Почему *вертикальная* авторотация на вертолете не рекомендуется?

Когда двигатель выходит из строя в вертолете с одним двигателем, он может автоматически вращаться обратно на землю: он отдает потенциальную энергию от снижения высоты, чтобы поддерживать вращение ротора, который затем продолжает обеспечивать подъемную силу. Авторотация может происходить прямо вниз в вертикальном полете, но общая рекомендация состоит в том, чтобы поддерживать поступательную скорость, как при планировании с неподвижным крылом: скорость снижения намного ниже, если есть поступательная скорость.

Источник изображения

Вертолеты ассоциируются у нас с зависанием, но это требует напряженных усилий. Даже небольшая поступательная скорость создает поступательную подъемную силу, что значительно облегчает ротору создание подъемной силы:

• Прямой приток наклоняет вектор подъемной силы вперед, уменьшая индуктивное сопротивление и крутящий момент лопасти и увеличивая подъемную силу. Или сформулировать по-другому: воздушный поток уже втекает, и его не нужно разгонять с нуля. Ротор теперь начинает работать как неподвижное крыло.
• Воздушный поток через ротор испытывает меньше помех со стороны фюзеляжа.

Влияние поступательной скорости на автороторальную скорость снижения показано на графике в этой книге :

Возвращаясь к вертикальному авторотации: вертикальный восходящий воздушный поток должен пройти через ротор достаточно быстро, чтобы достичь состояния ветряной мельницы, чтобы подъемная сила создавалась за счет замедления проходящего через него воздуха. Если мы вычислим составляющую подъемной силы на площадь вертикального авторотирующего ротора, она сравнима с$C_D$значение от 1,1 до 1,2 относительно площади ротора. Согласно этому источнику :

• плоская пластина имеет$C_D$1,28
• у парашюта есть$C_D$1.4.

Таким образом, при вертикальном спуске самовращающийся несущий винт почти так же хорош, как и парашют той же площади — просто размер парашюта немного меньше типичной полезной нагрузки вертолета, в результате чего скорость вертикального спуска составляет от 3600 до 6200 футов/мин. Для сравнения:

• Air France 447 упал на землю со скоростью вертикального снижения 10 000 футов в минуту.
• Самолету капитана Салленбергера потребовалось четыре минуты, чтобы достичь Гудзона при правильном планировании с высоты 2060 футов = в среднем 500 футов в минуту.

Однако два фактора делают авторотацию намного более живучей:

1. Скорость снижения можно «увеличить», оттянув циклический назад (заменив скорость движения вперед на большую кинетическую энергию ротора), а затем увеличить ее непосредственно перед контактом с землей, замедлив ротор и увеличив подъемную силу. У пилота есть только один шанс.
2. Скорость снижения намного меньше, если авторотация выполняется на скорости вперед, лучшая из которых - оптимальная скорость набора высоты.

Обратите внимание, что при вертикальном спуске нет отката циклического, только подъем коллективного - плюс скорость спуска выше. Более высокая скорость и меньшее количество средств для торможения не рекомендуется!

Дополнительное примечание

Ротор ветряка не крутится в другую сторону! Поступающий снизу воздух наклоняет вектор подъемной силы вперед, как в планере. Часть диска ротора приводится в движение аэросилами в том же направлении, что и при работе.

Источник изображения

Есть три веские причины избегать вертикального авторотации.

Во-первых, вертикальная авторотация с большей вероятностью приведет к состоянию вихревого кольца, когда воздух, выходящий из диска ротора, рециркулирует обратно через диск ротора. Затем рециркулирующий воздух в вихревом кольце ограничивает количество воздушного потока/энергии, доступной для преобразования в скорость вращения диска ротора, что имеет решающее значение для успешного завершения той части маневра авторотации, которая необходима для выживания (от разлета до приземления).

Во-вторых, поступательная скорость увеличивает количество энергии, доступной для преобразования в скорость диска ротора.

