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直升机的飞行特性和限制
对直升机飞行特性的基本了解可以让地面救援人员对救援计划做出更明智的决定。
直升机空气动力学（注23）
直升机的主旋翼在圆形区域内旋转，如同“机翼”或翼面，为直升机产生升力。迎风着陆有助于实现这一空气动力学原理，因为机翼上的风速增加，实现相同的升力所需的动力就会减少。这是地面救援人员需要了解的一个重要概念，因为飞行员会试图迎着风的方向起降。
飞行员使用的飞行控制包括反扭矩脚蹬、总矩杆和周期变矩杆（图 15）。旋翼的旋转运动会对机身产生反方向的扭矩。尾梁末端的尾桨或可调喷气推进器由脚蹬控制，提供反扭矩控制，以补偿和防止直升机失控旋转。飞行员可以通过总矩控制同时改变主旋翼所有桨叶的桨距（桨叶迎角），使直升机上升或下降，而位于飞行员两腿之间的周期变矩杆则通过主旋翼桨叶桨矩的周期性变化使桨盘向相应方向倾斜来控制直升机的前进、后退和侧向运动。

图 15- 直升机飞行控制。三种主要的直升机飞行控制装置包括总矩、周期变矩和反扭矩脚蹬。图片由 FAA 提供。

地面效应
直升机靠近地面会导致旋翼下洗气流与地面相互作用而导致升力增加。对于大多数直升机来说，有地效悬停 (HIGE) 通常发生在一个旋翼直径的高度内（从地面到旋翼桨盘的测量值），此时地面中断了直升机下方的气流，旋翼系统的诱导气流速度降低（图 16）。其结果是减少了诱导阻力，增加了垂直升力。这种地面效应有利于飞行，因为它提高了直升机的升力能力，从而减少了维持悬停所需的功率。在不平坦的地形、植被、水面或高草上空飞行时，地面效应的效果较差，因为这些表面会吸收桨盘下方的部分下洗能量。
当直升机远离地面爬升时，就会失去这种增加升力的效果。无地效悬停 (HOGE) 发生在足够高的高度，以至于无法获得地面效应的额外优势。

图 16- 地面效应。在无地效悬停 (HOGE) 和有地效悬停 (HIGE)，空气循环模式会发生变化。图片由 FAA 提供。

自转
如果发动机在飞行中发生故障，自转功能可使直升机在规定的范围内安全着陆。直升机的减速器中有一个自由轮装置，在发动机发生故障时可自动将发动机与旋翼系统分离，允许主旋翼自由旋转。当直升机下降时，气流向上穿过旋翼系统，使桨叶旋转。通过改变桨矩，飞行员可以保持恒定的转速。飞行员利用储存的桨叶惯性使飞机减速，并能使直升机缓冲着陆。成功自转所需的空速因高度和直升机类型而异。对于大多数轻型单发直升机来说，悬停时的最低高度为距离地面 350 到 450 英尺（107 到 137 米）（注24）。这对所有直升机救援人员都有严重影响，因为用于绞车、短途运输和索降作业的低空悬停都在高度-速度曲线图的警戒范围内。
平移升力
平移升力是直升机从悬停转为水平飞行时产生的额外升力。这种额外的升力来自旋翼系统效率的提高，与悬停时相比，旋翼系统在向前飞行时产生的升力更大，因为空气质量的流入速度更高。
密度高度
密度高度（DA）是根据高空温度和湿度变化校正后的空气密度测量值。密度高度极大地影响直升机的性能。在较低的海拔高度，旋翼桨叶可穿过密度较大的空气，与较高海拔高度的空气相比性能更好。例如，在海拔 10,000 英尺（3,048 米）的地方，每立方英尺空气中的空气分子数量较少，从而导致性能下降。与海拔高度或温度的增加相比，湿度的增加对飞行性能的影响较小。因此，飞机性能表通常只反映温度和气压高度。要了解DA的巨大影响，请考虑在华氏80度（摄氏27度）、海拔8,000英尺（2,438米）的情况下，更高的DA会使飞机的性能与在11100英尺（3383米）的情况相同！
悬停升限
悬停上限是指直升机在满载最大总重的情况下能够成功悬停的最高高度。有地效和无地效的悬停上限均按最大总重计算。
重心
重心是直升机上所有力的平衡点，通常位于旋翼桅杆下方。这是安全飞行的关键平衡点，受直升机内燃油、人员和货物重量分布的影响。
直升机着陆
从风险管理的角度来看，首选的直升机着陆方式是在没有障碍物的适当平坦着陆区完全着陆。这种方法对机组人员和地面救援人员的风险较小。但在某些情况下，必须使用风险较高的着陆技术：
斜坡着陆
对于大多数直升机的正常操作而言，斜坡着陆的最大限度是5°。直升机向下着陆会增加机尾撞击地面的风险。在斜坡上着陆的风险还在于直升机容易发生横向滚动现象，即动态翻滚。
要发生动态翻滚，首先必须有某种因素导致直升机围绕滑橇或起落架机轮滚动或转动，直到达到临界翻滚角。如果超过临界侧倾角，无论进行何种周期变矩控制修正，直升机都会侧翻。如果飞行员没有使用正确的着陆或起飞技术，或在执行斜坡操作时，也可能发生动态翻滚。滑橇式和轮式起落架直升机以及所有类型的旋翼系统都可能发生动态翻滚（注25）。
单橇着陆
单橇着陆适用于地形崎岖的情况，在这种情况下，无法正常着陆，飞行员可能不得不将单侧滑橇或起落架机轮放在斜坡旁，以便登机或撤离。在操作过程中，直升机保持全功率 “飞行 ”状态。
橇尖着陆
橇尖着陆与单橇着陆类似，只有滑橇的前端与地面接触（图 17）。单橇和橇尖式着陆会使飞机接近物理危险。虽然许多机构都使用这些技术，但这些技术需要练习，不建议大多数团队选择，尤其是那些只有间歇性直升机操作经验的团队。
此外，这种方法会产生一个支点，从而导致动态翻滚。

