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[技术] 民用直升机安全性综述

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发表于 2007-9-21 15:51:39 | 显示全部楼层 |阅读模式
民用直升机安全性综述
作者:xmatc.com
直升机具有长时间空中悬停、垂直起降、低空低速飞行、机动灵活等的特点,用途广泛。近年来随着经济的发展,直升机的应用已渗透到了国民经济的众多领域,并逐渐发挥出越来越大的作用。在一些发达国家,直升机已被广泛用于商务运输、观光游览、缉私缉毒、治安消防、医疗救护、通讯联络以及森林灭火、喷洒农药、探测鱼群、石油勘探等国民经济的各个部门。全世界民用直升机机队迅速壮大。
与此同时,直升机的安全问题一直是人们密切关注和研究的内容。直升机独特的构型造成了其事故率比固定翼飞机高。民用直升机的安全性更是民用直升机发展的关键问题。
1. 民用直升机的适航标准和适航管理
1.1 民用直升机的适航标准
民用直升机的适航标准是随着直升机设计使用发展的过程而产生并逐渐发展的。1940年世界上第一架适用的直升机首飞,1943年提出第一份《推荐的旋翼机飞行器适航性》标准,1946年5月美国联邦航空局(FAA)的前身民用航空局(CAA)公布了《一般类旋翼飞行器标准》CAR 06部。之后CAA相继为几种直升机颁发了型号合格证,包括:1946年5月的贝尔47直升机、1947年4月的西科斯基S-51直升机和1948年2月的西科斯基S-52直升机。早期的CAR 06部内容包括设计速度、飞行和地面结构载荷情况、突风载荷情况、机动飞行载荷系数和强度验证、旋翼和传动系统地面持久试验、旋翼及其传动机构疲劳研究、无动力安全着陆、发动机安装、燃油和滑油系统标准。1951年又增加了飞行性能、飞行特性和振动标准。
1947年洛杉矶航空公司使用S-51直升机开始大城市地区直升机航空邮政业务,民用航空委员会(CAB)1948年11月批准直升机服务公司在芝加哥地区和1952年3月批准纽约航空公司在纽约地区运输物资和邮件。1953年7月纽约航空公司开始定期客运业务。10座的西科斯基S-55直升机于1952年3月获批准,这是第一个商用型号直升机,经过三年的使用,证明需进一步发展运输类直升机。CAB和CAA开始制定运输类旋翼飞行器适航标准,1956年正式颁布了《运输类旋翼飞行器标准》CAR 07部,之后,又明确CAR 06部适用最大重量在6000磅以下的一般类旋翼飞行器。1958年FAA和国家运输安全委员会(NTSB)成立后,FAA将CAR旋翼飞行器标准重新编成适航标准,即FAR 27部(一般类旋翼飞行器适航标准)和FAR 29部(运输类旋翼飞行器适航标准),1965年2月开始生效。FAR 27部适用于最大起飞重量等于或小于6000磅的小型旋翼飞行器。1985年版共有238条。FAR 29部适用于多发动机的旋翼飞行器,有289条规定。
随着直升机技术和使用的发展,适航标准也在不断更新,如运输类直升机适航标准CAR 07部从1956年颁布以来,经过10年的发展,到1965年改为FAR 29部,到1985年的20年间又经历了26次的更改。
1.2 民用直升机的适航管理
民用航空器的适航管理是从安全性观点对民用航空器的设计、生产制造、使用维修、进出口等全方位、全过程的控制管理。民用直升机的安全性也必须在适航管理的严格监控下才有保证。
