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新技术让直升机更安全


据澳大利亚“对话”网站7月15日发表航空航天工程师爱德华·史密斯的文章《乘坐直升机比你想象的要安全——航空航天工程师就相关技术和训练作出解释》,内容如下:

近乎神奇的悬停能力、任意方向飞行、无需跑道就能起飞,都让直升机受到很多人的青睐。它还可以用于在突发情况下挽救生命,在全天候军事任务、急救和搜救工作中发挥着广泛作用。

现代旋翼机是很安全的。在美国,商用直升机每年飞行约300万小时。从2018年到2022年,平均每10万飞行小时发生0.77起致命事故。相比较而言,通用航空(指的是使用小型固定翼飞机而非大型喷气式客机进行的航空活动),每10万飞行小时发生致命事故的概率为0.88。

作为一名专门从事旋翼机研究的航空航天工程师,我看到了学术界、政府和行业内一直以来为提高直升机安全所做的努力。很多技术和训练都有助于直升机安全。

旋翼机诞生于100多年前。最早被大批量生产的是1923年由西班牙胡安·德拉谢尔瓦发明的旋翼机。主升力螺旋桨的风车式结构避免了失速的危险。在那个时代,很多固定翼飞机都是由于失速而坠毁。失速是指由于飞机机翼相对于气流的角度过大,导致飞机失去升力。

在随后的10多年之内,欧洲和美国都拥有了第一架真正的有动力旋翼直升机——能在空中旋停、低速飞行和在发动机故障时安全降落。而大规模军事和商业生产,是后来的二战期间才开始的。

如今的直升机活动主要依托三大原则:全面的设计、测试和制造;训练有素的飞行人员;彻底的维护。先进技术在事关直升机安全的每个方面都发挥着至关重要的作用。

直升机安全首先取决于大直径旋翼的基本能力,即在发动机故障时,旋翼可以自转。一旦发动机停止工作,旋翼自转可以降低飞机下降速度,实现跳伞式的受控着陆。可靠的动力传动系统(发动机、齿轮箱和驱动轴)、耐用的叶片和低振动机身也有助于实现更安全的飞行。

此外,先进的自动驾驶、电脑控制或辅助飞行控制、地形回避雷达和叶片除冰系统,这都帮助现代直升机实现了全天候飞行。

高校、政府和行业实验室数十年来的基础和应用研究,带来了很多先进技术。如今的直升机一般拥有基于雷达和激光雷达的防撞系统、全面的数字地形数据库和自适应控制,为飞行员提供帮助。

驾驶旋翼机需要经过专门训练。飞行员通常要先在固定翼飞机上进行训练,然后才能过渡到旋翼机,就像你在学习骑独轮车之前可能要先学会骑自行车一样。飞行员需要花很多额外的时间、有时甚至长达几年,才能获得直升机执照。

与固定翼飞机相比,旋翼机拥有更多的活动部件,因此,轴承、齿轮箱、减震器、润滑系统和其他机械部件的精心设计至关重要。与飞行员一样,直升机机械师也需要经过更长时间的培训,并掌握更多技能。

事实上,在一些复杂的军事和救援任务中,机械师会作为机组成员一起执行任务。这些飞行机械师利用机载温度、振动、噪音和金属芯片传感器,密切监控关键系统,排查和修复很多机械、电器和数字故障。

先进的传感器和计算机软件使直升机的维护更快捷、更彻底。此外,先进的设计和坚固的复合材料与特殊柔性聚合物的制造工艺,大大提高了叶片和旋翼等活动部件的耐用性。

即使拥有先进的设计、训练和技术,飞机仍会发生事故。飞行员或机械师的失误(通常与异常情况有关),是很多空难的主要原因。

恶劣天气是常见的原因之一。很多必要的飞行任务,如搜救、灭火和军事运输,往往发生在风沙、雪天、烟雾或暴风雨的环境中。即使拥有最好的技术和训练,极端条件也会增加危险系数。为执行这些任务而进行的高强度、真实训练演习,有可能比标准飞行更危险。

新技术还在继续提高恶劣条件下的飞行安全,其中包括更加有效、可靠和低功耗的叶片除冰或防冻系统;改进天气预报模型,甚至机载冰云探测系统。

研究人员正在开发人工智能专家系统,帮助飞行员决定何时飞行,以及判断飞行是否安全。

随着全世界千千万万的航空航天工程师不断地改进这些伟大的飞行器,我期待先进技术继续提高飞机的可靠性和安全数据,同时降低运营成本。(编译/王栋栋)