В-третьих, поступательная скорость позволяет распределить ударную нагрузку при посадке между различными ремнями безопасности и амортизаторами сиденья, тем самым уменьшая нагрузку на какую-либо конкретную ось.

Забывая о ТЕОРИИ... вертикальная авторотация возможна и может быть выполнена безопасно. Чтобы ответить на этот вопрос, заданный мне моим вторым пилотом в тот день во Вьетнаме, я поднял нашу H-Model Huey на высоту 5000 футов и подтвердил зависание. Я опустил колхоз и нажал на газ, чтобы разделить иглы, и отследил обороты ротора, чтобы не допустить превышения скорости, сохраняя при этом циклический центр для истинной вертикальности. Я использовал коллектив, чтобы стабилизировать скорость снижения. Убедившись, что маневр был безопасным, я восстановился на высоте около 1000 футов, продвинув цикл вперед и восстановив мощность.

У нас не было никаких проблем с теорией вихревого кольца или каких-либо указаний на то, что этот маневр опасен. Если бы мне нужно было на самом деле опустить его, я бы инициировал передний циклический аспект, чтобы выполнить стандартный подъем и посадку один раз ниже той 1000 футов, которую я выбрал. В армейской летной школе в 1960-х годах мы практиковали все возможные аспекты авторотации ВСЕГДА к земле без восстановления мощности на 50-футовой ерунде. Лично я считаю безответственным и безумным не обучать пилота вертолета полностью контактным автомобилям с землей. Какие? Собирается ли Бог внезапно появиться и помочь в последние 50 минут или около того?

SIMS НЕ являются приемлемой заменой реальной практики. Мы делали авто с зависанием, авто с разбегом, авто с поворотом на 180° и 360°, авто с торможением на полной скорости, но мой самый любимый назывался «Spot Autos». IP выбрал место на взлетно-посадочной полосе - обычно одно из чисел, и я запустил авто по высоте и скорости по курсу взлетно-посадочной полосы, отметив мой крутой угол планирования через подбородочный пузырь.

Удерживая коллектив на низком уровне и используя только циклический режим, я развел измельчитель почти до полной остановки, внимательно следя за оборотами ротора и при необходимости дергая коллектив, чтобы предотвратить превышение скорости. Cyclic был выдвинут вперед, чтобы снова начать удивительно быстрый спуск - ох, мы могли получить как минимум две, а иногда и три сигнальные ракеты на пути вниз - последняя должна была остановиться прямо на выбранном номере и вытащить то, что по сути было зависанием. авто на посадку.

Мы всегда доводили все наши автомобили до земли всеми этими маневрами, и это было действительно УДОВОЛЬСТВИЕ! Наш ПИ определил опыт и компетентность и проделал отличную работу, привив те же качества всем нам, зная, что там, где мы движемся, нам понадобятся все преимущества обучения, с которыми мы можем справиться. Мои два цента (1955 часов налета боевого вертолета во вьетнамских сликах и пушках).

Вы должны учитывать мощность, необходимую вертолету в полете, которая представлена ​​красной кривой на графике.

Синяя линия — мощность, обеспечиваемая ротором в режиме авторотации. Как видите, при нулевой воздушной скорости требуемая мощность намного больше, чем при 50, 60 или 70 уз. Следовательно, дефицит мощности также будет намного больше при нулевой воздушной скорости, что приведет к увеличению скорости снижения.

Еще одним преимуществом, которое дает скорость, является возможность выравнивания (шаги 3-4 в профиле полета, рекомендованном FAA). Во время подъема вы используете кинетическую энергию, обеспечиваемую скоростью движения вперед, чтобы уменьшить спуск. При нулевой скорости вы полностью теряете эту возможность, единственным оставшимся шансом на снижение скорости снижения будет увеличение коллектива (и, скорее всего, этого будет недостаточно для предотвращения очень жесткой посадки).

Третьей причиной может быть то, что пилоту легче судить о высоте над землей, если есть некоторая поступательная скорость, а также вертолет более устойчив по направлению.