民用航空器的适航管理可相对分为两大类。一类是初始适航管理,另一类是持续适航管理。初始适航管理,是在航空器交付使用之前,适航部门依据各类适航标准和规范,对民用航空器的设计和制造所进行的型号合格审定和生产许可审定,以确保航空器和航空器部件的设计、制造是按照适航部门的规定进行的。民用直升机的初始适航管理包括民用直升机型号合格审定、生产许可审定和适航审定。持续适航管理,是在航空器满足初始适航标准和规范、满足型号设计要求、符合型号合格审定基础、获得适航证、投入运行后,为保持它在设计制造时的基本安全标准或适航水平,为保证航空器能始终处于安全运行状态而进行的管理。民用直升机的持续适航管理实质是对直升机在使用中的安全状况和维修两方面的控制,按有关的适航管理规章执行。
民用直升机的初始适航管理和持续适航管理从概念上、从实质上来看是相辅相成、密不可分的,二者之间没有明显的界线,也无法截然分开。而二者的交联和融合,则构成了民用直升机适航管理的一个整体和全部内容。
2. 民用直升机飞行事故统计和原因分析
民用直升机由于执行任务的需要,飞行速度和飞行高度通常都较飞机低,因而受地表环境的影响大。飞行高度低使得出现设备失效后驾驶员的逃生时间有限,发生伤亡事故的机会高。
2.1 民用直升机和固定翼飞机事故对比
据1998年的数字,全世界装备有4万多架直升机,其中民用直升机有2.4万多架,占直升机总数的60%左右。民用直升机拥有量最多的是美国和俄罗斯,分别拥有10559架和3506架。美国直升机每10万飞行小时事故率在截止到1998年的5年内平均每年为9次,而飞机为8次;澳大利亚直升机的事故率为15次,而其他飞机为11次;加拿大直升机的事故率为9.8次;英国达到7.9次,和飞机7.2次的事故率接近。商业航空运输被普遍认为是目前最安全的航空运输形式,美国1991~1996年民用直升机事故和航班事故对比的研究结果显示,民用直升机事故率和死亡人数是航班事故数和死亡人数的10倍。
2.2 民用直升机发生事故的主要原因
直升机事故率高的主要原因,一方面是由于直升机自身特有的结构特点。直升机较固定翼飞机旋转部件多,因而载荷作用复杂,旋翼和尾桨的交变载荷易导致直升机振动并产生疲劳破坏。另一方面,使用条件和使用环境恶劣也是直升机事故频发的重要原因。直升机多在野外起降,在山区、林区、城镇上空飞行,受地形地物及低空复杂多变的气象条件的影响大,并且承担的运输、救生、吊挂、巡逻等任务,操作复杂、难度高,造成了较高的事故率。
民用直升机较客机事故多的原因,还有驾驶员、设备、环境和任务等的因素。客机的飞行员都是经过良好培训,富有经验,而直升机的驾驶员包括学员、度假享受的飞行员及受过良好训练的专业驾驶员等,驾驶水平参差不齐。客机上采用的设备都是最先进的,虽然一些非常昂贵的直升机采用了涡轴发动机和复杂的航电系统,但大部分民用直升机仍沿用活塞发动机为动力,靠目视飞行规则(VFR)飞行。直升机和客机的使用环境也差距很大,客机飞行按照空中交通管制(ATC),直升机的飞行空域则不受控制。客机多是点到点的飞行,而直升机执行的任务种类很多。
2.3 美国民用直升机1964年~1997年事故统计和原因分析
2.3.1 美国民用直升机机队构成
美国作为民用直升机最多的国家,其民用直升机机队从1946年不到10架,发展到1964年达到2196架,1997年则达到12911架。这期间,单发直升机处于支配地位,单发活塞发动机直升机所占数量庞大。从60年代中期开始,单发涡轮轴发动机直升机开始投入使用,到1997年,在册的单发活塞直升机和单发涡轮轴直升机数量几乎相等(各约5000架)。双发涡轮轴直升机于70年代晚期进入市场,到1997年底,在册数量略超过1200架。另外美国注册的私人制造自转旋翼机和直升机在1997年底达到近3000架。美国各类民用直升机每年总飞行小时如表1所示。

