直升机高原飞行的性能挑战
直升机高原飞行的性能挑战
在温暖的气候中飞行可能比在云中、雨中和寒冷的天气中飞行更令人愉快，但它仍然给直升机飞行员带来了挑战，而这些挑战往往并不明显和可见。
在飞行前规划飞行计划时使用性能图表应该是我们熟悉的常规做法，但基于计算机和电子飞行包（EFB）工具的引入意味着我们通常只能获得一组关键数据，从而减少了我们对各种限制可能位于何处以及限制因素究竟是什么的了解。
夏末，在一次从南加州飞往新墨西哥州的途中，我们需要爬升高度，因为地势从海拔零英尺（ASL）逐渐上升到海拔 5,000 英尺（1,525米）。 起飞时的气温为39摄氏度（华氏102度），着陆时降至30摄氏度（华氏86度）。
在以最大巡航速度巡航时，我们注意到发动机性能受到了限制，但我们不认为这会对着陆造成什么影响，因为燃油消耗后我们的重量会轻很多，而且无论如何我们都打算进行滑跑着陆。 但是，当我们拉起总矩杆以缓冲滑跑着陆的冲击时，我们仍然受到发动机性能的限制，使得着陆比预期的要更硬。
我们意识到，夏季在高空飞行时，发动机的性能限制可能比扭矩更重要。 对于燃气涡轮发动机系统来说，环境温度和海拔条件对可用功率的影响会根据您所处性能包线的不同部分而发生变化，这意味着您需要将注意力转移到真正的限制因素上。 虽然现代机型上的第一极限指示系统可以提供帮助，但它们并不能指示可用功率的变化率发生了变化。
随着空气越来越稀薄，密度越来越低，主旋翼和尾桨必须更加费力才能产生相同的升力，这意味着飞得越高，旋翼系统的性能就越低。 燃气涡轮发动机的性能不但不会随着高度的增加而提高，反而会越来越差。 环境温度的升高对燃气涡轮发动机的性能影响更大，随着温度的升高，几个关键参数也会受到影响：
1、空气密度： 较热的空气密度低于较冷的空气密度。 空气密度降低会导致流经发动机的氧气质量流量减少，从而直接影响发动机的功率输出和效率。
2、压气机性能：压气机负责在空气进入燃烧室之前增其压力。由于空气密度随温度升高而降低，压缩机的压缩比和效率也随之降低，从而导致整个压气机级的压力升高较低。
3、涡轮性能：涡轮从燃烧室排出的高温高压气体中提取能量，用于驱动压气机和直升机减速器，以推动旋翼旋转。空气温度升高会降低涡轮入口气体的密度和质量流量，导致涡轮输出功率下降。
4、燃油效率：在较高温度下，空气密度和压气机性能降低，导致发动机的燃油消耗率（SFC）增加，这意味着产生相同的功率或推力需要更多的燃油。
除了这些环境温度影响外，燃气涡轮发动机的运行高度也会影响其性能：
1、空气密度： 随着高度的增加，空气密度会急剧下降（一般为 30 ft/mb）。 空气密度的降低与环境温度的升高具有相同的效果，从而导致质量流量、压气机和涡轮性能以及发动机整体效率的降低。
2、进气压力：高海拔地区气压的降低会直接影响发动机的运行参数。较低的进气压力会导致压气机的压缩比降低，进而降低涡轮的进气温度和发动机的整体功率输出。
3、发动机效率：高海拔地区空气密度和压力降低的综合影响导致发动机的整体热效率下降，因为发动机无法从相同数量的燃料中提取同样多的能量。
如果您查看最大起飞重量的重量高度温度 (WAT) 图表，您就会发现这些因素是如何通过图表中的一个折点开始影响直升机的整体性能的。 在特定的高度和温度下，图表的斜率会变平，这意味着在特定的高度变化下，起飞重量会突然减少很多。 这是发动机的限制条件在起作用。
因此，您需要将注意力从扭矩表转移到发动机仪表上，因为您将受到燃气涡轮转速或涡轮出口温度的限制。 在装有自动限制系统的飞机上，这意味着您将无法获得更多动力，同时您的旋翼转速也将下降。
虽然您无法阻止功率下降，但您可以做好准备，确保了解发动机功率下降的起始点。 您可能会在模拟机检查中看到这一点，但更重要的是，您需要定期查看WAT图表，注意夏季高空飞行时的“拐点”位置。
本文原文来自Vertical Mag，作者Simon Sparkes，原文发表于2024年7月29日。