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摘 要：作为单旋翼直升机中的关键部件，尾桨具有平衡旋翼扭矩、灵活控制航向的功能，与直升机的飞行安全之间存在着密切关联。本文简要介绍了撞击损失、传动系中断、操纵系中断、脚蹬卡滞等四种尾桨机械性失效问题，并结合飞行试验针对直升机尾桨机械性失效问题进行了具体设计，以供参考。
关键词：直升机尾桨;机械性失效;试飞技术
引言：直升机依靠尾桨所提供的侧向力产生抗偏力矩，确保旋翼反扭矩得到平衡，同时通过调节侧向力操纵直升机的航向，保障直升机航行的稳定性。然而由于直升机尾桨的传动系与操纵系超出飞行员视野，极易引发尾桨撞击损失、脚蹬卡滞、传动系与操纵系中断等问题，造成不可逆的后果。
1直升機尾桨机械性失效的基本类型
1.1撞击损失与传动系中断
当直升机尾桨遭到撞击而产生损失时，尾桨推力将会在短时间内迅速减小并产生高频振动，致使直升机向左偏转。由于尾桨在撞击下受损，尾部重量改变导致直升机重心前移，进而引发低头与横滚等严重问题。
直升机传动系为尾桨运转提供动力，一旦传动系中断将直接导致尾桨停转，当其他操纵位置保持固持状态时，直升机机头将受旋翼扭矩的影响而向左偏转，此时旋翼轴向的相对气流速度有所下降，因旋翼升力减小而产生高度损失，进而在风标作用下产生低头问题。倘若在功率较大、速度较小的条件下，还会产生横滚响应问题。
尾桨撞击与传动系中断还会导致直升机尾部侧力产生瞬间变化，诱发耦合响应与偏航问题，倘若飞行员处理不当将会诱发飞行事故，严重威胁到飞行安全。
1.2操纵系中断
尾桨操纵系中断将造成脚蹬空挂的问题，飞行员无法依据脚蹬位置精准判断尾桨距位置，提高了尾桨桨距的不可控性。此外，速度、功率、侧滑角等变量也有可能导致航向失衡。
1.3脚蹬卡滞
当脚蹬在中立位置卡滞时，增大发动机功率将导致直升机向左偏转，减小发动机功率将会导致直升机向右偏转;当左脚蹬在中立位置卡滞时，尾桨距与直升机下滑、接近经济速度的平飞等小功率飞行配平位置相对应，倘若旋翼需用功率加大，则直升机机身重心将向左偏转，同时产生低头、耦合响应等问题;当右脚蹬在中立位置卡滞时，尾桨距与爬升、悬停、低速等大功率飞行配平位置相对应，当需用功率减小时，直升机重心将向右偏转，此时旋翼轴向的相对流速加大，旋翼升力提高，进而引发直升机抬头、横滚、耦合响应等问题[1]。
2直升机尾桨机械性失效试飞的具体试验设计
2.1尾桨撞击或传统系中断失效试飞
针对因撞击或传动系中断造成的尾桨机械性失效问题，主要采用左脚蹬阶跃操纵进行模拟试验，判断直升机在不同飞行状态下尾桨失效的严重性，并检验相应处置动作的具体效果。在试验过程中需逐渐减缓飞行速度，同时逐渐加大操纵系固持时长与阶跃幅值，以此精准还原航向失衡扰动情景。通过观察试飞结果可以发现，当飞行速度低于经济速度、传动系发生中断时，直升机的机头立即产生明显向左偏转的情况，同时伴有低头耦合响应，呈现出滚转的现象。此时选择迅速减小功率这一处理方式，可以有效削弱失衡响应问题，与此同时在直升机下滑时进行增速、引入右侧滑的操作，即可保障飞行航向的稳定性。
2.2直升机着陆试飞
在着陆能力试飞中，由于直升机在着陆时的速度、下降率与旋翼所需功率、尾桨推力之间成反比，因此要想提高着陆的可靠性，应当注意规避最小尾桨推力状态。为模拟尾桨机械性失效状态下的着陆飞行，拟采用左脚蹬于中立位置的方式进行试验，依据飞行速度和旋翼所需功率进行侧滑角的控制与侧滑方向的选择。在试验中，飞行员在无线电高度 、表速 的状态下完成脚蹬位置的选择与固定，随即将飞行速度逐渐减小，待接近地速 时进行下降率的逐渐加大，于右侧滑起缩减侧滑角，从而获取到飞行速度与二者之间的内在关联。