Суть в том, что предпочтительный диапазон воздушной скорости для авторотации — это диапазон, заштрихованный зеленым цветом на графике, между минимальной скоростью мощности и максимальной скоростью полета. Бывают ситуации, когда используется желтый диапазон (закрытая зона, некоторые процедуры ночной авторотации), но в любом случае эта зона не простирается ниже 30 уз.

Во время авторотации передняя скорость используется для управления скоростью ротора. В автоматическом режиме двигатель отключен (в случае отказа хвостового винта) или просто заглох, поэтому его нельзя использовать для управления скоростью вращения ротора.

При вертикальном снижении головка несущего винта в конечном итоге превысит скорость из-за проносящегося мимо лопастей воздуха, и лопасти несущего винта оторвутся от самолета. Фигово.

Воздух, попадающий на лопасти при прямом полете, используется для создания сопротивления лопастям несущего винта, замедляя их. Чем быстрее вертолет движется вперед, тем больше сопротивление.

Таким образом, пилот в автоматическом режиме использует скорость полета вперед для управления скоростью несущего винта. Если скорость головки несущего винта возрастает слишком сильно, немного опустите нос, чтобы увеличить воздушную скорость и замедлить несущий винт. Если головка ротора начинает замедляться, уменьшите поступательную скорость, чтобы головка ротора набрала скорость.

Полет вперед также помогает маневрировать вертолетом при выборе точки приземления, но в основном он используется для поддержания скорости несущего винта в зеленой зоне.

У каждого вертолета есть идеальная скорость полета на авторотации, которая должна удерживать скорость ротора в зеленой зоне. Думаю, у Bell JetRanger это около 60 узлов, хотя это общая рекомендация, а не абсолютная.

Теоретически можно было бы увеличить шаг лопасти до перерасхода головки, чтобы замедлить ее, но полет вперед - более точный способ сделать это и избежать риска непреднамеренного слишком сильного замедления головки.

Управление оборотами ротора коллективное. Нет вихревого кольца на авторотации, т.к. воздух течет не в том направлении. Вертикальное авторотирование возможно, но рискованно, так как ограниченная избыточная энергия, большая энергия с воздушной скоростью, поэтому у вас больше энергии для ракеты, что дает запас для ошибок во время ракеты. а можно выбрать свою посадочную площадку подлететь к ней и явно увидеть ее заранее..

В этой ветке есть много неправильных ответов, но я хочу обратиться к одному, на который должен ответить любой опытный пилот вертолета (что, судя по ответам в этой ветке, может быть не таким верным, как я надеюсь), а именно:

ВЫ НЕ МОЖЕТЕ ПОЛУЧИТЬ СОСТОЯНИЕ ВИХРЕВОГО КОЛЬЦА В АВТОРОТАЦИИ

Три вещи, которые вам нужны для VRS или «Расчета с властью» (определение FAA):

• Скорость снижения более 300 футов в минуту
• Скорость меньше, чем ETL
• ПРИМЕНЯЕМАЯ МОЩНОСТЬ

Очевидно, что если двигатель заглох, вы не можете подать питание.

При этом у вас все еще есть энергия, хранящаяся в вертолете, в виде потенциальной энергии (в высоте над уровнем земли) и кинетической энергии (в скорости полета вертолета). Кинетическая энергия увеличивается экспоненциально со скоростью полета, т.е. если вы удваиваете скорость полета (например, с 30 до 60 узлов), вы утроите количество кинетической энергии, которую вы можете использовать для поддержания оборотов ротора в факеле (которых вам понадобится много, чтобы остановить скорость). снижения и скорости полета перед приземлением)

Если у вас нет воздушной скорости, у вас более высокая скорость снижения в автоматическом режиме и меньше энергии, чтобы остановить эту скорость снижения перед посадкой.

Ответы на эти и другие вопросы можно найти в Справочнике по полетам на вертолете, который можно бесплатно загрузить с веб-сайта FAA!

-Коммерческий пилот FAA RW и CFI-I