表1美国民用直升机年总飞行小时(百万)
1996 1997 1998 1999 2000
总飞行小时 2.122 2.084 2.342 2.407 2.472
单发涡轴飞行小时 1.063 1.208 1.434 1.470 1.507
多发涡轴飞行小时 0.468 0.532 0.478 0.490 0.503
活塞飞行小时 0.591 0.344 0.430 0.447 0.462
2.3.2 美国民用直升机事故统计
在从1963年中到1997年底的34年间,美国国家运输安全委员会(NTSB)共记录8436次民用直升机事故,其中商业制造的直升机事故7920起。这些事故共造成2135人死亡,1760人重伤,12930人轻伤或未受伤。直升机受损情况方面,有2363架(几乎是现在在册机队的20%)直升机被NTSB列为损坏,5909架受损,只有164架损坏很小或未被损坏。尽管在册直升机数量不断增加,但由于直升机的安全问题一直受到普遍重视,美国每年民用直升机事故数量仍呈下降趋势。1964年美国民用直升机年事故率为260次,到1997年则下降到175次,而每1000架在册直升机的年事故率从1964年的118次下降到1997年的13.6次,几乎降低了10倍。美国民用直升机10万飞行小时的年事故率1970年时为30.34,到1997年下降到了7.82。
图2 每1000架在册直升机年事故率 图3 1964~1997年直升机年事故率2.3.3 事故原因分类
表2美国民用直升机事故率(1996~2000)
1996 1997 1998 1999 2000
总事故数 176 163 191 198 206
死亡事故数 32 27 34 31 35
死亡人数 54 43 66 57 63
重伤人数 34 62 26 44 42
轻伤人数 56 79 55 81 81
事故率/10万飞行小时 8.29 7.82 8.15 8.23 8.33
死亡事故率/10万飞行小时 1.51 1.30 1.45 1.29 1.42
死亡率/10万飞行小时 2.70 2.06 2.82 2.37 2.55
重伤率/10万飞行小时 1.60 2.98 1.11 1.83 1.70
轻伤率/10万飞行小时 2.64 3.79 2.35 3.37 3.28
表3对1964年到1997年美国民用直升机事故作了总结,列出了NTSB提出的21个第一事故发生原因。对8436次事故的分析显示,大约有90%的事故是由于7种主要原因造成,70%的事故归咎于4种主要原因。
2.3.4 民用直升机事故原因分析
⑴ 单发活塞民用直升机
美国民用直升机的现代纪元开始于1946年3月8日CAA为贝尔47颁发了型号合格证。此后单发活塞直升机机队一直得到不断的发展,在1970年到1980年的十年中,更是以每年增加193架的速度增长,但是到1980年到19**期间,该市场呈现萎缩之势,19**到1997年情况才有所改善,飞机数量有了缓慢的增长。
表31964年~1997年美国民用直升机事故原因总结
NTSB第一事故原因分类 商业制造 业余类型
单发活塞 单发涡轴 双发涡轴
数目(%) 数目(%) 数目(%) 数目(%)
发动机动力丧失 1554(28.9) 704(31.3) 39(12.9) 111(21.5)
飞行中与物体相撞 953(17.7) 298(13.2) 43(14.2) 28(5.43)
失去控制 625(11.6) 284(12.6) 40(13.2) 165(32.0)
机身/部件/系统失效/故障 639(11.9) 282(12.5) 89(29.5) 73(14.1)
硬着陆 483(8.99) 140(6.23) 8(2.65) 25(4.89)
飞行中与地形/水面相撞 443(8.25) 143(6.36) 16(5.23) 40(7.75)
侧滚翻转/飞机颠覆 290(5.40) 119(5.29) 4(1.32) 20(3.88)
天气 57(1.06) 85(3.78) 12(3.97) 5(0.97)
多种原因/其他 74(1.38) 42(1.87) 9(2.98) 9(1.74)
失速/带动力下沉 67(1.25) 2(0.09) 1(0.33) 13(2.52)
螺旋桨/旋翼与人接触 33(0.61) 35(1.56) 8(2.65) 3(0.58)
空中相撞 17(0.32) 37(1.65) 6(1.99) 1(0.19)
在地面/水面与物体相撞 26(0.49) 18(0.80) 10(3.31) 2(0.39)
起火/爆炸 28(0.52) 15(0.67) 5(1.66) 2(0.39)
突然机动 12(0.22) 8(0.36) 2(0.66) 10(1.94)
不确定 12(0.22) 13(0.58) 2(0.66) 1(0.19)
轮式起落架损坏 16(0.23) 3(0.13) 6(1.99) 2(0.39)
机翼/旋翼、吊舱、浮筒或尾翼/滑撬被物体挂住 20(0.37) 2(0.09) 1(0.33) 3(0.58)
下冲/过冲 16(0.23) 4(0.18) 1(0.33) 3(0.58)
地面/水面与地形/水面接触 5(0.09) 12(0.53) 0(0) 2(0.39)
失踪 1(0.02) 1(0.05) 0(0) 0(0)
总计 5371 2247 302 516
在1964年到1997年的34年内,单发活塞直升机年事故率基本呈下降趋势,但在1971年到1983年间有间歇性增大,这正和1970年到1980年的单发活塞直升机数量大幅增加时间吻合,说明了事故增加的原因是由于直升机总量的增大。单发活塞直升机每1000架在册直升机的事故率从1964年到1985年基本上是下降趋势,但在1985年到1990年间事故率几乎没有变化,从1990年到1997年则有好转,事故率有所降低。
在统计的7920起直升机事故中,单发活塞直升机发生事故5371起。其中3771起(约70%)和4种第一事故原因有关,它们是发动机动力丧失、飞行中与物体相撞、失去控制和机身/部件/系统失效或故障。从事故死亡率来看,飞行中与物体相撞事故的死亡率最高,其次是机身失效、发动机动力丧失和失去控制。

