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美军飞行员揭秘鱼鹰试飞细节 高速时推背感极强
中国网 china.com.cn  时间: 2009-12-01  发表评论>>

试飞“鱼鹰”。

彪悍的“鱼鹰”。

做好战斗准备的“鱼鹰”。

6月中旬当我回到位于亚历山德里亚(Alexandria)的验证中心办公室(VA office)的时候,海军陆战队基思(Keith)上校告诉我一个意料之外的消息,丹尼尔(Danel)“主管”前来拜访。丹尼尔上校是驻美国北卡罗来纳州(North Carolina)杰克逊维尔(Jacksonville)海军陆战队航空站(MCAS)新河(New River)基地海军陆战队倾转旋翼机第22试验与评估中队(VMX-22)的指挥官。他是一个很特别的人(当然,不管是谁让我驾驶一架V-22的话,我都会这样说),他被精心挑选出来领导一个海军陆战队中队,该中队发展了适应于倾转旋翼机技术发展水平的战斗策略。“你愿意访问我们的中队,并且在最新的MV-22战斗模拟器上接受训练,然后坐在飞行员弹射座椅上驾驶“鱼鹰”式倾转旋翼机(MV-22)来试飞吗?”他问我。作为一名拥有在越南驾驶CH-46直升机战斗经验的海军老飞行员,我深吸了一口气,对于自己的幸运感到万分庆幸,然后毫不犹豫地回答:“当然愿意,先生。什么时间呢?”

7月11日,当我抵达MCAS新河0730号时,受到了丹尼尔上校的迎接,他马上护送我到达离飞行路线不远的中队训练中心。(这个基地几乎还和1967年一样,那是我第一次来到这里,当时我还是一名新的固定翼飞机飞行员,军衔是少尉。)在那里,我换了一套飞行服,听了初步的情况介绍,然后被他们带到了最新的MV-22“鱼鹰”战斗飞行安全性模拟器。确切地说,模拟器的驾驶舱从每个细节上都像是真实的一样,与40年前相比,改善了林克机(译者注:美国的一种地面模拟飞行训练器,即模拟器)的飞行不稳定性。但是不久后我才发现控制系统、显示装置和图像的逼真使得模拟器的每一处细节都像是真实的MV-22排列在附近的飞机跑道上一样。

在海军陆战队,驾驶“鱼鹰”倾转旋翼机飞行被认为是一项只有精英才能完成的任务。我能够证明:驾驶模拟器仅仅只是稍逊一筹。事实上,就我所知,模拟实验室是MV-22飞行员在新河开始训练的地方,不管处于过渡训练中的飞行员经验水平如何。

关于“鱼鹰”倾转旋翼机的介绍

情况简介包括该航空器的基本设计和系统。“鱼鹰”是由德事隆(Textron)贝尔直升机公司和波音综合防务系统部共同制造的倾转旋翼航空器。它的设计既融合了直升机垂直起飞着陆(VTOL)的优点,又融合了固定翼飞机速度快、航程远、实用升限高等优点。它设计有双发动机、双螺旋桨旋翼、上单翼、双尾翼和可收放起落装置。螺旋桨旋翼系统和机身都是由轻质复合材料制成。它的机翼有一个3.5o的上反角和一个6o的前掠角。它采用三余度电传操纵系统,驾驶舱内只有有限的机械连接。

MV-22由2台罗·罗(Rolls Royce)公司制造的6150轴马力的AE1107C涡轮轴发动机驱动,发动机分别安置在机翼尖部的两个发动机短舱内。每1台发动机都通过一个独立的螺旋桨旋翼减速器输出轴,驱动直径38英尺、三叶片的螺旋桨旋翼,用以在悬停飞行模式时提供升力,在飞机模式时提供推力。两个减速器之间的轴系机械互连可以保证两个螺旋桨旋翼的转速同步,万一其中1台发动机发生故障,另1台发动机可以同时向两个螺旋桨旋翼提供动力。

驾驶舱布局由左右驾驶员的两个防弹座椅、驾驶舱弹射座椅、仪表盘、头顶的控制台、中央控制台、前方控制台以及左边和右边的控制台组成。驾驶舱还有隔板、进气口、机载设备和后视镜。MV-22可以运载2名飞行员、2名机组人员和24名士兵,或者12副担架和4名医务人员。

V-22是一种非常复杂的航空器,到处都是各种系统。驾驶舱管理系统(CMS)是机组人员、航空器系统、航空电子设备之间的主要接口,它用驾驶舱电子显示器取代了最初的传统飞行仪表和系统指示器。CMS的控制装置和显示装置布置得很好,以便每一个飞行员都可以驾驶航空器,同时监测所有的飞行阶段。它是多余度的,因此双重部件和数据总线能够确保系统的运转不会因为某一余度出现故障而受到危害。CMS包括4台多功能显示器(MFDs),控制显示装置/发动机监测仪表和机组人员警报系统(CDUs),2个CDU键盘,飞行指挥仪表盘,2台任务计算机,三条符合军用标准MIL-STD 1553B的多路数据总线,以及其它的组成部分。

