Все ли вертолеты могут зависнуть, и сколько времени нужно, чтобы «остановиться»?

Как отмечено в другом ответе, все вертолеты могут зависать, но так называемое «высокое зависание» (вне влияния земли или особенно на рабочей высоте) представляет собой более сложный маневр, требующий большей мощности, чем зависание над землей, и его сложнее поддерживать. (потому что ориентиры находятся намного дальше).

Вертолеты генерируют большую подъемную силу при той же мощности в прямом полете, а переход от прямого движения к висению требует хорошо контролируемой комбинации увеличения мощности, регулировки коллективного действия и циклического маневрирования (по обеим осям) и управления вращением. сказать, что это намного сложнее, чем просто лететь вперед на малой скорости. В общем, после взлета и полета вперед гораздо проще продолжать полет вперед (к тому же это безопаснее, так как в случае неудачи авторотация работает лучше, если у вас уже есть некоторая скорость движения вперед).

Парить на приборах еще труднее, чем висеть высоко, поэтому, если видимость проблематична, лучше продолжать полет вперед, чем пытаться висеть высоко.

Да, все вертолеты могут зависать, но для этого требуется:

• Больше концентрации на зависании, чем на полете, т.к. вертолеты неустойчивы в висении по тангажу и крену. Скорость полета вперед обеспечивает устойчивость, и полет на вертолете с такой скоростью полета сравним с полетом на самолете с неподвижным крылом, а зависание сравнимо с нахождением на вершине большого надувного шара.
• Больше мощности для зависания , чем для полета с поступательной скоростью. Это связано с тем, что при зависании индуктивное сопротивление больше, чем при полете вперед. График ниже взят из связанного ответа и показывает падение общей требуемой мощности по мере увеличения воздушной скорости от нуля.

Для зависания доступная мощность должна быть больше требуемой мощности. Доступная мощность двигателя уменьшается с увеличением высоты из-за уменьшения плотности воздуха, и это приводит к тому, что вертолеты имеют потолок зависания, при котором доступная мощность равна требуемой мощности.

Эффект земли снижает требуемую мощность, что приводит к двум потолкам парения: эффекту земли и внешнему эффекту земли. Но даже ниже потолка висения OGE для вертолета просто безопаснее набирать скорость полета сразу после взлета:

• Как уже говорилось, при полете на скорости на борту остается больше топлива на необходимое время полета.
• При зависании в ОГЭ необходимо удерживать высоту по высотомеру, а неустойчивый тангаж и крен корректировать. Концентрация, необходимая при взгляде на приборы, снижает ситуационную осведомленность. Удерживать вертолет горизонтально нельзя, используя только инструменты, так как периферийное зрение не задействовано. Куда дует ветер, вертолет нельзя увидеть с помощью приборов, а на летящих самолетах с неподвижным крылом гораздо труднее сфокусироваться.
• Если высота не поддерживается при висении OGE, существует вероятность того, что вертолет войдет в состояние вихревого кольца , опасная ситуация, когда он погрузится в след собственного несущего винта. Состояние вихревого кольца не существует при полете вперед.

При навигации по WX на вертолете летать по орбитам часто проще. Это дает дополнительную перспективу и позволяет легко перемещаться вбок по орбите. Это также уменьшает количество изменений конфигурации и возможных изменений мощности, поскольку самолет может поддерживать поступательную подъемную силу.

Навигация по ППП для вертолетов по существу идентична самолетам, а обычные удержания на перекрестке или навигационном средстве назначаются УВД. Это в информационных целях в отношении вопроса OP, потому что в этом примере вертолет был VFR или SVFR, и обычный приборный отсек не будет использоваться, если не будет выдано разрешение IFR. Зависание на одном месте без визуальной привязки не может быть легко выполнено. Большинство вертолетов не приспособлено для полного удержания IMC. Например, небольшое движение вдоль продольной оси невозможно точно определить с помощью приборов, обычно используемых для полетов по ППП. Хотя GPS/IMS/FMS могут предоставить эту информацию, обычно это не делается. Короче говоря, вертолет летит по ППП, как самолет, и зависает с визуальной привязкой.

Таким образом, орбита обеспечивает лучшую видимость во всех направлениях и, следовательно, лучшую ситуационную осведомленность, не требует изменения конфигурации и требует меньше энергии в единицу времени, если воздушная скорость находится в разумных пределах.

Когда вертолет зависает, он, по сути, сидит в собственной воде. Толкая воздух вниз, он создает область низкого давления над собой и область высокого давления под собой. Чтобы оставаться в воздухе, он должен втягивать воздух из области низкого давления и выталкивать его в зону высокого давления, которая находится под ним, что требует много энергии. Если вместо этого он летит вперед, он сталкивается со свежим воздухом без перепада давления (в такой степени), чтобы бороться.