发表于 2012-11-8 09:30:00 | 显示全部楼层
① 发动机动力丧失
发动机动力丧失引起的事故共造成106人死亡,234人重伤,2281人轻伤或未受伤。265架直升机损坏,1286架受损,3架未受损坏。在1964~1997年间的后17年,每年由于发动机动力丧失引起的单发活塞直升机事故数目逐年减少,而每1000架在册直升机年事故率也是逐年降低。但发动机动力丧失原因的事故仍占单发活塞年事故数的30%。
表4单发活塞直升机事故分布(1964~1997)
NTSB第一事故原因 次数 比例(5371次)
发动机动力丧失 1554 29%
飞行中与物体相撞 953 18%
失去控制 625 11%
机身故障 639 12%
总计 3771 70%

表5单发活塞直升机死亡率分布(1964~1997)
NTSB第一事故原因 死亡人数 每100起事故死亡率
飞行中与物体相撞 166 17
机身/部件/系统失效/故障 153 24
发动机动力丧失 106 7
失去控制 92 15

表6单发涡轴直升机事故分类
飞行性质 飞行阶段
空中作业 1494 机动 1149
指导/训练 976 巡航 1047
一般用途 875 着陆 949
个人使用 787 起飞 889
旅客服务 421 悬停 450
商务用途 338 进近 241
运送/改变位置 205 下降 168
飞行/维护试验 113 滑行 164
公共/军事用途 78 站立/静止不动 126
行政/公务 75 不确定/其他 124
不确定/没有报告 9 爬升 64
总计 5371 总计 5371
单发活塞民用直升机是早期民用直升机工业的支柱,多用于执行空中作业(如农业操作)。执行该任务过程中最常发生发动机动力丧失事故。并且由于飞机通常是在距地面很低的高度(100英尺或以下)飞行,驾驶员没有足够的高度和时间实现成功的逃生。单发活塞直升机在巡航阶段出现动力丧失事故最多,其次是需要大推力的起飞和爬升阶段。出现动力丧失的2个原因是燃油/空气混合问题和发动机结构失效,分别造成686起和263起事故,另有397起事故原因未确定。
② 飞行中与物体相撞
直升机优于固定翼飞机的最大特点是能空中悬停、低高度缓慢飞行和在有限的空间实现操作。在执行这些任务时,操作环境中常存在如电线等的不易发现和躲避的各种物体。因此可以想见,空中与物体相撞是直升机事故的主要原因之一。1964年到1997年,NTSB记录单发活塞直升机因空中和物体相撞发生事故953起,造成166人死亡、205重伤,1045人轻伤或未受伤,有327架直升机损坏,620架受损,6架基本完好。在1964~1997年间的后17年,该原因的年事故率呈减少趋势,但每1000架在册直升机的年事故率在1982后没有明显的降低。飞行中与物体相撞引起的事故约占单发活塞直升机年事故率的近12%。
单发活塞直升机最易在空中作业和一般使用操作中发生与物体相撞的事故,电线/杆是最常在飞行中撞到的物体,53%(507起)的事故都是与上述物体相撞后发生,其次是树、人造的其他物体如机场/直升机场设施、石油平台等。相撞原因主要有错误决定(如计划不当、缺乏训练、决策失误)、没有看见和避免、不确定因素等。直升机向前飞行时主螺旋桨易遭到撞击,倒退时尾部旋翼易遭到碰撞。
③ 失去控制
直升机的独特结构使它比固定翼飞机操纵起来要困难,悬停过程中滚转和俯仰方向的不稳定,更增加了控制难度。目前还没有一架单发活塞直升机安装有自动驾驶仪,驾驶员的工作强度大。因而直升机失去控制也是导致事故的主要原因。1964年到1997年,美国单发活塞直升机由于失去控制发生事故共625起,92人死亡,105人重伤,851人轻伤或未受伤。有194架飞机被毁,428架受损,3架基本完好。在1964年到1997年间的前17年,由于该原因发生的年事故数呈减少趋势,但在1982年有迅速增加,一直到1991年都延续较高的水平,随后才降低。1963年到1997年的后17年,每1000架在册直升机的年事故率有明显的降低。失控在1980到1997年单发活塞直升机总事故的比例呈现逐渐上升之势。
单发活塞直升机多在执行教学、农业服务和私人使用场合发生事故,因为这种直升机本身难于操纵,而此时驾驶员还要执行其他任务。大部分的失控事故都伴随着旋翼每分钟转速(RPM)的损失。悬停和起飞是最易发生失控事故的飞行阶段,偏航/垂直方向失去控制的事故几乎占单发活塞直升机失控事故数的70%。
④ 机身/部件/系统失效或故障
直升机传动机构复杂,使用过程中旋翼、尾桨、传动装置等旋转部件要产生交变载荷,引起机体结构的振动。这种振动将引起直升机主要部件、仪表设备等疲劳失效,从而降低使用寿命,引起事故。1964年至1997年美国单发活塞直升机因为机身故障发生的事故共639起,约占单发活塞直升机事故的12%,153人死亡,109人重伤,789人轻伤或未受伤,212架直升机毁坏,422架直升机受损,5架完好。1963年到1997年的前17年,该原因引起的年事故率基本保持不变,1982年起有所降低,并一直到1997年保持较低水平。近10年的每1000架在册直升机的该原因年事故率则有显著的降低。
单发活塞直升机最易在农业操作和一般用途时出现机身失效,因为此时持续低空飞行和障碍物距离近,速度低、受风的影响大。巡航和机动阶段是此类事故的多发飞行阶段,共发生427起事故。发动机到主旋翼变速箱的离合器和尾旋翼传动轴及主、尾旋翼桨叶是此类直升机最常出故障的地方,疲劳是造成失效的最大原因。
⑵ 单发涡轴直升机
美国单发涡轮轴民用直升机机队在越南战争结束后开始迅速扩大,到了80年代中期,继活塞直升机之后也出现大幅下滑之势,10年后,它又开始经历增长阶段。自从商业制造的单发涡轴直升机进入民用市场后,已渐渐成为直升机工业的支柱。1997年单发涡轴和单发活塞直升机的在册数量大致相等。
涡轴发动机性能较活塞发动机有了较大改善,因而涡轴直升机的出现使得直升机安全性得到了提高。1964~1997年单发涡轴直升机共出现事故2247起,年事故率基本呈下降趋势。1986年之前,每1000架在册直升机的年事故率都为下降趋势,1986年之后则基本保持不变。
单发涡轴民用直升机的2247起事故,有1568起(70%)和4种主要事故原因有关,它们是发动机动力丧失、飞行中与物体相撞、失去控制、机身/部件/系统失效或故障。机身/部件/系统失效或故障、失去控制和飞行中与物体相撞的每100次事故死亡率都很高,而发动机动力丧失的每100次事故死亡率较低。

