Как пилот вертолета выполняет посадку с авторотацией?

Я собираюсь предположить, что под «критическим» вы подразумеваете живучесть. Я также предположу, что отказ двигателя произойдет на высоте, которая вас убьет.

Это не столько критические шаги, сколько критические результаты. Единственным наиболее важным результатом является сохранение или восстановление числа оборотов ротора. Какие шаги необходимы для этого, будет зависеть от того, что делает самолет, когда двигатель выходит из строя, и, в меньшей степени, от типа вертолета. Я обобщу для "среднего" вертолета в прямолинейном и горизонтальном полете.

Немедленное действие, которое внушают каждому с самых первых часов студенческой жизни, — это снижение коллектива. Это имеет три эффекта. Он удаляет положительный шаг лопастей, что устраняет большую часть сопротивления, он выравнивает вектор тяги несущего винта с осью вращения несущего винта, поэтому не использует энергию несущего винта ни на что, кроме подъемной силы, и заставляет муфту отключать несущий винт от двигателя, позволяя ему на холостом ходу. С этого момента вы направляетесь обратно к земле.

Второе немедленное действие одновременно со снижением коллектива (предполагая полет вперед) - это оттянуть цикл на факел. Это нагружает диск, из-за чего он «конусируется» вверх, что уменьшает диаметр диска. Поэтому центр тяжести диска смещается внутрь и за счет сохранения углового момента увеличивается число оборотов ротора. По довольно сложным причинам носовая часть вертолета также будет наклоняться, когда коллектив опускается, поэтому оттягивание назад противостоит этой тенденции.

Третье немедленное действие — нажать на педаль со стороны, противоположной вращению лопастей. Если лопасти вращаются против часовой стрелки (влево, как видит пилот), вы нажимаете на правую педаль, чтобы уменьшить тягу, создаваемую хвостовым винтом, который больше не противодействует рысканью, вызванному сопротивлением рабочего винта. Это менее критично, чем первые два, и хотя это может быть опасно и поставить вас в неудобное положение, обычно можно восстановиться, если вы не нажмете педаль сразу. Если у вас есть обороты ротора, то вы можете разобраться.

Теперь вы успешно вошли в авторотацию. Отсюда летите более или менее нормально к следующей критической точке, которая находится примерно в 50 футах от земли.

Что вы сделали, так это удостоверились, что у ротора есть обороты в минуту, и что вы управляете энергией, обменивая потенциальную энергию (высоту) на кинетическую энергию (об/мин ротора). Преобразование осуществляется воздушным потоком, который теперь выходит из-под диска и «приводит в движение» ротор для поддержания оборотов. Шаг нейтральный или, может быть, даже отрицательный, но относительный поток воздуха теперь направлен вверх через диск, и поэтому лопасти имеют положительный угол атаки и создают некоторую подъемную силу. Это предотвращает падение вертолета. В результате создания этой подъемной силы возникает некоторое сопротивление, но оно легко преодолевается силой, которая теперь приводит в движение ротор от этого восходящего воздушного потока.

Пока вы спускаетесь, это преобразование будет происходить, и ваш RPM будет поддерживаться. Элементы управления настроены таким образом, что при полностью опущенном коллективе число оборотов в минуту остается в нормальном диапазоне. Иногда его приходится немного подправлять небольшими колхозами, вспышками и разворотами, но в целом вы просто летите к месту приземления. Допустимый диапазон оборотов больше при авторотации. Например (и по памяти), у R22 дальность 97-103% в обычном полете и 90-110% на авторотации.

Теперь вы спускаетесь с высокой скоростью снижения и, как правило, со значительной скоростью движения вперед. Вам нужно уменьшить оба из них, чтобы добраться до безопасного прибытия. Для этого есть еще три важных шага.

Начиная примерно с 50 футов (в зависимости от множества факторов, но давайте остановимся на среднем вертолете, который вошел в авторотацию с прямой и ровной высоты на значительной высоте), вы разгоняете самолет, оттягивая его назад на циклическом. Это немедленно начнет замедлять самолет. Он также начнет увеличивать обороты (теперь вы конвертируете скорость в кинетическую энергию ротора).

В то же время вы увеличиваете коллектив, чтобы уменьшить скорость спуска за счет увеличения создаваемой подъемной силы. Это быстро увеличит сопротивление, но теперь энергия, необходимая для поддержания числа оборотов в минуту, поступает от вспышки, которая преобразует скорость в число оборотов в минуту. Вам также нужно нажать на педаль, чтобы предотвратить рыскание самолета по мере увеличения сопротивления несущего винта.

При условии, что вы сделаете правильный вход и ваша сигнальная ракета уменьшит скорость и скорость снижения до чего-то приемлемого, тогда вы уйдете. Вы можете разбить вертолет и сломать несколько костей, но достигните высоты 10 футов со скоростью всего 20 узлов и 150 футов в минуту, и вам это сойдет с рук.

Если вы хорошо обучены и имеете практику, то приземлитесь безопасно и плавно, не повредив ни машину, ни людей.

Таким образом, важные шаги:

Вход. Рычаг вниз, цикл назад, педаль нажата.

Прибытие. Циклический ход назад, рычаг вверх, педаль внутрь.

Это не предназначено для того, чтобы быть чем-то вроде полного ответа, а скорее комментарием непрофессионала, чтобы привязать к очень хорошему объяснению Саймона.

