一种灭火飞机投水效果飞行试验方法与流程

1.本发明属于飞机试验与试飞技术领域中飞机飞行试验技术领域，具体而言，涉及一种灭火飞机投水效果飞行试验方法。


背景技术：

2.国外航空灭火应用较为广泛的主要是美国和加拿大，对开展灭火任务执飞飞机的飞行要求强调执飞人员培训经历、执照、运行经历、机型授权等资质要求，对灭火飞机投水技术要求、效果评估均没有从开展飞行试验的角度制定规范化的要求来指导飞行验证。
3.目前我国没有专用的符合国家应急救援体系相关任务要求的灭火飞机，仅在研的大型灭火/水上救援水陆两栖飞机1001架机初步具备执行灭火任务飞行能力，扮演灭火任务系统的演示验证平台。
4.灭火飞机投水效果飞行试验验证需要综合考虑飞机飞行性能、投水速度、投水高度、风向风速等多重因素，属于典型的多输入多输出研究，不确定性较大，且国内外均无成熟经验借鉴，组织验证试飞难度大、风险性高。
5.现阶段需要解决的是如何克服灭火飞机投水效果飞行试验验证的多输入多输出技术难点，设计一种灭火飞机投水效果飞行试验方法，得到高可信度、高精确度的最佳投水高度、最佳投水速度以及不同风向风速下的投水修正量，从而提高灭火飞机投水灭火效率。