表7单发涡轴直升机和活塞直升机事故对比(1964~1997)
NTSB第一事故原因分类 单发涡轴 单发活塞
数量 % 数量 %
发动机动力丧失 704 31 1554 29
飞行中与物体相撞 298 13 953 18
失去控制 284 12 625 11
机身/组建/系统失效或故障 282 12 639 12
其他 629 27 1600 29
总计 2247 100 5371 100

表8单发涡轴直升机死亡率分布(1964~1997)
NTSB第一事故原因 死亡人数 每100起事故死亡率
机身/部件/系统失效/故障 157 56
失去控制 155 55
飞行中与物体相撞 140 47
发动机动力丧失 129 18

表9单发涡轴直升机事故分类
飞行性质 飞行阶段
旅客服务 642 巡航 633
一般用途 520 起飞 353
商务用途 209 着陆 301
个人使用 200 机动 270
空中作业 150 悬停 247
运送/改变位置 135 进近 146
指导/训练 127 站立/静止不动 97
行政/公务 97 下降 73
公共/军事用途 93 不确定/其他 47
飞行/维护试验 67 滑行 40
不确定/没有报告 7 爬升 40
总计 2247 总计 2247
① 发动机动力丧失
单发涡轴直升机因发动机动力丧失造成704起事故,129人死亡,237人重伤,1480人轻伤或未受伤,139架直升机损坏,546架受损,9架基本完好。1987年开始发动机动力丧失的年事故率逐年下降,每1000架在册飞机的动力丧失事故率一直呈逐年下降。单发涡轴直升机发动机动力丧失事故最多发生在运送乘客飞行中,和单发活塞直升机相似,巡航飞行(314次)是事故多发阶段,其次是起飞和悬停阶段。在704次事故中,由于燃油/空气混合问题引起的事故有299起,发动机结构失效事故189起,不确定原因发生事故181起。
② 飞行中和物体相撞
1964~1997年单发涡轴直升机发生飞行中和物体相撞事故298起,造成140人死亡,106人重伤,442人轻伤或未受伤,114架飞机毁坏,182架受损,2架完好。后17年内,该原因发生的直升机年事故数逐年下降,每1000架在册直升机年事故率则呈微小下降。单发涡轴直升机多在一般用途和运送旅客任务中发生此类事故,并且在各个飞行阶段发生空中与物体相撞的比率均等。飞行中与电线/杆相撞的事故有298次,占45%。与单发活塞直升机的53%的事故率对比,单发涡轴直升机的驾驶员似乎比单发活塞的躲避物体更成功。驾驶员错误决定是大部分事故的主要原因。主旋翼和尾旋翼是事故中主要受撞击的直升机部件。
③ 失去控制
单发涡轴直升机发生失去控制的事故总数为284起,引起155人死亡,123人重伤,476人轻伤或未受伤,125架直升机损坏,159架受损。该原因发生的年事故率在头15年内为缓慢上升趋势。1981年开始,则快速增加,到1984年达到20次的顶峰,1984年后维持了近10年的下降局面,1997年则又达到20次的水平。每1000架在册直升机的年事故率在后17年内变化不大。
单发涡轴直升机易在商业运输活动中出现失去控制的事故,训练和私人使用中较少。由于其发动机转速管理机制较好,旋翼RPM已不构成引起失去控制事故的主要原因,这比单发活塞直升机有了巨大进步。单发涡轴直升机失去偏航控制的比率比单发活塞高近2倍,但垂直方向的失控事故则少于单发活塞直升机。
④ 机身/部件/系统失效或故障
1964年到1997年的34年内单发活塞直升机机身/部件/系统失效或故障的事故计282起,157人死亡,110人重伤,438人轻伤或未受伤,111架直升机被毁,163架受损,8架完好。在34年的头17年该原因出现的年事故率几乎呈线性增长,这一时期标志着第一代单发涡轴直升机逐步走向成熟的过程,1982年达到高峰后,则逐渐下降,趋于水平。随着70年代单发涡轴直升机的广泛使用,机身失效年事故率从1971年的10%增长到1997年的15%。从1972到1991年,每1000架在册直升机机身失效年事故率得到持续改善,但到1991年后,基本保持在每年每1000架在册直升机2.5次。
单发涡轴直升机在巡航阶段经历的机身失效事故最多,有107次,占282次中的38%。悬停、起飞和巡航阶段传动和旋翼系统失效出现事故191起。传动系统(主旋翼和尾旋翼)和旋翼系统是出现问题最多的两处,发动机变速器、尾旋翼传动系统失效占103起传动系统事故的89起,疲劳引起的主旋翼和尾旋翼系统失效则引起88起事故。
⑶ 双发涡轴直升机
双发涡轴直升机于1961年进入美国民用直升机机队,当初发展双发涡轴直升机主要有两个目的,第一是单个涡轴发动机没有足够的动力满足大型直升机负载的需要;第二是人们错误的认为采用两台发动机能提高安全性。美国在册的双发涡轴直升机在1963年底只有不到50架,1997年发展到有大约1200架。1997年每1000架在册双发涡轴直升机的年事故率为8.2次。
1964~1997年的这一时期,双发涡轴直升机共发生事故302起,70%的事故都和4种第一事故原因有关:发动机动力丧失、飞行中与物体相撞、失去控制和机身/部件/系统失效或故障。每100次事故死亡率最高的是空中相撞、地面/水面与物体相撞、机身失效、天气和飞行中与地形/水面相撞等事故原因。
表10双发涡轴直升机和单发涡轴直升机事故对比(1964~1997)
NTSB第一事故原因分类 单发涡轴 双发涡轴
数量 % 数量 %
发动机动力丧失 704 31 39 13
飞行中与物体相撞 298 13 43 14
失去控制 284 12 40 13
机身/部件/系统失效或故障 282 12 89 29
其他 629 27 91 36
总计 2247 100 302 100
发表于 2012-11-8 09:30:04 | 显示全部楼层
① 发动机动力丧失
发动机动力丧失引起的事故共造成106人死亡,234人重伤,2281人轻伤或未受伤。265架直升机损坏,1286架受损,3架未受损坏。在1964~1997年间的后17年,每年由于发动机动力丧失引起的单发活塞直升机事故数目逐年减少,而每1000架在册直升机年事故率也是逐年降低。但发动机动力丧失原因的事故仍占单发活塞年事故数的30%。
表4单发活塞直升机事故分布(1964~1997)
NTSB第一事故原因 次数 比例(5371次)
发动机动力丧失 1554 29%
飞行中与物体相撞 953 18%
失去控制 625 11%
机身故障 639 12%
总计 3771 70%

表5单发活塞直升机死亡率分布(1964~1997)
NTSB第一事故原因 死亡人数 每100起事故死亡率
飞行中与物体相撞 166 17
机身/部件/系统失效/故障 153 24
发动机动力丧失 106 7
失去控制 92 15