图 17- 橇尖着陆。意大利救援协会 Aiut Alpin Dolomites 的救援人员使用欧洲直升机 EC 135 T2 在多洛米蒂山脈的 Passo Sella 附近进行了橇尖式着陆。图片版权归 Mateo Taibon 所有。

悬停着陆
悬停或离地着陆用于在直升机悬停时上下乘客和货物。直升机不与地面接触，其重心可以横向和纵向移动。
动力着陆
在边缘着陆区，一种风险较小的着陆方式是动力着陆，即飞行员将两个滑橇与地面完全接触，同时全速运行以保持飞机的位置。当狭窄或倾斜的着陆场地与陡峭的下降地形接壤时，这种着陆方式可能是一种操作考虑。在雪地着陆时，因为深度和坚硬程度不明，不能关闭发动机，这可能是首选技术。
直升机基本安全
飞行前简报
在登上直升机之前，飞行员或机组人员必须进行飞行前简报，包括以下与直升机相关的信息：

  • 个人防护设备（如 Nomex® 服装、手套和飞行头盔）

  • 飞机的进场和离场

  • 急救箱和任何救生设备的位置

  • 灭火器、急救箱和紧急定位发射器 (ELT) 的位置和操作方法

  • 应急电源和燃油关闭控制

  • 舱门和安全带的操作

  • 应急程序和出口
直升机运行期间的安全

  • 在飞行员或机组人员发出指示之前，切勿靠近直升机。然后，从飞机侧面（45° 或更小）或前方以蹲下的姿势在飞行员的完全视线内接近和离开。请勿朝尾桨方向走去。

  • 为避免靠近主旋翼，应从飞机两侧的下坡地形一侧进场和离场。离开飞机时，不要走上坡路，以免将自己暴露在旋翼系统下；同理，不要走下坡路朝旋翼方向接近直升机。

  • 只能按照指示使用舱门门闩。为避免损坏飞机的易碎部件，在有机玻璃和移动部件周围要小心谨慎。

  • 在登机后系好安全带，并在飞行员发出下机信号之前一直系好。离开飞机时，系好身后安全带。

    直升机救援技术（四）

  • 固定好可能造成钩挂危险的宽松衣物或设备。

  • 保持着陆区域无松散碎片，以免被旋翼气流卷起。

  • 不要从直升机上抛掷物品，因为它们可能会撞击旋翼系统。

  • 为着陆和起飞提供可视风向指示；站在着陆区边缘，背对风向，双臂指向着陆场坪。

  • 在直升机周围的地面上工作时，应佩戴眼睛和听力保护装置，并用下巴带固定头盔。在接近或离开飞机时，不得携带任何高于肩膀高度的物品。

  • 固定好直升机上的所有货物；向飞行员或机组人员提供准确的重量。

  • 热载乘客或救援对象会带来更大的风险；在进行此类操作时应始终保持警觉。在可行的情况下，考虑通过发动机关车来降低风险。

  • 着陆区应为分配到事故救援行动中的飞机提供可接受的旋翼间隙，所有事故人员都应了解这些间隙要求。

  • 作为乘客，应了解飞机的位置，并对发生坠机或飞行中紧急情况时的应对措施做好心理准备。

  • 在直升机下方的地面上工作时，在悬停阶段，所有救援人员都必须了解飞机的位置，并时刻保持对机腹的警惕。
救援绳缆缠绕
所有参与直升机救援的人员都应意识到，绳缆缠绕事故对机组人员和救援人员都是灾难性的。
救援人员应有意识地努力防止绞车钢缆、短途或绳缆上的救援负载与地面固定物体缠绕在一起（方框 4）。应将救援行动的撤离阶段视为飞行的关键阶段，提高警惕并做好应对问题的心理准备。
