高原运输、应急救援再添硬核生力军

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导语：在我国自主研制众多飞行器构成的航空器谱系之中，由一支由各型民用直升机所构成而被称为“吉祥鸟”家族。而不久前，这个家族迎来了新成员——AC332直升机。与前辈们相比，它有哪些新特点，又将为“吉祥鸟”家族在民用航空领域带来哪些新成就？

首飞的AC332直升机 图源：中航工业官网

一、小“飞”机，大用途

随着近年我国航空工业与航空市场的“两开花”，国产直升机在供需领域都得到了长足发展。仅就技术水平而言，以直-20/AC-313等中/重型直升机代表了我国军、民用直升机技术的顶端。

在通用航空领域，由于灵活性好，使用成本低、运营门槛低等特点，4吨级以下的轻小型直升机才是主流：截至2020年末，国内1347架在册旋翼类通用航空器中，4吨级以下的轻小型直升机超过8成，广泛应用于救援救灾、观光旅行、教练飞行、警务执法等领域。

正在飞行的AC-312E直升机 图源：环球网

但另一方面，通航市场井喷发展的红利并未充分惠及国内直升机工业，保有量中仅有5%由国内直升机厂商供应。原因在于现有国产民用直升机大多由型号发展而来，对于通航企业最关心的实用性、经济性等考虑不够，且在高原作业、医疗救护、搜索救援等细分领域市场贴合度不足。自2015年起， AC-332直升机首次在国内“基于需求侧概念”研制，在3-4吨级民用直升机市场上向世界老牌直升机厂商发起挑战。

二、为了飞得“666”，“吉祥鸟”都有哪些新突破

我国山地高原面积总计占国土面积66%，复杂环境使AC-332也对高原性能作相应优化：可在海拔4500米、标准大气（ISA）+25℃起降条件下，实现飞行高度6000米、航程600公里和商载600公斤。较升级换代前辈（AC312E）性能提升超过20%以上，能满足目前国内高原地区现有及规划机场间起降执行转运任务需求。为这只“吉祥鸟”展翅高飞，国内研发团队也在研制中创下多个“首次”。

正在开展全机静力实验的AC-332 图源：看航空

（1）飞跃巅峰的“吉祥鸟”尾巴上有这个小秘密

对常需要在高原山地间穿梭的AC-332而言，受大气压力低，空气密度小、复杂气流涡旋等影响，直升机在自转下滑阶段失速仰角较平常飞行更小且失速过程更为急剧。这就需要改善高原低空超低空飞行时直升机的纵向稳定性。设计团队通过全机风洞实验进行大量数值模拟，首次将前缘缝翼技术应用在 AC-332平尾设计中。与欧洲等国直升机厂商采用平尾缘条或双层平尾的解决方案相比，AC-332在不明显增加飞行阻力的情况下，明显提高了全机纵向稳定范围、提升其飞行品质,其飞行仰角可达﹢40°~-25°，也使中航工业成为全球唯二掌握并在产品上规模应用该技术的厂商。

AC-332前缘缝翼平尾结构图

（2）如何保障“吉祥鸟”飞冰舞雪

在西北等高原高寒地区飞行时，不可避免要面临-10℃条件冰雪、冻雨等天气，对直升机既有旋翼结冰的风险更有更有进气道结冰导致的隐患，这就需要研制相应的进气道防冰系统并作大量实验验证有效性。为此AC-332立足于现有冰风洞条件，在国内首次采用1∶1进气道试验件和模拟发动机吸气设备，开展民用直升机动力进气系统防冰适航验证试验，在设计上能在确保AC-332的动力系统能在-９~-１℃、液态水含量不小于0.3g/m³、水滴平均有效直径不小于２０μm大气条件下保障发动机慢车状态稳定运转30分钟并成功起降,及-15℃/6km的连续最大大气结冰状态下仍能安全运转保障飞行。

（3）飞得“安心”更要飞得“舒心”

