从科比直升机坠毁事故,谈谈直升机的各种安全性设计

北京时间2020年2月25日凌晨2点,一场名为《生命的礼赞》的著名NBA球星科比.布莱恩特追悼会在洛杉矶湖人队斯台普斯中心举行。

科比遗孀瓦妮莎参加了悼念活动,缅怀上个月在坠机事故中去世的科比、科比13岁的女儿吉安娜以及其余7位逝者。

从科比直升机坠毁事故,谈谈直升机的各种安全性设计

同一天,瓦妮莎通过洛杉矶高等法院对提供直升机服务的运营公司、直升机所属公司以及在事故中遇难的驾驶员的继承人提起诉讼,要求赔偿精神损失费和丧葬费的同时寻求惩罚性赔偿,避免未来出现不安全行为。

诉状指出直升机运营公司疏于监管和训练,并且隐瞒驾驶员曾在2015年受到过纪律处分。此外,失事直升机未按照美国国家运输安全委员会要求安装地形提示及警告系统,无法及时传递高度提醒和下降率警告。同时,该公司驾驶员未能正确评估天气,在不具备飞行条件的大雾天气下起飞,致机上九人全部身亡。

这一纸诉状再度让发生在1月27日的这次悲惨事故回到公众视野,同时也再次引发网友对直升机安全性的质疑,究竟直升机安全性怎样?

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客观的说,整体来看直升机这种特殊的航空器,其事故率是要高于普通固定翼飞机的,其原因是多方面的。

首先,直升机是通过多个部件的旋转来达到平衡的一种飞行器。最常见的单旋翼直升机,通过旋翼的旋转来获得升力,但同时也产生了巨大的扭矩,会造成机身向反方向旋转。为了抵消扭矩,直升机在机尾安装了一副尾桨,通过向扭矩相反方向输出推力的方式来强行阻止机身旋转。这副尾桨和和旋翼通过传动轴联动,可以保证和旋翼同时转动。直升机在空中飞行的各种姿态是通过调整旋翼的角度来实现的,这其中不仅有调节单片旋翼的倾斜角度,也有调节整个旋翼面的倾斜角,还有通过调整尾桨桨叶的倾斜角来调节尾桨的推力,进而控制原地旋转。因此直升机的驾驶舱除了和固定翼飞机一样有驾驶杆和油门杆,还要多出一个总矩杆,不过为了便于驾驶,一般总矩杆都是和油门联动的。

这一大堆眼花缭乱的工作原理,让直升机的操作难度要高于固定翼飞机。直升机飞行员在空中,始终处于一种不停小幅修正的状态,而且每次修正直升机的反应都是有延迟的,不像固定翼飞机那样直接。在固定翼飞机上早已全面普及的自动驾驶仪,在直升机上现在还是比较奢侈的设备,而几十年前就在固定翼飞机上实现的电传操作系统,也只在近十年开始装备的最新一代直升机上开始使用。

结构复杂必然会使发生故障的几率上升,特别是尾桨,对于直升机来说是最脆弱的部位,一旦发生故障将使直升机陷入无法挽救的旋转失控并坠落。而操作复杂带来的直接问题是飞行员负担重,容易疲劳。所以一般直升机都安排两名飞行员,一名飞行员单单执行飞行任务尚能胜任,但如果同时执行其它任务就会应接不暇了。这也是为什么军用战斗机早已实现单座驾驶,而军用战斗直升机始终保持双人制的原因(俄罗斯卡50曾经试图使用单人制,但最后军方试用后认为负担过大,所以批量采购的还是双人制的卡52)。

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第二个主要原因在于直升机使用的环境。直升机是一种低空飞行器,而低空受地形影响气流经常处于极度不稳定状态,经常性会发生局部剧烈天气变化,而且大多是在很小范围内突然发生无法预见的改变,如突发风切变、局部团雾等,极易影响直升机飞行状态。这次科比的事故虽然原因尚未定论,但低空飞行时遭遇极差能见度的恶劣天气状况导致撞山基本已是不争的事实。低空飞行障碍物很多,城市高楼、小山包、高压线这些障碍物都是飞行安全的隐患,还有经常飞到3-400米高的各种无人机、风筝等临时性障碍物也会影响到直升机的飞行安全。

