Как полная масса влияет на авторотацию вертолета?

Факторы, влияющие на аэродинамику авторотации вертолета, включают воздушную скорость, полную массу, число оборотов несущего винта и высоту по плотности. Влияние этих факторов можно изучить на нескольких этапах авторотации, включая вход в атмосферу, установившееся снижение, выравнивание и приземление. Эффекты общего веса кажутся мне очень неинтуитивными, поэтому я хотел бы пояснить, как общий вес влияет на стационарное снижение и, в частности, подъем.

Спуск в устойчивом состоянии

В моей книге по аэродинамике вертолетов написано следующее:

Полная масса определяет число оборотов при заданном общем шаге. При большом общем весе для поддержания желаемого числа оборотов требуется больший шаг лопастей, поэтому более высокий общий вес приводит к более медленной скорости спуска, при условии, что все остальные переменные остаются неизменными.

Таким образом, большой общий вес снижает скорость снижения. Это неинтуитивно для меня, поэтому я пытаюсь построить логический путь. Я знаю по опыту, что крутые повороты во время авто вызывают увеличение оборотов. Крутые повороты увеличивают положительные перегрузки самолета, что эквивалентно увеличению веса. Таким образом, более высокий общий вес будет иметь тенденцию к увеличению оборотов, что потребует от пилота увеличения общего шага (шага лопастей) для поддержания оборотов. Есть вопрос 1: почему увеличение веса (или перегрузки) приводит к увеличению оборотов ротора?

Второй логический шаг заключается в том, как это необходимое увеличение шага лопасти уменьшит скорость снижения. Я понимаю, что увеличенный шаг лопастей увеличивает угол атаки, тем самым увеличивая подъемную силу, создаваемую несущими винтами. Однако этой увеличенной подъемной силе противостоит увеличенный вес, с которого началась вся эта дискуссия. Вот вопрос 2: при заданном увеличении веса будет ли результирующее увеличение подъемной силы больше? Кажется, это единственный способ добиться более низкой скорости спуска.

Вспышка и приземление

В руководстве по летной эксплуатации моего вертолета есть следующая диаграмма под названием « Минимальная высота для безопасной посадки после отказа двигателя » .

Схема авторотации вертолета

Эта диаграмма показывает, что при заданной высоте плотности небезопасно быть слишком тяжелым во время авто. Я предполагаю, что опасность связана с выравниванием и приземлением, так как при спуске кажется более безопасным иметь меньшую скорость снижения. Моя интуиция подсказывает мне кое-что о том, как несущие винты накапливают энергию в виде числа оборотов в минуту во время снижения, а выброс и приземление рассеивают эту энергию, чтобы замедлить поступательную и вертикальную скорость вертолета. Кажется интуитивно понятным, что более тяжелому вертолету потребуется больше энергии для замедления, а это означает, что при некотором пороговом весе и выше вертолет не сможет достаточно развернуться, чтобы мягко приземлиться. Но есть ли более строгое объяснение того, что большая полная масса опасна в «низу» авторотации, т.е. как запасается и рассеивается энергия в роторах?

Ответы (2)

С увеличением веса скорость снижения действительно будет увеличиваться при том же суммарном входе (тот же угол шага лопастей несущего винта). Скорость ротора увеличится, а восходящий поток через ротор увеличится. Я думаю, твоя интуиция в этом хороша, верно?

Теперь предположим, что вы хотите уменьшить скорость ротора до той, которая была при меньшем весе. Вам нужно будет увеличить коллектив, который замедляет скорость снижения (и обороты в минуту) за счет увеличения подъемной силы лопастей несущего винта. Когда вы поддерживаете первоначальную скорость вращения ротора, откуда вы знаете, что скорость снижения будет меньше, чем первоначальная скорость снижения? Это немного сложнее увидеть, но один из способов увидеть это - нарисовать диаграмму аэродинамического профиля на поперечном сечении несущего винта как в исходном (легкий вес), так и в новом (больший вес, те же обороты) состоянии.

(Попозже постараюсь добавить сюда фото.)

Вы знаете, что поток воздуха в плоскости ротора одинаков (такая же скорость ротора) и чистый крутящий момент такой же (по-прежнему нет мощности двигателя). Величина сопротивления также примерно одинакова для разумного аэродинамического профиля. Что отличается, так это более длинный вектор подъемной силы и поток воздуха вверх через ротор. Единственный способ для этого более длинного вектора подъемной силы не ускорять ротор (до более высоких оборотов в минуту) - это слегка «наклонить вверх». Поскольку этот вектор подъемной силы перпендикулярен новому потоку (а число оборотов в минуту такое же), он наклоняется вверх за счет уменьшения скорости спуска.

Если посмотреть на ситуацию с точки зрения мощности, увеличение веса (или любое увеличение нагрузки) требует большей мощности. Поскольку у вас нет этой мощности, вертолет будет снижаться быстрее, больше воздуха будет проходить через ротор, что приведет к увеличению оборотов. Надеемся, что это увеличение числа оборотов обеспечит достаточную подъемную силу для стабилизации вертикальной скорости. Увеличение шага, чтобы поддерживать число оборотов в минуту, обеспечивает подъемную силу несколько более эффективным образом, поэтому вертикальная скорость будет немного снижена (по сравнению с ситуацией снижения с общим плашмя и криком оборотов, превышающим предел).

Тем не менее, я нахожу утверждение в вашей книге очень запутанным. Может я что-то упускаю, но более тяжелый вертолет при одинаковых условиях будет снижаться быстрее, чем более легкий. Ему нужно больше энергии, чтобы летать, и единственный способ получить ее — быстрее снижаться. Это делает приземление более опасным, потому что у вас больше вертикальной скорости, которую нужно компенсировать во время выравнивания, и больше веса, чтобы смягчить перед приземлением. Если бы увеличенный вес и увеличенная нагрузка на ротор обеспечивали более низкую скорость снижения, я думаю, все бы использовали авторотацию в полностью загруженном вертолете и делали крутые повороты до самой земли :)

Как полная масса влияет на авторотацию вертолета?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v