表6单发涡轴直升机事故分类
飞行性质 飞行阶段
空中作业 1494 机动 1149
指导/训练 976 巡航 1047
一般用途 875 着陆 949
个人使用 787 起飞 889
旅客服务 421 悬停 450
商务用途 338 进近 241
运送/改变位置 205 下降 168
飞行/维护试验 113 滑行 164
公共/军事用途 78 站立/静止不动 126
行政/公务 75 不确定/其他 124
不确定/没有报告 9 爬升 64
总计 5371 总计 5371
单发活塞民用直升机是早期民用直升机工业的支柱,多用于执行空中作业(如农业操作)。执行该任务过程中最常发生发动机动力丧失事故。并且由于飞机通常是在距地面很低的高度(100英尺或以下)飞行,驾驶员没有足够的高度和时间实现成功的逃生。单发活塞直升机在巡航阶段出现动力丧失事故最多,其次是需要大推力的起飞和爬升阶段。出现动力丧失的2个原因是燃油/空气混合问题和发动机结构失效,分别造成686起和263起事故,另有397起事故原因未确定。
② 飞行中与物体相撞
直升机优于固定翼飞机的最大特点是能空中悬停、低高度缓慢飞行和在有限的空间实现操作。在执行这些任务时,操作环境中常存在如电线等的不易发现和躲避的各种物体。因此可以想见,空中与物体相撞是直升机事故的主要原因之一。1964年到1997年,NTSB记录单发活塞直升机因空中和物体相撞发生事故953起,造成166人死亡、205重伤,1045人轻伤或未受伤,有327架直升机损坏,620架受损,6架基本完好。在1964~1997年间的后17年,该原因的年事故率呈减少趋势,但每1000架在册直升机的年事故率在1982后没有明显的降低。飞行中与物体相撞引起的事故约占单发活塞直升机年事故率的近12%。
单发活塞直升机最易在空中作业和一般使用操作中发生与物体相撞的事故,电线/杆是最常在飞行中撞到的物体,53%(507起)的事故都是与上述物体相撞后发生,其次是树、人造的其他物体如机场/直升机场设施、石油平台等。相撞原因主要有错误决定(如计划不当、缺乏训练、决策失误)、没有看见和避免、不确定因素等。直升机向前飞行时主螺旋桨易遭到撞击,倒退时尾部旋翼易遭到碰撞。
③ 失去控制
直升机的独特结构使它比固定翼飞机操纵起来要困难,悬停过程中滚转和俯仰方向的不稳定,更增加了控制难度。目前还没有一架单发活塞直升机安装有自动驾驶仪,驾驶员的工作强度大。因而直升机失去控制也是导致事故的主要原因。1964年到1997年,美国单发活塞直升机由于失去控制发生事故共625起,92人死亡,105人重伤,851人轻伤或未受伤。有194架飞机被毁,428架受损,3架基本完好。在1964年到1997年间的前17年,由于该原因发生的年事故数呈减少趋势,但在1982年有迅速增加,一直到1991年都延续较高的水平,随后才降低。1963年到1997年的后17年,每1000架在册直升机的年事故率有明显的降低。失控在1980到1997年单发活塞直升机总事故的比例呈现逐渐上升之势。
单发活塞直升机多在执行教学、农业服务和私人使用场合发生事故,因为这种直升机本身难于操纵,而此时驾驶员还要执行其他任务。大部分的失控事故都伴随着旋翼每分钟转速(RPM)的损失。悬停和起飞是最易发生失控事故的飞行阶段,偏航/垂直方向失去控制的事故几乎占单发活塞直升机失控事故数的70%。
④ 机身/部件/系统失效或故障
直升机传动机构复杂,使用过程中旋翼、尾桨、传动装置等旋转部件要产生交变载荷,引起机体结构的振动。这种振动将引起直升机主要部件、仪表设备等疲劳失效,从而降低使用寿命,引起事故。1964年至1997年美国单发活塞直升机因为机身故障发生的事故共639起,约占单发活塞直升机事故的12%,153人死亡,109人重伤,789人轻伤或未受伤,212架直升机毁坏,422架直升机受损,5架完好。1963年到1997年的前17年,该原因引起的年事故率基本保持不变,1982年起有所降低,并一直到1997年保持较低水平。近10年的每1000架在册直升机的该原因年事故率则有显著的降低。
单发活塞直升机最易在农业操作和一般用途时出现机身失效,因为此时持续低空飞行和障碍物距离近,速度低、受风的影响大。巡航和机动阶段是此类事故的多发飞行阶段,共发生427起事故。发动机到主旋翼变速箱的离合器和尾旋翼传动轴及主、尾旋翼桨叶是此类直升机最常出故障的地方,疲劳是造成失效的最大原因。
⑵ 单发涡轴直升机
美国单发涡轮轴民用直升机机队在越南战争结束后开始迅速扩大,到了80年代中期,继活塞直升机之后也出现大幅下滑之势,10年后,它又开始经历增长阶段。自从商业制造的单发涡轴直升机进入民用市场后,已渐渐成为直升机工业的支柱。1997年单发涡轴和单发活塞直升机的在册数量大致相等。
涡轴发动机性能较活塞发动机有了较大改善,因而涡轴直升机的出现使得直升机安全性得到了提高。1964~1997年单发涡轴直升机共出现事故2247起,年事故率基本呈下降趋势。1986年之前,每1000架在册直升机的年事故率都为下降趋势,1986年之后则基本保持不变。
单发涡轴民用直升机的2247起事故,有1568起(70%)和4种主要事故原因有关,它们是发动机动力丧失、飞行中与物体相撞、失去控制、机身/部件/系统失效或故障。机身/部件/系统失效或故障、失去控制和飞行中与物体相撞的每100次事故死亡率都很高,而发动机动力丧失的每100次事故死亡率较低。

表7单发涡轴直升机和活塞直升机事故对比(1964~1997)
NTSB第一事故原因分类 单发涡轴 单发活塞
数量 % 数量 %
发动机动力丧失 704 31 1554 29
飞行中与物体相撞 298 13 953 18
失去控制 284 12 625 11
机身/组建/系统失效或故障 282 12 639 12
其他 629 27 1600 29
总计 2247 100 5371 100

表8单发涡轴直升机死亡率分布(1964~1997)
NTSB第一事故原因 死亡人数 每100起事故死亡率
机身/部件/系统失效/故障 157 56
失去控制 155 55
飞行中与物体相撞 140 47
发动机动力丧失 129 18