技术实现要素：

6.本发明的目的：本发明的目的在于解决上述灭火飞机投水效果飞行试验验证的多输入多输出技术难点，提出一种灭火飞机投水效果飞行试验方法。
7.本发明的技术方案：
8.一种灭火飞机投水效果飞行试验方法，包括以下步骤：
9.(1)搭建地面矩形网格式目标投水区域试验场；
10.(2)在无风或微风条件下，灭火飞机保持投水速度固定不变，同时采用等距步长的无线电高度增量在若干个高度点上对步骤(1)中的试验场飞行若干次投水；
11.(3)测量步骤(2)中每次投水降水量，绘制投水有效利用率与投水高度曲线，得到最佳投水高度；
12.(4)在无风或微风条件下，灭火飞机保持在步骤(3)中最佳投水高度，同时采用等距步长的投水速度增量若干个速度点上对步骤(1)中的试验场飞行投水；
13.(5)测量步骤(4)中每次投水降水量，绘制投水有效利用率与投水速度曲线，得到最佳投水速度；
14.(6)在固定风向、不同风速条件下，灭火飞机采用步骤(3)中最佳投水高度与步骤(5)中最佳投水速度在试验场飞行投水；
15.(7)测量步骤(6)中每次投水降水偏移量，绘制降水偏移量与风速曲线，得到固定风向、不同风速条件下投水修正量；
16.(8)在固定风速、不同风向条件下，灭火飞机采用步骤(3)中最佳投水高度与步骤(5)中最佳投水速度在试验场飞行投水；
17.(9)测量步骤(8)中每次投水降水偏移量，绘制降水偏移量与风向曲线，得到固定风速、不同风向条件下投水修正量，完成试验。
18.进一步，步骤(1)中，
19.1)地面矩形网格式目标投水区域的长宽尺寸不小于100m
×
50m；
20.2)矩形目标投水区域沿长度方向布置有对称轴线标识；
21.3)网格沿轴线对称分布且均分矩形目标投水区域；
22.4)单个网格面积为矩形目标投水区域的1/500。
23.进一步，步骤(2)中：
24.1)任意风向风速不大于2m/s；
25.2)投水速度固定为该型飞机投水构型下1.23v
sr
；v
sr
为该型飞机投水构型下的基准失速速度；
26.3)无线电高度初始值为30m；
27.4)投水高度等距步长增量为 10m；
28.5)投水试验高度点不少于5个。
29.进一步，步骤(3)中：
30.1)投水覆盖网格面积内平均降水量不小于1.2mm；
31.2)目标投水区域试验场中投水有效利用率不小于55％。
32.进一步，步骤(4)中：
33.1)任意风向风速不大于2m/s；
34.2)投水速度初始值为该型飞机投水构型下1.23v
sr-20km/h；
35.3)投水速度等距步长增量为 10km/h；
36.4)投水试验速度点不少于5个。
37.进一步，步骤(5)中：
38.1)投水覆盖网格面积内平均降水量不小于1.2mm；
39.2)目标投水区域试验场中投水有效利用率不小于55％
40.进一步，步骤(6)中：
41.1)选取固定风向与矩形目标投水区域对称轴线的真航向呈90
°
夹角；
42.2)选取固定风向下不同风速为2.0
±
0.5m/s、5.0
±
1.0m/s、7.5
±
1.0m/s、 10
±
1.0m/s开展投水试验。
43.进一步，步骤(8)中：
44.1)选取固定风速为5.0
±
1.0m/s；
45.2)选取不同风向分别与矩形目标投水区域对称轴线的真航向呈0
°
、45
°
、 90
°
、135
°
、180
°
夹角开展投水试验。
46.本发明的有益效果：本发明是一种灭火飞机投水效果飞行试验方法，解决了灭火飞机投水效果飞行试验验证的技术难题，通过本发明获得的最佳投水高度、最佳投水速度、不同风向及风速下的投水修正量可行度高、精确度高，有效的提高了灭火飞机投水灭火效率。
具体实施方式
47.下面通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解：
48.本发明提供的一种灭火飞机投水效果飞行试验方法，用于通过飞行试验获取灭火飞机投水效果的最佳飞行高度、最佳飞行速度以及不同风速、风向的投水修正量，下面结合实施例对本发明做进一步阐述。
49.本发明的一个实施例，针对某型水陆两栖灭火飞机，采用本发明提出的灭火飞机投水效果飞行试验方法，对该型飞机的投水效果进行飞行试验验证，步骤如下：
50.(1)搭建地面矩形网格式目标投水区域试验场用于测量灭火飞机投水降水量，要求：1)矩形目标投水区域不小于100m
×
50m(长
×
宽)；2)矩形目标投水区域沿长度方向布置对称轴线标识；3)网格沿轴线对称分布且均分矩形目标投水区域；4)单个网格面积约为矩形目标投水区域的1/500。本步骤设置投水区域不小于100m
×
50m的原因是飞机投水速度快，一般在150km/h～250km/h 左右(折算42m/s～69m/s)，投水时间3s～5s，需要尽可能大的试验场地容纳投水区域，上述场地已是接近最小需求；投水区域对称分布有利于飞机沿轴线飞行进行投水飞行；均分网格有利于统计单位面积内的降水量。