在恶劣条件下飞行，不仅考验AC-332直升机能飞多快、多高、多远这样的“硬功夫”，让人与设备舒服、可靠工作的“软实力”同样重要。比如保障适宜温度、湿度与通风等空勤人员飞行时的正常生理需求；面对集成度、功率不断提高的动力系统与航电设备需要能及时把热量导出机外确保不宕机。传统直升机会选装独立的通风加温除雾和循环制冷系统，需要从发动机引流并占用大量电气功率，影响动力与航电系统的发挥。而AC-332在国内首次应用环控控制系统与机电综合管理系统控制集成技术，将原本相对独立二者的用电设备、驱动设备等通过数字总线与集成控制器进行集中管理，以分布的传感器监测温度、湿度、压力和阳光辐射等参数进行智能控制。在降低系统重量的同时减少功耗、提高系统效率，让直升机动力与电力系统更“省力”，乘员更省心。

直升机环控系统智能控制原理框架图

三、紧急救命背后，“吉祥鸟”做出了哪些努力

在AC-332研制伊始一个重要定位，就是在全疆域执行空中紧急医疗救援任务（EMS）。而医疗救援直升机除了飞得快、飞得高等硬指标，如何优化机体设计，以在分秒必争的急救任务中能尽快转运伤病员这一软指标同样至关重要。

（1）为生命开辟“专属通道”

围绕这一需求，AC-332与类似等级的H135、H145直升机相比，在外形尺寸增加不多的情况下空间明显提升，客舱+货仓接近7m³；并在结构上进行创新，成为国内首个采用蛤壳式后舱门的轻型直升机。这使它不像国内现有的其它轻型直升机那样需要从侧门横向推入，再旋转90度后进行固定，而可直接由尾舱门通过“香蕉板”将最大承重120KG担架推滑入机舱，极大提升伤病员转运速度。

AC-332尾舱门在转运伤病员时更快更省力。 图源：人民网

（2）让“生命接力”又快又安全。

对于直升机在地面启动状态下进行人员作业时，转动的尾桨始终是一个危险因素，中、重型直升机因尾桨通常离机舱尾部位置较高较远而容易避开它。但对于AC-332轻型直升机而言，由于尺寸限制使旋转的尾桨带来风险不可避免。为有效利用起蛤壳式后舱门这一生命通道，AC-332专门采用了高尾梁高置涵道式尾桨。这种结构的尾桨桨叶短而片数多,整个尾桨安装在流线型的环形通道内，笼罩设计能大大提高地面工作人员在直升机附近的安全、降低作业噪声，使AC-322在转运过程中不必“完全熄火”即可让人员与重要物资快速从尾舱门登机。且对经常会在位于闹市区的医院进行起降的AC-332而言安全性更高、对环境影响更小。

AC-332涵道式尾桨及结构示意图。 图源：航空工业公众号

（3）如何定制“吉祥鸟”的专属“尾巴”

尽管AC-332并非首个采用涵道式尾桨的国产直升机，但此前如AC-312/HC-120等涵道式尾桨直升机多为许可生产。针对AC-332的气动布局迥异，在2016年国内自主研制了一套全尺寸涵道尾桨性能实验台，首次开展地面条件下完全模拟真机进行性能实验，检测包括涵道尾桨的拉力、转速、扭矩、功率等参数,解决了尾桨拉力测量、涵道结构支持刚度、高速轴同轴度调整、涵道结构变形对传动轴影响等关键技术问题；又在2019年前后开展了包括噪声特性等一系列风洞实验。在为AC-332研制出“合身”的涵道式尾桨的同时，也为我国未来直升机旋翼实验能力和技术发展积累了工程经验。

正在进行风洞实验的国产直升机涵道尾桨 图源：中航工业官网

结语：

作为我国第一种完全按照市场需求设计的民用直升机，AC-332直升机无疑是国内航空工业的砥砺之作，万金油的它也为我国航空应急救援体系和高原地区通航运营添上硬核新装备。在AC-332之后，我国“吉祥鸟”家族的谱系也将不断细化丰富，并在今后有更多机会以更多形式“飞入寻常百姓家”。

参考文献：

[1] 光明网.《突破多项关键技术“吉祥鸟”直升机AC332展翅高飞》.2023.4.10

[2]王鑫磊，李生伟，林长亮.前缘缝翼构型平尾直升机气动特性分析[J].南京航空航天大学学报.2020.

[3]杨国茹，张文展，左阳.浅析智能控制技术在民用直升机环控系统中的应用[N].第二届民用飞机机电系统国际论坛论文集.2015.