任务计算机是MV-22的灵魂,它们是完全通用的、存储程序的、实时的数字计算机。它们共同分理数据、求解方程、管理显示处理,控制所有的系统综合和显示功能。2台任务计算机是完全一样的。当我们向它们提供动力时,其中一台任务计算机被指定为主计算机,另外一台作为辅计算机。辅计算机可以接收到所有的指令和数据,执行必须的常规程序,同时监测主计算机。如果主计算机出现故障,它可以马上接替工作。

任务主计算机通过“接口元件”控制和监测关键部件和系统。这些元件位于左右两个发动机发动机短舱内,控制左右发动机、左右动力传动系统、发动机液压系统、附件、火警探测和告警系统、发电系统、桨叶折叠和发动机数字式控制系统。其它元件位于机翼和传动系统。

对于任何一个军用VTOL航空器的飞行员来说,APN-194雷达高度计都是很重要的飞行仪器,它可以向航空器指示地平面上(AGL)从0英尺到大约4500英尺的高度范围。高度是由从发射微波脉冲开始至航空器接收到地面反射信号所需要的精确时间来确定的。显示的高度可以精确到±3英尺或者4%以内,其精度由这2个数字中较大的一个决定。海军陆战队员的生命安全就取决于它。

当发动机短舱的角度在0o到35o之间的时候,迎角(AOA)指示器将会给出失速警告。失速警告信号是发动机短舱角度、襟翼位置和马赫数的函数。高下降速度警告系统提醒机组人员航空器在VTOL状态下降速度过快,快速转换发动机短舱的工作模式可能会导致航空器进入涡环状态。当垂直飞行速度超出一个特定的数值,即空速等于60节或更少,同时发动机短舱超过65o角时将会触发警告(发动机短舱处于垂直向上的90o角时,航空器完全工作在悬停模式;发动机短舱处于水平向前的0o角时,航空器工作在飞机模式)。在这些情况下如果航空器的垂直飞行速度超过最大值(大约是800英尺/分,红色“下降”警告就会在多功能显示器上显示3秒钟或更长的时间,同时“下降速度……下降速度”的语音警告将会每5秒钟重复1次。

记住了这些信息以后,我就准备试飞MV-22了,先飞模拟器,然后再飞真实的MV-22。

试飞模拟器

我的飞行教练是绰号“Spicey”的丹尼·布兰德(Donny Bland)少校。他坐在左边的座椅上,系好安全带以后,告诉我V-22共有3种飞行模式。第1种是“垂直起飞/着陆”模式(Vertical Takeoff/Landing,VTOL),此时发动机短舱角度在85o和向后的最大行程位置(大约96o)之间。第2种是“过渡模式”(Conversion,CONV),即发动机短舱角度在1o~84o之间时的飞行状态。第3种是“飞机”模式(Airplane,APLN),即发动机短舱处于下止位置(发动机短舱角度为0o)时的飞行状态。如果发动机短舱处于向前旋转的操纵过程,我们称航空器处于“过渡中(transitioning)”。如果发动机短舱处于向后旋转的操纵过程,我们称航空器处于“转换中(converting)”。因此,航空器从VTOL模式转变为过渡模式/飞机模式时称为“过渡” (transitions),从飞机模式转变为转换模式/VTOL模式时称为“转换” (converts)。

对处于过渡训练时期的直升机飞行员来说,这里有一个难题。MV-22有一个推力操纵杆,也就是TCL,而没有总的增加或减少功率的装置。用左手向前推杆可以增加推力或者功率,向后拉杆则会减少推力或者功率。由于直升机飞行员曾经接受的训练,使得他(她)总是想要做完全相反的动作。他们需要时间来适应新的操纵方式。在TCL的右边是发动机短舱调整按钮,它可能是驾驶舱里功能最强的飞行控制装置。

在地面滑行阶段,需要用左手拇指操纵发动机短舱向前(或向后)稍稍转动才能让航空器开始和保持向前(或向后)移动。增加功率,或者说推动TCL,一般来说不需要用力太猛。在水平地面上,即便在不平坦的地面上,稍稍推动TCL就能够提高速度。设置好前轮定向装置后,航空器对脚踏板的输入信号反应很灵敏,飞行员可以控制航空器沿着地面准确地前进。