具体来说，飞行员需在 的初始配平状态下进行脚蹬位置的固定，随即从左侧迎风进入到跑道中，在带右侧滑下降的过程中逐渐降低飞行速度、高度与功率，待到达近地面高度后适当提高飞行速度，以此解决侧滑问题，在接地瞬间通过柔和提距缓解冲击载荷，在主起落架接地后立即放总距到底并减速。通过观察试飞结果可以发现，当直升机在接近经济速度平飞时的配平位置出现尾桨距卡滞问题时，可以借助右侧滑的方式实现动力下滑，保证直升机航向的稳定;同时要想减小下降率、消除侧滑角，则需将滑跑速度提升至 。
2.3直升机返场飞行试飞
在返场飞行试飞中，选取 、 作为试验段，平飞脚蹬配平位置为 。在试验中，需在固定脚蹬后借助横向操纵的方法引入侧滑，针对尾桨距在不同卡滞条件下的配平能力进行检验。通过观察试飞结果可以发现，当飞行速度在 这一区间内时，应在减速时采用右侧滑方式，侧滑角设为 ，达到稳定航向的作用;在增速时则使用左侧滑方法，侧滑角为 。当飞行速度在 这一区间内时，倘若在初始状态下发生尾桨距卡滞的问题，则应采用左侧滑减速法，侧滑角 ;还可在增速时采用右侧滑方法，侧滑角 [2]。需要注意的是，在重建配平时直升机航向均会发生一定的变化，其变化时长通常在 内。试飞结果显示，倘若在 重建配平时进行功率调控，即可有效保障在短时间内重建稳定航向;倘若在 重建配平，则总距的使用方法与之恰好相反。
结论：总而言之，调整功率、飞行速度与侧滑角等手段都能够有效应对尾桨偏航力矩遭到破坏的局面，实现航向平衡的重构，飞行员应当牢固把握保障直升机航向平衡的技巧与方法，确保在出现意外情况时能够迅速、精确地判断具体问题并采取有效措施进行修正，成熟应对尾桨机械性失效问题，保障飞行安全。
参考文献：
[1]李春光，舒平，马晓明，等.直升机尾桨连杆组件失效分析[J].失效分析与预防，2013，8，（6）：346-349.
[2]严旭飞，陈仁良.直升机尾桨完全失效后自传着陆轨迹优化[J].北京航空航天大学学报，2018，44，（6）：1203-1212.
作者简介：
张洋，出生年月：1984年3月，男，汉，籍贯：辽宁沈阳。
黄硕，出生年月：1990.04，性别：男，民族：回，籍贯：河南南阳。
许国杰，出生年月：1977.09，性别：男，民族：汉，籍贯：河南新乡。
关键词：直升机尾桨;机械性失效;试飞技术
引言：直升机依靠尾桨所提供的侧向力产生抗偏力矩，确保旋翼反扭矩得到平衡，同时通过调节侧向力操纵直升机的航向，保障直升机航行的稳定性。然而由于直升机尾桨的传动系与操纵系超出飞行员视野，极易引发尾桨撞击损失、脚蹬卡滞、传动系与操纵系中断等问题，造成不可逆的后果。
1直升機尾桨机械性失效的基本类型
1.1撞击损失与传动系中断
当直升机尾桨遭到撞击而产生损失时，尾桨推力将会在短时间内迅速减小并产生高频振动，致使直升机向左偏转。由于尾桨在撞击下受损，尾部重量改变导致直升机重心前移，进而引发低头与横滚等严重问题。
直升机传动系为尾桨运转提供动力，一旦传动系中断将直接导致尾桨停转，当其他操纵位置保持固持状态时，直升机机头将受旋翼扭矩的影响而向左偏转，此时旋翼轴向的相对气流速度有所下降，因旋翼升力减小而产生高度损失，进而在风标作用下产生低头问题。倘若在功率较大、速度较小的条件下，还会产生横滚响应问题。
尾桨撞击与传动系中断还会导致直升机尾部侧力产生瞬间变化，诱发耦合响应与偏航问题，倘若飞行员处理不当将会诱发飞行事故，严重威胁到飞行安全。
1.2操纵系中断
尾桨操纵系中断将造成脚蹬空挂的问题，飞行员无法依据脚蹬位置精准判断尾桨距位置，提高了尾桨桨距的不可控性。此外，速度、功率、侧滑角等变量也有可能导致航向失衡。
1.3脚蹬卡滞
当脚蹬在中立位置卡滞时，增大发动机功率将导致直升机向左偏转，减小发动机功率将会导致直升机向右偏转;当左脚蹬在中立位置卡滞时，尾桨距与直升机下滑、接近经济速度的平飞等小功率飞行配平位置相对应，倘若旋翼需用功率加大，则直升机机身重心将向左偏转，同时产生低头、耦合响应等问题;当右脚蹬在中立位置卡滞时，尾桨距与爬升、悬停、低速等大功率飞行配平位置相对应，当需用功率减小时，直升机重心将向右偏转，此时旋翼轴向的相对流速加大，旋翼升力提高，进而引发直升机抬头、横滚、耦合响应等问题[1]。