Математика: предположим, у вас есть вертолет с массой$m_1$оставаться в воздухе на время$t$. Если бы он находился только в свободном падении, то приобрел бы скорость$gt$, для импульса$m_1gt$. Поэтому, чтобы он не приобрел нисходящей скорости, он должен каким-то образом сбрасывать$m_1gt$импульса. Поэтому ему нужна некоторая реактивная масса, чтобы передать этот импульс. Эта масса — воздух. Если он толкает воздух массой$m_2$вниз со скоростью$v_2$(т.е. скорость стирки), импульс будет$m_2v_2$. Параметр$m_1gt$равно$m_2v_2$, мы находим, что$v_2 = \frac{m_1gt}{m_2}$. Энергия этого воздуха будет$\frac{m_2v_2^2}2$, или$\frac{m_2}2(\frac{m_1gt}{m_2})^2$, что сводится к$\frac{(m_1gt)^2}{2m_2}$.

Таким образом, чем больше воздуха нагнетает вертолет, тем ниже скорость промывки и тем меньше энергии расходуется вертолетом. Продолжая лететь вперед, а не зависая, вертолет сталкивается с большим количеством воздуха, что позволяет снизить скорость мытья.

Это явление характерно для всех самолетов тяжелее воздуха: чем быстрее они летят, тем легче создать подъемную силу.

Вопрос 1: Нет, С-76 может зависать, но это более энергоемко, чем экономичный крейсерский полет. Было больше смысла кружить и удерживать в области, а не зависать. Кроме того, зависание на высоте может быть опасным в случае отказа двигателя или рулевого винта, а наличие некоторой скорости полета вперед может помочь при посадке на авторотации, если это необходимо.

Вопрос 2. Что стало причиной аварии, остается спекулятивным, пока NTSB не опубликует свой отчет. Пока мы не получим окончательного ответа. Мы знаем, что весь бассейн Лос-Анджелеса сообщал о слабой облачности, а KBUR и KVNY сообщали о местных погодных условиях IFR. Вертолет держится в стороне от КБУР класса C до тех пор, пока не получит специальное разрешение по ПВП, затем направляется на северо-запад, огибая края зоны поверхности KVNY класса D, поворачивает налево на юг в сторону Калабасаса и следует за CA101 через каньоны с высокой скоростью. скорость, около 120 KIAS. Одним из последних обращений УВД было сообщение SoCal, что он маневрирует, чтобы избежать облаков. Какие именно факторы привели к аварии на тот момент, неизвестно, хотя у меня как у пилота есть несколько теорий. Похоже, что пилот летел в SVFR, но с вертолетами видимость может составлять всего 1/2 мили (800 м) для операций SVFR. Находясь в узком каньоне с маргинальными погодными условиями и пытаясь лететь на высокой скорости, вероятно, оставалось не так много вариантов, если каньон застрял.

Полностью загруженный S-76 весит около 11 000 фунтов (5 000 кг), и при крейсерской скорости 130 KIAS потребуется совсем немного времени, чтобы его остановить. Это может быть за пределами того, что позволяла видимость в тот день.

Не все могут зависать бесконечно.

Полностью загруженный ударный вертолет МИ-24 советских времен мог зависнуть только в течение 15-20 секунд, прежде чем двигатели были повреждены от перегрузки.

Американские спецслужбы недоумевали, почему «Хинды» всегда, казалось, взлетали с разбега, а не зависали, чтобы взлететь, пока они не получили в свои руки один из них и не выяснили это.

Как упоминали многие другие комментаторы, пилоту гораздо проще и с меньшей нагрузкой лететь вперед, чем зависать. Также от двигателя требуется больше энергии для зависания, чем для полета вперед, и это в значительной степени связано с упомянутыми выше эффектами, связанными с необходимостью втягивать воздух сверху ротора вниз. Это также экономит мне немного газа. Одна вещь, о которой я здесь не упоминал, заключается в том, что лететь вперед значительно безопаснее , чем парить, в том смысле, что в прямом полете существует гораздо большая погрешность, чем в парении, и я собираюсь сделать это. попытка объяснить.