现在我们准备垂直起飞进入悬停状态。布兰德少校说,在中速风的情况下,一般发动机短舱设置在86o~88o角时驾驶舱地板处于水平状态,因此我们选择了88o。向前推动TCL,垂直起飞过程中振动和噪声明显增加。当机轮离开地面的时候,旋翼下洗气流和机身之间的相互影响导致航空器横向曳行(有时候说成是“横向飞掠”)。当航空器通过这一状态的时候,需要较小的横向杆输入量来避免漂移。作为一名MV-22的飞行员,而且曾经还是CH-46直升机的老飞行员,我马上知道了不要在离地5英尺的高度上悬停。于是,我推动TCL(这就是说,我柔和地向前推动TCL),直到航空器在离地20~30英尺的高度悬停。出乎意料的是,横向飞掠现象逐渐消失了,振动也减弱了,TCL只经过稍微地调整就使得航空器保持在一个稳定的高度。

在飞行教练的指导下,我完成了几个悬停动作,轻轻踩动脚踏板保持悬停的位置和高度。接着我完成了一系列的侧向悬停滑行动作,以一个稳定的倾斜角左右移动。侧向力配平或者瞬时的侧向杆输入都会让航空器产生一个稳定的倾斜角。我得知每1o倾斜角都会产生5节的侧向速度,因此,做这项工作需要非常地小心谨慎。

我的飞行技能就如同展现出来的那样生疏,操纵动作太多,纠正动作也太多了。我花了一段时间才平静下来,找到了飞行的感觉。幸运的是,布兰德少校很有耐心。可能他想起来过去我也是一名飞行教练,仅仅只在T-34初级教练机和CH-46直升机上飞行过,但那已经是很久以前的事情了,而且MV-22是一架精密得多的航空器。

先是垂直起飞,当可用功率超过了悬停需用功率以后,就可以转入前飞状态了。否则,就需要滑跑起飞了。很多年前我在飞行学校学会了这些,对直升机而言它是正确的,而它对于MV-22来说同样正确,飞行处处都是物理学。由于我们位于海平面上,航空器基本上是空的(除了装载的燃油,飞行员和两名机组人员以外),并不需要经过快速科学计算来确定“可用功率”大于“需用功率”,所以我们飞走了。

教练提供了一些有用的信息。当发动机短舱的角度大于或者等于85o,同时空速大于或者等于40节时,航空器就不容易操纵了。操纵杆和脚踏板反馈信息微弱,无法提高空速。因此,我们应当避免长时间在这一状态下飞行,换句话说,尽可能快地过渡到飞机模式是很重要的。另一方面,飞行员必须谨慎操纵。如果发动机短舱向前倾斜太快,伴随着俯冲的俯仰力矩,航空器可能会产生下降的趋势。如果发生这种情况,飞行员要么减慢或停止发动机短舱的转动,要么增加(功率)。

在布兰德少校的要求下,我推动TCL,操纵发动机短舱慢慢地向前倾斜,一点一点地增加操纵量。在空速20~30节时,航空器经历了平移升力,随着需用功率的减小,爬升率增加。当发动机短舱继续向前转动时,操纵面变得越来越有效。航空器的速度迅速而平滑地增加,更像是增压式的T-28 特洛伊(Trojan)教练机或者喷气式飞机,而不像直升机。我们讨论的是一件几秒钟的事情:当航空器的速度增加时,所需升力的更大部分比例是由机翼提供的。当TCL位于悬停功率时,爬升率显著增加。当TCL位于完全向前的水平位置时,已经远远超过了悬停功率。当发动机短舱调整按钮指示在完全向前的水平状态,或者说0o角时,航空器处于飞机模式,我再次按动按钮。现在发动机转速降低至84%,振动和噪声明显降低。我们快速上升。

离地面1000英尺时,我们准备来一个左转弯,在出发点的跑道上顺风着陆。转弯接近180o时,我们后拉TCL,慢慢向左转弯。利用发动机短舱调整按钮,我开始逐渐转换到VTOL模式。当发动机短舱向上方转动时,航空器的速度迅速减小。很快,航空器减速至40节以下,随着航空器的平移升力减小,需用功率增加,此时需要稍稍推动TCL以减小下降速度。当航空器在计划中的地点着陆时产生了地面效应,由于旋翼下洗气流与尾翼之间的相互作用,纵向操纵的工作负担增加了。

我们准备水平着陆或者以一个较小的上仰角着陆。螺旋桨旋翼所产生的下洗气流受到地面的反射,冲击机身尾部较低的部分和水平安定面,对航空器产生一个很小的下俯力矩,但是这很容易通过尾操纵杆进行修正。当航空器下降到5英尺以后,我们感觉涡流增强了,因此我并没有把航空器稳定在更低的高度悬停或者向前推杆减轻起落架的负载。相反,我向后拉TCL,驾驶航空器差不多在计划的地点着陆。