表9单发涡轴直升机事故分类
飞行性质 飞行阶段
旅客服务 642 巡航 633
一般用途 520 起飞 353
商务用途 209 着陆 301
个人使用 200 机动 270
空中作业 150 悬停 247
运送/改变位置 135 进近 146
指导/训练 127 站立/静止不动 97
行政/公务 97 下降 73
公共/军事用途 93 不确定/其他 47
飞行/维护试验 67 滑行 40
不确定/没有报告 7 爬升 40
总计 2247 总计 2247
① 发动机动力丧失
单发涡轴直升机因发动机动力丧失造成704起事故,129人死亡,237人重伤,1480人轻伤或未受伤,139架直升机损坏,546架受损,9架基本完好。1987年开始发动机动力丧失的年事故率逐年下降,每1000架在册飞机的动力丧失事故率一直呈逐年下降。单发涡轴直升机发动机动力丧失事故最多发生在运送乘客飞行中,和单发活塞直升机相似,巡航飞行(314次)是事故多发阶段,其次是起飞和悬停阶段。在704次事故中,由于燃油/空气混合问题引起的事故有299起,发动机结构失效事故189起,不确定原因发生事故181起。
② 飞行中和物体相撞
1964~1997年单发涡轴直升机发生飞行中和物体相撞事故298起,造成140人死亡,106人重伤,442人轻伤或未受伤,114架飞机毁坏,182架受损,2架完好。后17年内,该原因发生的直升机年事故数逐年下降,每1000架在册直升机年事故率则呈微小下降。单发涡轴直升机多在一般用途和运送旅客任务中发生此类事故,并且在各个飞行阶段发生空中与物体相撞的比率均等。飞行中与电线/杆相撞的事故有298次,占45%。与单发活塞直升机的53%的事故率对比,单发涡轴直升机的驾驶员似乎比单发活塞的躲避物体更成功。驾驶员错误决定是大部分事故的主要原因。主旋翼和尾旋翼是事故中主要受撞击的直升机部件。
③ 失去控制
单发涡轴直升机发生失去控制的事故总数为284起,引起155人死亡,123人重伤,476人轻伤或未受伤,125架直升机损坏,159架受损。该原因发生的年事故率在头15年内为缓慢上升趋势。1981年开始,则快速增加,到1984年达到20次的顶峰,1984年后维持了近10年的下降局面,1997年则又达到20次的水平。每1000架在册直升机的年事故率在后17年内变化不大。
单发涡轴直升机易在商业运输活动中出现失去控制的事故,训练和私人使用中较少。由于其发动机转速管理机制较好,旋翼RPM已不构成引起失去控制事故的主要原因,这比单发活塞直升机有了巨大进步。单发涡轴直升机失去偏航控制的比率比单发活塞高近2倍,但垂直方向的失控事故则少于单发活塞直升机。
④ 机身/部件/系统失效或故障
1964年到1997年的34年内单发活塞直升机机身/部件/系统失效或故障的事故计282起,157人死亡,110人重伤,438人轻伤或未受伤,111架直升机被毁,163架受损,8架完好。在34年的头17年该原因出现的年事故率几乎呈线性增长,这一时期标志着第一代单发涡轴直升机逐步走向成熟的过程,1982年达到高峰后,则逐渐下降,趋于水平。随着70年代单发涡轴直升机的广泛使用,机身失效年事故率从1971年的10%增长到1997年的15%。从1972到1991年,每1000架在册直升机机身失效年事故率得到持续改善,但到1991年后,基本保持在每年每1000架在册直升机2.5次。
单发涡轴直升机在巡航阶段经历的机身失效事故最多,有107次,占282次中的38%。悬停、起飞和巡航阶段传动和旋翼系统失效出现事故191起。传动系统(主旋翼和尾旋翼)和旋翼系统是出现问题最多的两处,发动机变速器、尾旋翼传动系统失效占103起传动系统事故的89起,疲劳引起的主旋翼和尾旋翼系统失效则引起88起事故。
⑶ 双发涡轴直升机
双发涡轴直升机于1961年进入美国民用直升机机队,当初发展双发涡轴直升机主要有两个目的,第一是单个涡轴发动机没有足够的动力满足大型直升机负载的需要;第二是人们错误的认为采用两台发动机能提高安全性。美国在册的双发涡轴直升机在1963年底只有不到50架,1997年发展到有大约1200架。1997年每1000架在册双发涡轴直升机的年事故率为8.2次。
1964~1997年的这一时期,双发涡轴直升机共发生事故302起,70%的事故都和4种第一事故原因有关:发动机动力丧失、飞行中与物体相撞、失去控制和机身/部件/系统失效或故障。每100次事故死亡率最高的是空中相撞、地面/水面与物体相撞、机身失效、天气和飞行中与地形/水面相撞等事故原因。
表10双发涡轴直升机和单发涡轴直升机事故对比(1964~1997)
NTSB第一事故原因分类 单发涡轴 双发涡轴
数量 % 数量 %
发动机动力丧失 704 31 39 13
飞行中与物体相撞 298 13 43 14
失去控制 284 12 40 13
机身/部件/系统失效或故障 282 12 89 29
其他 629 27 91 36
总计 2247 100 302 100
发表于 2012-11-8 09:30:17 | 显示全部楼层

表11双发涡轴直升机死亡率分布(1964~1997)
NTSB第一事故原因 死亡人数 每100起事故死亡率
机身/部件/系统失效/故障 148 166
失去控制 38 95
飞行中与物体相撞 35 81
发动机动力丧失 16 41
表12双发涡轴直升机事故分类
飞行性质 飞行阶段
旅客服务 97 巡航 84
一般用途 49 起飞 36
运送/改变位置 46 着陆 35
行政/公务 31 悬停 32
商务用途 23 机动 30
飞行/维护试验 16 进近 26
指导/训练 13 站立/静止不动 22
公共/军事用途 12 滑行 15
个人使用 6 爬升 14
不确定/没有报告 5 下降 6
空中作业 4 不确定/其他 2
总计 302 总计 302
① 发动机动力丧失
从1964年到1997年,发动机动力丧失引起双发涡轴直升机事故39起,造成16人死亡,26人重伤,98人轻伤或未受伤,13架直升机毁坏,21架受损,5架完好。1990年到1997年,双发涡轴直升机每1000架在册飞机年事故率基本保持不变。双发涡轴直升机引入民用直升机机队大大减少了动力丧失的事故率,从单发涡轴的31%比率降低到了13%。但是由于双发涡轴直升机用于旅客运输,而随着载客人数的增多,严重的事故导致了更高的死亡率。单发涡轴每100次事故的死亡率是18人,而双发涡轴的数字是41人。
多数双发涡轴直升机动力丧失事故都发生在旅客服务和一般用途活动中。燃油/空气混合问题引发了17起事故,发动机结构失效引起事故15起,不确定因素引起的事故6起。39起事故的23起(约60%)都发生了两台发动机丧失动力的状况。和单发活塞、单发涡轴直升机相似,双发涡轴直升机同样面临燃油、空气的清洁问题。双发涡轴直升机在各个飞行阶段都可能发生动力丧失事故,巡航和大功率操作飞行阶段发生事故18起。