В режиме снижения с циклическим опусканием лопасти имеют отрицательный шаг по отношению к обычному, и поток воздуха через них добавляет им энергию (до некоторого контролируемого предела), а не передает энергию от них. Ротор становится накопителем энергии — «крылатым маховиком». Наличие ротора на максимально допустимых оборотах в этом режиме максимизирует накопленную энергию. Как только вы достигнете максимально допустимых оборотов, лопасти можно будет использовать для максимального сопротивления падению при условии поддержания скорости вращения — ротор подобен большой плоской пластине. теперь машина будет падать с предельной скоростью* для максимальной комбинации сопротивления.

Когда вы «вспыхиваете» и поднимаете коллектив, шаг лопастей снова становится положительным, и вы снова имеете моторный вертолет. НО он питается от инерционной энергии, хранящейся в массе узла вращающихся лопастей, и вы собираетесь использовать ее очень быстро — у вас есть несколько секунд полета, при этом скорость вращения ротора падает по мере того, как от него отбирается энергия. Вспышечная процедура предназначена для использования запасенной энергии вращения таким образом, чтобы оптимизировать переход от скоростей до вспышки к скоростям после вспышки.

* Конечная скорость авторотации:

Я не исследовал это, поэтому могут быть причины, по которым это неверно, но, основываясь на многих других сценариях блефа, падающих объектов, кажется вероятным, что скорость падения будет близка к тому, что предсказывает классическое уравнение сопротивления, поэтому падающее сопротивление ротора или масса машины определяется

куда

• $\rho =$плотность воздуха ($1.2\ \mathrm{kg/m^3}$почти на уровне моря)
• $A =$область ($\mathrm{m}^2$)
• $V =$скорость ($\mathrm{m/s}$)
• $C_d =$коэффициент лобового сопротивления относительно плоской пластины, скажем, 0,8 в этом случае

Следовательно$\mathrm{mass} \cdot g = 0.6 \cdot 0.8 \cdot A \cdot V^2$

и конечная скорость

Конечная скорость автоповорота в$\mathrm{m/s}$затем

Хотя это предположение основано на ряде предположений, общий принцип дает удовлетворительно хорошие, хотя и приблизительные результаты для таких разнообразных объектов, как поле, мыши, шары для боулинга, парашютисты и грузовые парашюты. (Это работает только для капель дождя, когда вы понимаете, что они обычно падают в форме сплющенного диска, когда достигают предельной скорости.)

Пример:

Robinson R22 Beta II , полная масса 620 кг, радиус ротора 151 дюйм. Используйте 600 кг и площадь ротора-диска 46 квадратных метров:

Ищем дальше…

Я вижу, что не должен был начинать это. Очаровательный. Время еды.
Приведенная выше формула дает довольно высокую скорость автоповорота, и это хорошо. Вероятно, на 50%+ выше, чем на самом деле. Возможно, из-за отрыва от диска в планирующем полете вперед.

1000 футов в минуту$\approx 5\ \mathrm{m/s}$. На различных страницах упоминаются значения скорости спуска с автоматическим вращением от 1300 до 1800 футов в минуту.

Калькулятор, связанный с автоповоротом, и МНОГОЕ НАМНОГО больше - превосходно . Включает комментарии -

• Ротор на вертикальном авторотации имеет такое же сопротивление, как и парашют того же диаметра. Эта скорость снижения также примерно в два раза превышает скорость, вызванную зависанием.

• 2500 фут/мин — разумный верхний предел для больших вертолетов, т. е. 13 м/с.

• The $t/k$передаточное отношение, которое представляет собой время в секундах, в течение которого ротор может поднять измельчитель при остановленном двигателе. это отношение$J\cdot\Omega^2$деленное на 4-кратную мощность, необходимую для зависания. (Четверка исходит из того факта, что можно использовать только половину кинетической энергии, хранящейся в системе ротора). Праути использует более сложную формулу, учитывающую$C_l$и$C_d$роторной системы, но если использовать уравнение [$\mathrm{Power\ OGE} = (61\cdot10^{-3}/Dia_{rot}) \cdot \sqrt{m^3/ro})$все в метрике (с$ro = 1.225\ \mathrm{kg/m^3}$на уровне моря], и разделите полученное значение пар 0,84 (для мощности TR и потерь при передаче), и подставьте это значение в расчет t/k, это работает...

  Так$t/k = \frac{J\cdot\Omega^2}{4\cdot\mathrm{Power\ OGE}}$в секундах.

  The $t/k$Robinson R22 составляет 0,8 (слишком мало, я согласен), и практически вы хотите$t/k$примерно от 1,2 до 1,7 секунды, что примерно вдвое больше, чем у Робинзона.

• Вертолет UltraSport-254 имеет крайне низкую нагрузку на диск и скорость снижения на авторотации 900 футов/мин. Говорят, что на авторотации он может приземлиться, затем взлететь и снова приземлиться, используя только инерцию несущих винтов. Osprey V-22 имеет чрезвычайно высокую нагрузку на диск. Данные испытаний показывают, что самолет столкнулся с землей со скоростью снижения около 3700 футов/мин.

Обсуждение Robinson R22 - познавательно. Комментарии по автоповороту и многое другое.

• Благодаря небольшому весу и малоинерционной роторной системе R22 не прощает ошибок или медлительности пилота. После отказа двигателя, реального или смоделированного, у вас и инструктора будет 1,6 секунды, чтобы снизить коллектив и войти в авторотацию. Любая задержка более 1,6 секунды будет фатальной, поскольку скорость вращения ротора, упавшая ниже 80 процентов, не может быть восстановлена. :-(

  ---

Искусство авторотации
Чрезвычайно хорошее руководство по авторотации и обсуждение с рядом указателей на тайные знания.

Видео - Посадка R22 на {почти} нулевой скорости на авторотации Комментарии пользователей полезны.

Прайс-лист R22 - просто для интереса