51.(2)在无风或微风条件下，投水速度固定不变，采用等距步长的无线电高度增量在目标投水区域试验场上空沿试验场轴线飞行投水，要求：1)任意风向风速不大于2m/s；2)投水速度固定为该型飞机投水构型下1.23v
sr
；3)无线电高度初始值为30m；4)投水高度等距步长增量为 10m；5)投水试验高度点不少于5个。本步骤设置风速2m/s以下为无风～软风(气象中风力等级)，风速对投水后的降雨轨迹无明显影响，消除可能影响投水效果的因素；1.23v
sr
是固定的速度常量，飞行试验中对于试验科目的低速边界一般取值1.23v
sr
(适航条款中对于涉及低速边界试验科目的初始速度要求，该速度验证安全后可逐步下探)；30m是树梢高度，是灭火投水的最低高度，确保飞机灭火飞行的安全高度；设置投水高度增量和试验点数量是因为不同高度投水后的降雨覆盖区域和降雨量存在差异，通过试验数据曲线找到最佳投水灭火高度。
52.(3)测量目标投水区域试验场中每次投水降水量，绘制投水有效利用率与投水高度曲线，得到最佳投水高度数据，要求：1)投水覆盖网格面积内平均降水量不小于1.2mm；2)目标投水区域试验场中投水有效利用率不小于55％(即满足要求1)的网格占比总网格不小于55％)。因为中到大雨的降雨量是24小时内17mm～38mm，单架次降水量1.2mm折算单机多架次灭火降水量为中到大雨(白昼10小时，每小时灭火2次，单机日灭火20次，降雨量24mm)，可有效灭火；55％利用率是衡量飞机投水灭火精确度的门槛，决定飞机投水灭火效率和经济价值。
53.(4)在无风或微风条件下采用最佳投水高度、等距步长的投水速度增量在目标投水区域试验场上空沿试验场轴线飞行投水，要求：1)任意风向风速不大于2m/s；2)投水速度初始值为该型飞机投水构型下1.23v
sr
－20km/h；3)投水速度等距步长增量为 10km/h；4)投水试验速度点不少于5个。本步骤设置风速2m/s以下为无风～软风(气象中风力等级)，风速对投水后的降雨轨迹无明显影响，消除可能影响投水效果的因素；设置投水速度增量和试
验点数量是因为不同速度投水后的降雨覆盖区域和降雨量存在差异，通过试验数据曲线找到最佳投水灭火速度。
54.(5)测量目标投水区域试验场中每次投水降水量，绘制投水有效利用率与投水速度曲线，得到最佳投水速度数据，要求：1)投水覆盖网格面积内平均降水量不小于1.2mm；2)目标投水区域试验场中投水有效利用率不小于55％(即满足要求1)的网格占比总网格不小于55％)。本步骤中到大雨的降雨量是24 小时内17mm～38mm，单架次降水量1.2mm折算单机多架次灭火降雨量为中到大雨(白昼10小时，每小时灭火2次，单机日灭火20次，降雨量24mm)，可有效灭火；55％利用率是衡量飞机投水灭火精确度的门槛，决定飞机投水灭火效率和经济价值。
55.(6)在固定风向、不同风速条件下，采用最佳投水高度与投水速度在目标投水区域试验场上空沿试验场轴线飞行投水，要求：1)选取固定风向与矩形目标投水区域对称轴线的真航向呈90
°
夹角；2)选取固定风向下不同风速为2.0
ꢀ±
0.5m/s、5.0
±
1.0m/s、7.5
±
1.0m/s、10
±
1.0m/s开展投水试验。本步骤设置固定风向的目的是消除不同风向对投水效果的影响，将风向变成常量；设置风速增量和试验点数量是因为不同风速对投水后的降雨覆盖区域和降雨量存在影响，通过试验数据曲线找到最佳投水风速)
56.(7)测量目标投水区域试验场中每次投水降水偏移量，绘制降水偏移量与风速曲线，得到固定风向、不同风速条件下投水修正量。不同风速对投水后降雨覆盖区域和降雨量存在较大影响，通过步骤6)试验得到的数据曲线，可为飞行机组在执行灭火任务时根据气象雷达的风速数据修正投水诸元，得到更好的灭火效果。
57.(8)在固定风速、不同风向条件下，采用最佳投水高度与投水速度在目标投水区域试验场上空沿试验场轴线飞行投水，要求：1)选取固定风速为5.0
±ꢀ
1.0m/s；2)选取不同风向分别与矩形目标投水区域对称轴线的真航向呈0
°
、45
ꢀ°
、90
°
、135
°
、180
°
夹角开展投水试验。本步骤设置固定风速的目的是消除不同风速对投水效果的影响，将风速变成常量；设置风向增量和试验点数量是因为不同风向对投水后的降雨覆盖区域和降雨量存在影响，通过试验数据曲线找到最佳投水风向，且风向360度对称，只需要180度即可对称得到另半边的数据。
58.(9)测量目标投水区域试验场中每次投水降水偏移量，绘制降水偏移量与风速曲线，得到固定风向、不同风速条件下投水修正量。不同风向对投水后降雨覆盖区域和降雨量存在较大影响，通过步骤8)试验得到的数据曲线，可为飞行机组在执行灭火任务时根据气象雷达的风向数据修正投水诸元，得到更好的灭火效果。
59.以上所述，仅为本发明的具体实施例，但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。