人员防护设备
军方、联邦民事机构和大多数公共安全组织都对救援直升机上的机组人员和乘客必须穿戴的个人防护装备 (PPE) 有严格的要求。尽管涡轮动力直升机非常可靠，但仍然存在坠机和坠机后受伤的可能性。例如，常见的风险是坠机后发生闪火，因此必须穿防火服装。内政部（DOI） 要求的个人防护装备包括以下内容：
  • 防火服装：宽松的飞行服或防火材料（如 Nomex® 或聚苯并咪唑 [PBI]）制成的服装有助于防止火灾造成的伤害。宽松的款式可在面料和皮肤之间形成一个空隙，起到隔绝热源的作用。虽然织物可以降低组织损伤的风险或严重程度，但并不能防止皮肤受到热伤害。Nomex® 是杜邦公司生产的一种防火芳纶纤维，在高温下不会熔化或流动。温度超过 370°C (700°F) 时，Nomex® 会迅速降解成易碎的焦炭。在尼龙编织物熔化的温度点（489°F，254°C），Nomex® 纤维编织物仍能保持约 60% 的原始强度（注26）。PBI 是一种合成纤维，由 PBI Performance Products, Inc.生产。PBI 不会被点燃，在火焰中除了保持柔软外，还能保持纤维的完整性。它没有熔点，但分解温度≥ 1300° F（700°C）（注27）。通过任何防火材料的热传导都可能很高，足以融化合成内衣（如聚丙烯或 Capilene）；因此在飞行过程中，这些织物不应紧贴皮肤穿着。最好选择天然纤维服装，如羊毛、棉和丝绸。Malden Mills 开发的 Polartec® Thermal-FR® 和 Huntingdon Mills 开发的 Flamestop™ 是由 Nomex® 制成的防火、隔热羊毛材料。这些服装对于寒冷天气下的直升机救援行动特别有用。
  • 飞行头盔：尽管直升机飞行头盔是一种昂贵的装备，但它能在发生撞击时为头部提供最有效的保护。Gentex 公司的 SPH-5 头盔（隔音头盔）是几种流行的商用直升机头盔之一（图 18）。该头盔在持续撞击（采用 ANSI Z-90.1 测试设计）时可在头盔内提供高达 300 g 的最大峰值力减速（持续时间为 0.4 毫秒），从而使头盔能够将撞击力分散到佩戴者可承受的程度。测试还包括 1 磅（0.4536 千克）尖头钢重物从 10 英尺（2.48 米）处落下的穿透测试，结果穿透小于 1/4 英寸（注28）。作为比较，欧洲标准 (EN) 12492 和 UIAA 106 对攀岩头盔的认证包括 6.6 磅（3.0 千克）重物从 3.2 英尺（1.0 米）处落下的穿透测试。飞行头盔的设计允许通过耳罩中的降噪麦克风和耳机进行通信。必须认识到，军用飞行头盔和飞机采用低阻抗设计，而民用飞行头盔采用高阻抗设计，因此会造成设备不兼容。这种设计差异可以通过适配器来克服。飞行头盔的其他功能包括噪音抑制、防护面罩和吸能衬垫。颌面防护罩（MFS）可通过插销连接到 HGU-56/P 头盔上，保护下面部免受飞行碎片的伤害。尽管直升机上执行救援任务的地面救援人员经常佩戴攀岩头盔和消防员防护帽，但飞行头盔是一种更好的保护装置，因为它是专门为这种应用而设计的。