现在我们准备实现发动机短舱在60o角的短距起飞(STO),比起从悬停状态过渡到前飞状态,这种方法需要的功率更少。对于STO来说,选择实际的发动机短舱角度取决于飞行员的喜好(60o~75o)、任务需要和航空器的总重。不过,我们航空器很轻,而且教练更偏好60o,既然这可以最大程度地减小起飞后发动机发生故障时的暴露时间,那么我们就选择60o。正面的MFD显示发动机短舱的角度、航空器的高度和空速——很简单的扫描——就像一站式的购物一样(很多年前我就希望能够如此简单)。发动机短舱的角度越小,STO所需要的滑跑距离越长,但是扭矩越小。发动机短舱的角度越大,STO所需要的跑道越短,但是需用功率更大。你可以自己选择角度,不过归纳起来,它取决于航空器总重、可用功率和可用跑道的长短。

在STO之前解除前轮的锁定并把前轮置于中心位置,能够避免在地面滑跑过程中脚踏板输入量过大。当发动机短舱向前转动时,需要轻轻地按动前轮刹车以保持方位。松开刹车以后,柔和地操纵TCL使航空器的速度增加,然后起飞,尤其是实现发动机短舱大角度/高可用功率的STO时。教练建议分两步操纵TCL,先增加功率至50%,当航空器速度增加时暂停操纵4~5秒,然后再柔和地把TCL推到最大行程的位置。我很喜欢“最大行程”,它让我感觉很棒,而且航空器的操纵性很好。起飞后,随着空速的增加,航空器的方向操纵特性明显地提高。在低速状态,当飞行员控制输入时,航空器有产生一系列横向低幅振动的趋势。为了完全消除这种情况,实际上一起飞我就转换到完全的飞机模式。

我们在飞机模式飞行了2500英尺。M-22表现出来的飞行特性与那些多发动机的涡轮螺旋桨式飞机相似。从根本上来说,动力装置和航空器姿态决定了性能。(我过去常常告诉我的学生类似的东西:功率决定高度,姿态决定空速)。我注意到,在飞机模式为了保持巡航时的高度,航空器需要从地平线向上仰起4o~6o。这是由机翼的设计和质量分布所决定的。此时飞行员可以“自动控制”——这意味着可以通过发动机短舱控制开关增加或者减小螺旋桨旋翼的转速。当螺旋桨旋翼的转速从“自动控制”的发动机转速的100%降低至84%时,飞行员会注意到噪声和振动突然消失,加速度增加,瞬间有一个小的俯冲,平飞所需要的俯仰角增加了3o~4o。

现在我们进行滑跑着陆(ROL)。我知道,在航空器接近着陆的时候,尽早确定所希望的发动机短舱角度和接地时的空速,能够最大程度地减轻飞行员的工作负担。现在我对于着陆之前的滑降坡度,路线和任何的侧风校正都控制得更好了。滑降坡度为5o时能够更准确地预测着陆点破折号是——这是像我这样的老飞行员的骄傲。(我记得这句谚语:“有老飞行员,也有鲁莽的飞行员,但是没有鲁莽的老飞行员”。我试着不要成为“鲁莽的”飞行员。)当航空器接近地面时,需要轻轻地推动TCL来减小着陆时的下降速度,以稍大于40节的速度着陆能够最大程度地减小尾翼面的尾流作用导致的俯仰力矩。在接下来的首次着陆中,我向后把TCL拉到最大行程,然后向后转动发动机短舱来降低航空器的速度。航空器支撑在着陆装置上,速度降低到机轮刹车所需要的阀值之下。如果需要的话,你可以把发动机短舱向后转动到最大角度,然后轻轻向前推TCL,这样能够缩短滑跑距离。

稍后,布兰德少校结合自动驾驶仪演示MV-22电传操纵系统的性能。在VTOL模式,我们模拟了在弱光线条件下,发动机短舱处于几乎向上垂直的88o时的着陆。在接近计划好的着陆点上方40英尺高度悬停时,他保持住航空器的高度和向前的方向,把自动驾驶仪设置在横向位置。松开手,我们现在处于稳定悬停状态。在教练的指示下,我轻轻地拉动TCL,保持一个非常平缓的下降率。我们向下穿过尘雾(驾驶舱外面的环境图像就像是真实的一样),完成了一个非常完美的安全着陆。我想:如果是在伊拉克灰尘弥漫的环境下,这个航空器会表现得更好。

在模拟器里面呆了一个半小时以后,我对于驾驶真实的MV-22充满了信心。我感谢了教练和丹尼尔上校,前往中队事先准备好的房间,听取情况介绍,准备试飞。

文章来源: 中国网 责任编辑: 未克
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