

10

1.248

1.242

99.5%

20

1.205

1.195

99.2%

30

1.165

1.146

98.4%

40

1.128

1.097

97.3%

通常在計算密度高度時不考慮濕度的影響,但是濕度卻實實在在地影響著密度高度,假設影響量為ΔH2。在高溫運行時,在同樣溫度和壓力高度條件下,飽和空氣時的直升機懸停性能比干空氣時減少3%-4%,,現在有些直升機手冊提供了80%相對濕度時的性能圖表,但是大部分直升機的性能部分并無此圖表,因此在高溫大重量有限場地起飛時,飛行員應意識到濕度增加會導致直升機性能的降低。

綜上所述,密度高度(DA)求解公式為

DA=PA+ΔH1+ΔH2= H+(1013-QNH)*30+(OAT-ISA)*120+ΔH2

忽略大氣濕度的影響,DA≈H+(1013-QNH)*30+(OAT-ISA)*120

從公式中可以看出,密度高度與起降場的高度,修正海壓,外界溫度有關,對同一起降場而言,起降場的高度固定,變化的是修正海壓和外界溫度,每4hpa的氣壓變化量對密度高度的影響大約相當于1℃氣溫變化對密度高度的影響。

對于直升機的通航作業而言,一架直升機作業的起降點一般比較固定,有些公司為了方便飛行員計算最大起飛重量,往往會制作該起降點在不同溫度不同風速下的起飛重量。

例:標準氣壓下某機型在海平面有限場地的最大起飛重量

溫度(℃)

風速0節重量(LBS)

30

11580

31

11510

32

11440

因為該重量是在標準氣壓下查得的,只考慮到溫度變化對最大起飛重量的影響,忽略了氣壓的變化,在使用時,飛行員如果不對氣壓變化進行修正,就有可能導致查得的最大起飛重量不準。

修正方法:當修正海壓低于1013時,修正海壓每低4hpa,在外界溫度上增加1℃查表;當修正海壓高于1013,修正海壓每高4hpa,在外界溫度上減少1攝氏度查表。

例:某次飛行修正海壓1005,氣溫30℃,靜風。1005的氣壓小于1013,氣壓變化對直升機性能有不利影響,1013-1005=8hpa,相當于外界溫度提高了2℃,故用32℃查表得當次飛行的最大起飛重量為11440LBS. 如果忽略氣壓變化,用30℃直接查表,就可能有超載的風險。




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