图 18- SPH-5 飞行头盔。图片版权归 Gentex 公司所有。

  • 鞋类和手、眼、耳保护装置：防火手套或皮手套以及至少与脚踝同高的皮靴可提供额外的保护，防止火灾伤害。轻便登山鞋上的尼龙部件可能会在碰撞后的火灾中融化，导致烧伤。救援环境（如冬季高山条件或水上作业）可能要求穿更适合外部条件的鞋（如塑料登山鞋）。防火服应有袖子，并应该可以套在手套的护套上，裤腿应足够长，以消除衣服与靴子顶部之间的暴露。太阳镜或透明的安全护目镜可以很好地保护眼睛，防止直升机产生的旋翼洗流。一次性耳塞可提供额外的听力保护，抵御直升机产生的高分贝噪音。
  • 安全带：在绞车、短途运输和索降行动中，机组长/观察员佩戴任务专用救援吊带，作为与飞机的系绳。救援人员/辅助医务人员/HEMS 机组成员佩戴其飞行计划批准的安全带。这些安全带的特点包括背部连接点、全身安全带设计和悬挂的舒适性。
  • 救生衣：当水上飞行缺乏足够的离岸滑翔距离时，机组人员应穿戴航空救生衣以确保人身安全。需要使用经 FAA 批准的手动充气式（非自动充气式）航空救生衣，而不是笨重的、经美国海岸警卫队批准的泡沫填充式个人漂浮装置 (PFD)，后者实际上会限制使用者安全离开水下飞机的能力。
个人准备
直升机救援人员很快就会发现自己被部署到一个极端的环境中，而在这个环境中，他们并没有做好充分的工作准备。他们很容易因环境危险而发生意外，如滑石、裸露的崖壁、冰雪和湍急的水流。对于可能暴露在这种极端环境中的机组人员来说，鞋类和外套以及随身携带的个人救生装备应该是重中之重。
飞行中的紧急情况：求生计划检查单

  • 听从飞行员和机组人员的指示。

  • 系好安全带和背带。

  • 远离控制装置，固定好所有松动的装备，并注意紧急出口。

  • 面朝前并系肩带的乘客应保持完全直立的坐姿，下巴向下收，双手放在膝盖上，双臂抵住椅背。

  • 面朝前方且没有系肩带（仅系腰带）的乘客应向前弯腰，直到胸部靠在大腿上。双臂应在大腿下方扣在一起以保持此姿势。

  • 面朝后的乘客应双手放在膝盖上，头部靠在座椅靠背的直立部分。

  • 侧向乘客应腰部前屈，双臂夹住双腿，将头放在双膝之间。

  • 协助无法离开飞机的受伤人员。

  • 只有在旋翼停止或机组人员发出指示后才能离开直升机。

  • 评估情况并根据需要提供援助。
紧急水上迫降生存培训
参与水上作业（图 19）的机组人员需要熟练掌握紧急水上迫降程序和逃生方法（方框 5）。这包括借助 “灌水器（Dunker） ”装置和呼吸装置（可带入游泳池）进行非常逼真的训练，以模拟水上迫降紧急情况。这种训练有助于培养参与者的自信心和肌肉记忆，使他们在水上迫降事故中不会惊慌失措地并生存下来。

图 19- 水上救援。在一次救援演示中，一名航空生存技术员 (AST) 从一架分配到北卡罗来纳州伊丽莎白城航空站的 HH-60 “松鸭鹰”直升机上跳下。USCG PA2 Jacquelyn Zettles 拍摄。

图 20- 水下逃生训练，灌水器（Dunker）正在被放入水中。

（未完待续）

注23 FAA， 直升机飞行手册，第 3 章。
注24 内政部，《基本航空安全》，第 8 页。
注25 FAA，直升机飞行手册，第 10-6 页。
注26 斯特恩和斯特恩工业公司，Nomex® 织物。
注27 PBI Performance Products。
注28 Gentex 公司首席质量工程师 Montenegro James。
来源：Helicopter Rescue Techniques – Civilian Public Safety and Military Helicopter Rescue Operations（First edition，October 2013）, by Ken Phillips, Branch Chief of Search and Rescue, National Park Service (NPS). 略有修改。