② 飞行中和物体相撞
双发涡轴直升机1964年~1997年发生飞行中和物体相撞事故共43起,有35人死亡,29人重伤,111人轻伤或未受伤,16架直升机损坏,25架受损,2架完好。1987年到1997年每1000架在册直升机的空中和物体相撞的年平均事故率为1~2次。
由于双发涡轴直升机是旅客运输的理想选择,因此有44%的事故都发生在旅客服务过程中,尤其是运送旅客到或离开近海石油平台。起飞和着陆出现事故有21起,起飞前的滑行或悬停出现事故11起,而巡航阶段的事故较少。电线和树仍是容易被撞的物体。在NTSB有直升机被撞部分的详细记录的14起事故中,75%都是尾旋翼损坏。
③ 失去控制
1964到1997年34年间双发涡轴直升机失去控制的事故40起。每1000架在册飞机平均年事故率约是3.93次,和单发涡轴直升机的3.83次接近。1997年双发涡轴直升机数量只占整个民用直升机数量的约10%,失去控制出现的事故数也只是整个直升机机队该类事故的少数,约为每年1次多点。双发涡轴直升机在各个坐标轴方向失去控制的比率均等。
④ 机身/部件/系统失效或故障
1965年到1997年,双发涡轴直升机由于机身/部件/系统失效或故障发生的事故89起,造成148人死亡,37人重伤,267人轻伤或未受伤,34架飞机毁坏,40架飞机受损,15架飞机完好。双发涡轴直升机的机身失效事故率(29.5%)比单发活塞(12.8%)和单发涡轴(11.7%)都要高,这主要是因为其动力丧失事故占所有事故的比率较小。双发涡轴直升机的机身失效年事故率和每1000架在册直升机的年事故率都呈逐年降低之势。
双发涡轴直升机的机身失效事故多发生在旅客服务中,52%的机身失效事故发生在巡航阶段,起飞阶段的事故24起。传动和旋翼系统失效引起了61起事故,占机身失效事故总数的68%,其中疲劳引起的主旋翼和尾旋翼系统失效事故29起。
⑷ 其他类型的民用直升机
美国民用直升机机队还有一些非专业制造的自转旋翼机(autogyro)和单座直升机,该机队一直以稳定的速度逐年扩大,到1997年大约有3000架,并将以每年80~120架的速度继续增加。业余制造的直升机约占该机队数量的1/3。大部分业余制造的自转旋翼机和直升机都采用单发活塞发动机。
1964年~1997年间,NTSB共记录该类旋翼机机队发生516次事故,失去控制是大部分事故的原因,不少于165次的事故由此原因引起。燃油/空气混合问题引起了111起发动机动力丧失事故中的40起,飞行中与物体相撞的事故率相对其他原因发生事故较少,传动和旋翼系统引起了73起机身失效事故中的33起。
表13 业余单发活塞直升机和商业制造的活塞直升机事故对比(1964~1997)
NTSB第一事故原因分类 单发活塞商业制造 单发活塞业余
数量 % 数量 %
发动机动力丧失 111 21 1554 29
飞行中与物体相撞 28 5 953 18
失去控制 165 32 625 11
机身/组建/系统失效或故障73 14 639 12
其他 139 27 1600 29
总计 516 100 5371 100

表14 其他类型民用直升机事故分类
飞行性质 飞行阶段
个人使用 358 起飞 127
指导/训练 82 巡航 93
飞行/维护试验 43 着陆 74
一般用途 13 机动 70
商务用途 11 进近 54
空中作业 4 悬停 28
运送/改变位置 3 不确定/其他 24
旅客服务 1 滑行 19
不确定/没有报告 1 下降 12
行政/公务 0 爬升 10
公共/军事用途 0 站立/静止不动 5
总计 516 总计 516

2.3.5事故原因总结
以上讨论了4类直升机机队的飞行事故原因,虽然直升机的种类各不相同,但它们的事故有着很多共同的原因,总结有以下几条:
① 对于3种商业制造的直升机来说,单发涡轴直升机的安全记录比单发活塞直升机有了很好的提高,19**,单发涡轴直升机每10万飞行小时的事故率比单发活塞的要低3倍(单发活塞10万飞行小时事故率14.5次,单发涡轴直升机10万飞行小时事故率4.7次)。但是随着90年代单发涡轴直升机机队的增大,年事故率有上升趋势。因此,在直升机数量扩大的同时,相应的安全措施更要加强。
② 30%的单发活塞或单发涡轴直升机事故都是由于发动机动力部分或全部丧失而引起。而动力丧失的主要原因并不是发动机结构失效,而是燃油/空气混合问题。该种原因引起事故985起,而发动机结构失效的事故为452起。985次油/气混合问题的根源都是人为错误。许多直升机驾驶员忽视了使用干净的燃油和燃油/空气比例适当的问题。虽然双发涡轴直升机发生发动机动力丧失的事故数较少,但39次事故中的23起发生了动力的全部丧失,另外16起是部分丧失。39次事故的17次是由于和单发直升机相似的燃油/空气混合问题引起。由此,直升机(不管何种发动机)动力丧失事故的50%都是由燃油/空气混合不当引起,大约有25%到30%的动力损失事故和发动机结构故障有关。
③ 飞行中与物体相撞是3种直升机的常见事故,共发生1294起,共有720起撞到电线或杆子,205起撞到树。单发活塞直升机最易发生此类事故,因为它常进行农业操作,而主旋翼和尾旋翼被撞到的几率相同。单发涡轴直升机用于完成空中作业任务的情况较少,经历尾旋翼撞击和主旋翼受撞的比率为4:3。双发涡轴直升机尾旋翼受撞的几率是主旋翼的2倍多。
④ 商业制造的直升机机队失去控制发生的事故占所有事故的12%。而业余制造的旋翼机发生失控的事故是前者的3倍。对于只有1个主旋翼构型的直升机来说,飞行过程中必须控制反扭矩,这是发生失去控制事故的最大原因。
⑤ 机身/部件/系统失效/故障也是民用直升机事故的主要原因之一,共发生事故1083起。尾旋翼和主旋翼系统部件是失效事故的高发区。商业制造的直升机尾旋翼传动机构失效发生事故192起,尾旋翼控制系统失效引起56起事故,尾旋翼叶片/桨毂失效事故186起,尾梁失效事故36起。主旋翼系统失效事故共404起,发动机到主旋翼的变速箱失效事故137起,控制系统失效的事故103起,叶片/桨毂失效事故112起。
3.结束语
直升机技术的进步和经济发展的需要,都将继续促进民用直升机的应用。今后20年,我国的民用直升机将会有大的发展。民用直升机必将会为我国的经济建设作出巨大的贡献。在民用直升机广泛应用的同时,更应加强使用安全的意识和措施,使其更好的发挥服务功能。
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