除了转场飞行中经常会遇到的各种障碍物,直升机还经常在非常狭小的空间里进行起降作业,特别说明一点,直升机飞行的地点不固定,所以在陌生空域和环境中飞行是家常便饭,一不小心就会撞上障碍物,特别是尾部尾桨处于飞行员视觉盲区,最容易擦碰障碍物。

在如此复杂的环境使用,再加上复杂的结构和复杂的操作,使直升机在实际使用的中发生事故的几率不可避免的高于固定翼飞机。那么直升机采取了那些措施来提高安全性呢?

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首先是提高直升机本身的可靠性。现在的新款直升机都把“干运行30分钟”作为安全性指标的一个重要必修课来执行,意思就是当直升机减速器齿轮箱中的润滑油完全泄露的情况下,减速器仍能保证安全飞行30分钟而不发生故障,这个时间足以让飞行员找到一块场地进行迫降了。还有就是增加发动机的储备功率。对于新型双发直升机来说,当一台发动机失效时,另一台发动机可以迅速提供约30秒的爆发功率,这个功率值大致相当于正常情况下两台发动机巡航功率的总和,可以帮助飞行员迅速稳定直升机姿态,最差也可让直升机实现可控情况下的迫降。

对于低空障碍物,直升机的应对之策分主动和被动两种。比如最简单的电线切割器,一般都是在直升机前部上下各安装一套,可以割断迎面撞上的高压电线,防止直升机被勾挂酿成事故,属于被动式避障系统。主动式避障系统是最新科技成果,一般使用激光雷达,将直升机周围的障碍物显示在驾驶舱显示屏上,使飞行员可以直观掌握直升机和障碍物的位置,避免相撞。

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还有一种重要设备就是近地告警系统,当直升机起落架收起后,近地告警系统将默认直升机处于飞行状态,此时当直升机与地面的距离小于设定值,或距离变化速度超过一定值,告警系统就会发出警报,提醒飞行员注意高度,告警系统在对付山区多变复杂地形时非常有效。

最后一点就是直升机自动驾驶仪和悬停自动增稳系统,这两个设备可以大大减轻直升机飞行员在长途飞行中的负担,可以把更多注意力用执行任务和观查周边环境上来。

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当以上这些措施全部未能发挥作用,事故不幸发生时,直升机还有最后一招,那就是耐坠毁设计。耐坠毁设计不是直升机上的某个单独系统或零件,而是从整体出发的一整套设计。其中包括具有较长吸收行程的起落架,防止坠毁后起火的自封闭邮箱等。其目的在于在直升机坠毁时尽可能吸收落地时撞击的能量,减小人员遭受的撞击力,防止火灾,尽可能保护机上人员的生命。不过耐坠毁设计也不是万能的,只能在以特定姿态下坠落时发挥最大作用,超过限度还是无济于事的。

科比的空难事故中,这架注册号N72EX的S-76B直升机是在很差的能见度中直接撞上山坡,从直升机残骸的破坏程度看撞击力巨大,说明当时飞行速度不慢,基本可以判断为正常飞行中的突然撞山,飞行员很可能完全来不及做出反应。抛开人为失误不谈,这架直升机如果装备近地告警、激光避障等系统,很有可能及时发现危险并避开,但很不幸N72EX直升机并没有装备这些避障系统,所以即便S-76直升机利用UH-60“黑鹰”的技术,成为世界上第一种具有耐坠毁能力的民用直升机,这样的撞击力度也已远远超过耐坠毁设计的能力范围,所以悲剧还是发生了。其实笔者觉得,如果直升机飞行员能及时发现危险并作出避险动作,哪怕最后直升机依然坠地,但撞击力度会大大减轻,这样S-76的耐坠毁设计就能发挥作用,受伤几乎是肯定的,但完全有机会保住生命。

只可惜,没有如果!

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