Вертолеты, в случае отказа двигателя, могут выполнять авторотацию. Это в основном означает, что вы «планируете» вертолет (это работает как те палки с пропеллером на них, которые вы вращаете между руками, и они немного летят). Автоповорот при движении вперед намного проще и мягче, чем автоповорот при зависании. Если я автоматически вращаюсь в режиме зависания, мне сначала нужно преобразовать некоторую высоту в движение вперед, и как только я это сделаю, я смогу «скользить» к земле. Когда я приближаюсь к земле, я преобразовываю скорость движения вперед, которая у меня сейчас есть, в скорость ротора, поэтому я в основном останавливаюсь и плавно приземляюсь. Что это значит на практике? Это означает, что если я двигаюсь вперед, я могу выполнять автоповорот на любой высоте. Я могу автоматически вращаться на высоте от 20 футов до 15000 футов. Если я' м в режиме зависания и должен выполнять автоповорот, мне, вероятно, потребуется где-то от 200 до 500 футов высоты, чтобы успешно выполнить автоповорот и безопасно приземлиться. Когда я лечу, мне удобно парить очень близко к земле (1-30 футов) и мне комфортно парить на высоте 500 футов+. Мне гораздо менее комфортно (с точки зрения безопасности) парить на высоте 250 футов, чем на высоте 1000 футов.

TLDR;
Я склонен думать о вращении ротора как о «батарейке». Если ротор перестанет вращаться, у меня не будет энергии, и я упаду с неба. Ротор постоянно использует энергию, чтобы поддерживать меня в полете, и это использование энергии ротора замедляет его. Я могу добавить больше энергии ротору, используя двигатель, но я также могу преобразовать движение вперед и высоту во вращение ротора. Если я потеряю двигатель, я начну снижаться, чтобы поддерживать вращение ротора, пока не окажусь рядом с землей. Теперь бесплатного обеда не будет, поэтому я не могу обменять свою высоту на скорость ротора, а затем использовать точно такую ​​же энергию, чтобы обменять скорость своего ротора на остановку падения. У него есть трение и т. д., и поэтому я ОЧЕНЬ сильно ударюсь о землю, если сделаю это. Но что я могу сделать, так это двигаться вперед! Так что теперь я иду вперед, и я' м обмениваю высоту на скорость ротора, что в основном означает, что я медленно падаю (снижаюсь). Когда я приближаюсь к земле, я могу замедлить движение вертолета вперед, а также преобразовать поступательную энергию в скорость вращения ротора! Это означает, что я могу перестать двигаться вперед и, в результате, совершить очень мягкую посадку. Вот почему я не могу легко автоматически поворачиваться при наведении. Во-первых, я должен преобразоватьчасть моей высоты двигаться вперед, и только затем замедлять свой спуск, когда я приближаюсь к земле. Затем я превращаю это движение вперед в красивое и мягкое приземление. Преобразование этой высоты в движение вперед займет у меня около 200-400 футов, поэтому пилоты вертолетов не любят зависать на малых высотах.
КОНЕЦ TLDR;

Все вертолеты могут парить. В этом ключевое преимущество этого типа самолета перед автожиром. Почти все самолеты с вращающимся крылом сегодня являются вертолетами, и лишь относительно небольшое количество автожиров все еще существует. Самые совершенные автожиры 30-х годов, до появления вертолетов, были способны к вертикальному взлету и посадке, но не могли зависать.

Немного интересной информации, которую мне сегодня рассказал очень опытный пилот вертолета... вещи, которые не очевидны...

Во-первых, поймите, что вертолет в режиме висения имеет нулевую естественную устойчивость. Если пилот не поддерживает активный и непосредственный контроль над ним, как при использовании визуальных ориентиров, вертолет в режиме зависания начнет менять положение и скорость и ускорять эти изменения, пока не разобьется. В режиме прямого полета вертолет обладает естественной устойчивостью самолета.

На малых скоростях самолет предупредит пилота звуковым сигналом, предупреждающим о сваливании, о скором резком изменении летных характеристик. Вертолеты не информируют пилота о переходе вертолета из прямого полета в режим зависания. Об этом должен знать пилот.

Это важно иметь в виду, потому что рассматриваемый S76 улетел в туман. Ноль визуальных ссылок. Он также вошел в набор высоты и потерял воздушную скорость, достаточную для того, чтобы он, по-видимому, перешел из прямого полета (где он имеет естественную устойчивость самолета) в зависание с нулевой устойчивостью.

Приборы в большинстве коммерческих вертолетов такие же, как и в самолетах, и, таким образом, полезны только в том случае, если вертолет имеет достаточную скорость поступательного движения, чтобы находиться в режиме прямого полета, т.е. > 30 узлов для самолета размером и весом S76. Вертолет с авиационными приборами, на одних приборах, не зависнешь. Они недостаточно точны. Некоторые военные самолеты имеют дополнительные инструменты, которые предоставляют точную информацию об ориентации и ускорении, чтобы обеспечить зависание без визуальных ориентиров, как правило, SAR или птиц специального назначения.

Чего я не знал до сегодняшнего дня: вертолет с приборами авиационного типа не может успешно зависать в условиях IMC только на этих приборах. При отсутствии визуальных ориентиров или специальных инструментов вертолет будет становиться все более нестабильным и падать. И сделать это довольно быстро, например, в течение 30 секунд.