2直升机尾桨机械性失效试飞的具体试验设计
2.1尾桨撞击或传统系中断失效试飞
针对因撞击或传动系中断造成的尾桨机械性失效问题，主要采用左脚蹬阶跃操纵进行模拟试验，判断直升机在不同飞行状态下尾桨失效的严重性，并检验相应处置动作的具体效果。在试验过程中需逐渐减缓飞行速度，同时逐渐加大操纵系固持时长与阶跃幅值，以此精准还原航向失衡扰动情景。通过观察试飞结果可以发现，当飞行速度低于经济速度、传动系发生中断时，直升机的机头立即产生明显向左偏转的情况，同时伴有低头耦合响应，呈现出滚转的现象。此时选择迅速减小功率这一处理方式，可以有效削弱失衡响应问题，与此同时在直升机下滑时进行增速、引入右侧滑的操作，即可保障飞行航向的稳定性。
2.2直升机着陆试飞
在着陆能力试飞中，由于直升机在着陆时的速度、下降率与旋翼所需功率、尾桨推力之间成反比，因此要想提高着陆的可靠性，应当注意规避最小尾桨推力状态。为模拟尾桨机械性失效状态下的着陆飞行，拟采用左脚蹬于中立位置的方式进行试验，依据飞行速度和旋翼所需功率进行侧滑角的控制与侧滑方向的选择。在试验中，飞行员在无线电高度 、表速 的状态下完成脚蹬位置的选择与固定，随即将飞行速度逐渐减小，待接近地速 时进行下降率的逐渐加大，于右侧滑起缩减侧滑角，从而获取到飞行速度与二者之间的内在关联。
具体来说，飞行员需在 的初始配平状态下进行脚蹬位置的固定，随即从左侧迎风进入到跑道中，在带右侧滑下降的过程中逐渐降低飞行速度、高度与功率，待到达近地面高度后适当提高飞行速度，以此解决侧滑问题，在接地瞬间通过柔和提距缓解冲击载荷，在主起落架接地后立即放总距到底并减速。通过观察试飞结果可以发现，当直升机在接近经济速度平飞时的配平位置出现尾桨距卡滞问题时，可以借助右侧滑的方式实现动力下滑，保证直升机航向的稳定;同时要想减小下降率、消除侧滑角，则需将滑跑速度提升至 。
2.3直升机返场飞行试飞
在返场飞行试飞中，选取 、 作为试验段，平飞脚蹬配平位置为 。在试验中，需在固定脚蹬后借助横向操纵的方法引入侧滑，针对尾桨距在不同卡滞条件下的配平能力进行检验。通过观察试飞结果可以发现，当飞行速度在 这一区间内时，应在减速时采用右侧滑方式，侧滑角设为 ，达到稳定航向的作用;在增速时则使用左侧滑方法，侧滑角为 。当飞行速度在 这一区间内时，倘若在初始状态下发生尾桨距卡滞的问题，则应采用左侧滑减速法，侧滑角 ;还可在增速时采用右侧滑方法，侧滑角 [2]。需要注意的是，在重建配平时直升机航向均会发生一定的变化，其变化时长通常在 内。试飞结果显示，倘若在 重建配平时进行功率调控，即可有效保障在短时间内重建稳定航向;倘若在 重建配平，则总距的使用方法与之恰好相反。
结论：总而言之，调整功率、飞行速度与侧滑角等手段都能够有效应对尾桨偏航力矩遭到破坏的局面，实现航向平衡的重构，飞行员应当牢固把握保障直升机航向平衡的技巧与方法，确保在出现意外情况时能够迅速、精确地判断具体问题并采取有效措施进行修正，成熟应对尾桨机械性失效问题，保障飞行安全。
参考文献：
[1]李春光，舒平，马晓明，等.直升机尾桨连杆组件失效分析[J].失效分析与预防，2013，8，（6）：346-349.
[2]严旭飞，陈仁良.直升机尾桨完全失效后自传着陆轨迹优化[J].北京航空航天大学学报，2018，44，（6）：1203-1212.
作者简介：
张洋，出生年月：1984年3月，男，汉，籍贯：辽宁沈阳。
黄硕，出生年月：1990.04，性别：男，民族：回，籍贯：河南南阳。
许国杰，出生年月：1977.09，性别：男，民族：汉，籍贯：河南新乡。