Как современные вертолеты справляются с состоянием вихревого кольца?

Водитель вертолета здесь.

Я не знаю никаких технических особенностей, которые могут предотвратить это. Проще говоря, диск должен ускорять воздух вниз, чтобы создать подъемную силу. Если вертолет снижается в этом нисходящем ускоряющемся воздухе, он проходит через диск, что приводит к катастрофической потере подъемной силы.

Профилактические меры таковы:

1. Помните об условиях полета, при которых может возникнуть состояние вихревого кольца.
2. Не летайте в этих условиях.
3. Уметь распознавать симптомы состояния вихревого кольца.
4. Поймите и попрактикуйтесь в правильной технике восстановления, которая чаще всего заключается в полете в любом направлении от вихря.

Я не инженер-аэродинамик, но сомневаюсь, что для этого существует физическое решение, а если бы оно и существовало, оно, вероятно, уже было бы реализовано.

В Википедии есть интересная статья об опасностях .

Тактика уклонения, упомянутая в этой статье, заключается в том, чтобы избегать быстрых снижений на малой скорости полета вперед — это кажется разумным, поскольку именно здесь несущие винты будут подвергаться воздействию собственного нисходящего потока.

И предпочтительная реакция, также описанная там, состоит в том, чтобы использовать циклический полет, чтобы лететь вперед, чтобы двигаться в менее возмущенном воздухе.

(Я слышал, что еще одной причиной этого состояния является полет в узкие места среди высоких зданий, но, к сожалению, мне не удалось найти ссылку.)

Поздний ответ, но я хотел привлечь внимание к этому прекрасному видео , которое показывает состояние вихревого кольца, использование вертолета с распылителем, распыление водяного тумана, чтобы визуализировать воздушный поток вокруг роторов. Примерно на 2:28 видео этот вертолет входит в состояние вихревого кольца, и вы можете точно увидеть, что происходит с воздушным потоком над роторами.

Когда вертолет снижается слишком быстро с небольшой скоростью полета вперед или без нее, нисходящая струя закручивается и прерывает воздушный поток на верхней части винтов. Конечный результат почти такой же, как и при разрыве воздушного потока над крылом самолета, например, у самолета с недостаточной скоростью движения вперед и большим углом атаки ... он убивает большую часть подъемной силы. По сути, лопасти глохнут, и вертолет падает еще быстрее.

Подтягивание коллектива сделало бы то же самое, что вытягивание руля заглохшего самолета... это только усугубило бы плохую ситуацию.

Решение состоит в том, чтобы выйти из турбулентного воздушного потока, либо наклонив вертолет вперед, либо, как показано в видеоролике, демонстрирующем прием Вулчарда, наклонившись в одну сторону. Как вы можете видеть на видео, вертолет довольно быстро восстанавливается, а туман показывает, как наклон в одну сторону восстанавливает плавный поток воздуха на вершинах винтов, достаточный для остановки слишком быстрого снижения.

Или, как отмечает Саймон... лучшее решение - знать свой самолет и не позволять ему попасть в VRS в первую очередь... так же, как и в случае с самолетом с неподвижным крылом, вам настоятельно рекомендуется не позволять ему попасть в режим VRS. остановленное состояние.

Левое изображение выше из книги Дж. Гордона Лейшмана «Принципы аэродинамики вертолета» изображает состояние вихревого кольца, когда след под ротором повторно попадает поверх него. Действительно опасная ситуация, поскольку добавление мощности может привести только к увеличению скорости вихря.

В разделе 5.3 книги Лейшмана можно найти более подробное обсуждение VRS. Количественная оценка дается как индуцированная потеря мощности в VRS: измеренные данные показывают коэффициент потери мощности почти 2 в некоторых обстоятельствах, и в этом заключается одна из проблем при попытке восстановления путем добавления мощности. Двигатель просто не рассчитан на такую ​​эффективную потерю мощности.

Еще одна проблема — колебания расхода, приводящие к колебаниям тяги до 40% в зависимости от нагрузки на диск:

ВКР сопровождается крайне нестационарным (апериодическим) полем течения, окружающим ротор.

В общем, опасная ситуация, поскольку колебания потока связаны с потерей предсказуемости. Лучше избегать, хотя одним из способов восстановления является уменьшение угла атаки ротора:

Обратите внимание, что флуктуации быстро уменьшаются по мере того, как угол атаки диска уменьшается ниже 50°, и это согласуется с опытом пилотирования вертолетов, который показывает, что составляющая поступательной скорости вызывает быстрый выход несущего винта из VRS.

После настройки управления полетом симулятора вертолета CH-53 и пробного полета я случайно получил симулятор в VRS в разреженном горном воздухе, окружающем смоделированную авиабазу. Инструктор сказал мне дать полный левый боковой, дождаться, пока вертолет достигнет значительного угла крена, затем полный правый боковой, затем снова средний; затем вернитесь в горизонтальное положение, нажимая циклически вперед. Начальное боковое движение действительно изменило AoA диска достаточно быстро, чтобы выйти из VRS довольно быстро.

Я не знаю, преподается ли это как практика восстановления на реальном вертолете, или это работает только в (высокоточном военном) симуляторе.

Есть четыре фактора: низкая скорость полета менее 20 узлов, частичная мощность, высокая скорость снижения более 300-500 футов в минуту и ​​крутой угол снижения более 30 градусов. Каким-то образом самолет должен снижаться, либо путем установки, либо другими способами под углом более 30 градусов. Удалите любой из этих четырех элементов, и VRS будет невозможен.