Почему вихревое состояние невозможно при авторотации?

Итак, сначала краткий обзор того, что такое состояние вихревого кольца. Я буду краток, но здесь есть более подробная информация: что такое «оседание с силой» и чем оно отличается от состояния вихревого кольца?

Состояние вихревого кольца (VRS) возникает, когда вихри, сбрасываемые ротором, начинают рециркулировать в систему ротора, эффективно останавливая ротор и значительно уменьшая общую создаваемую тягу. Это одно из 4-х рабочих состояний несущего винта, 3 из которых описаны на рисунке ниже (примечание: скорости снижения являются приблизительными. Что действительно важно, так это отношение скорости, индуцируемой ротором, к скорости снижения вертолета). Рабочее состояние винта является нормальным рабочим состоянием вертолета. VRS — это второе показанное состояние, при котором скорость снижения относительно низкая (и скорость прямого полета обычно очень низкая или равна нулю), а состояние торможения ветряной мельницы — это то, что вы видите при авторотации.

На следующем графике (из « Принципов аэродинамики вертолета » Лейшмана ) эти рабочие состояния наложены на график скорости набора высоты и индуктивной скорости на диске несущего винта. Короче говоря, VRS возникает, когда вы снижаетесь недостаточно быстро, чтобы нисходящий поток поднимался вверх, и вы все еще пытаетесь создать тягу. Одним из примеров может быть вертолет, пытающийся зависнуть над своим потолком зависания (таким образом, даже на максимальной мощности он не может поддерживать высоту и имеет небольшой отрицательный коэффициент скороподъемности, если ссылаться на график ниже). В результате он начинает снижаться с возрастающей скоростью (и, как следствие, он попадает «в» собственный нисходящий поток по мере увеличения скорости опускания).

Так почему же авторотация — это выход? Авторотация — это то, что происходит, когда вы в каком-то смысле перестаете пытаться удержаться на ногах. При авторотации тяга, создаваемая винтом, минимальна (в зависимости от того, как вы ведете учет сил, действующих на самолет) во время снижения. Как следствие, самолет снижается так быстро, что след от несущего винта фактически находится над вертолетом! Кроме того, в то время как ротор создает некоторую подъемную силу и, следовательно, некоторую нисходящую струю, индуцированная скорость нисходящей струи в вертикальном направлении очень мала по сравнению со скоростью относительного ветра, проходящего через диск ротора (в направлении, противоположном нисходящей струе). .

Обобщая все это другими словами: состояние вихревого кольца поддерживается пилотом, пытающимся продолжать вкладывать мощность в систему несущего винта, снижаясь в собственном нисходящем потоке (без изменения скорости полета вперед или тяги хвостового винта, как упомянуто в этой аккуратной статье). : http://www.rotorandwing.com/2015/09/01/flying-through-the-vortex/ ). Он или она создает поток вниз, создавая тягу, и, поскольку скорость снижения более или менее уравновешивается скоростью потока вниз, те же аэродинамические силы, которые создают тягу, в конечном итоге рециркулируют поток вниз через ротор.

Чтобы перейти на авторотацию, пилот сбрасывает колхоз и газ в ноль и позволяет самолету падать (более или менее - это чуть более нюансировано, но это отдельный вопрос), что, в свою очередь, снижает индуктивную скорость нисходящей струи, такой как что она намного меньше вертикальной скорости самолета, что позволяет вихрям двигаться вместе с относительным ветром от ротора (вверх), когда ротор входит в состояние тормоза ветряной мельницы. Поскольку нет механизма, удерживающего вихри рядом с ротором (или, в первую очередь, создающего их), вихри не могут рециркулировать и индуцировать ВКР.

Ключевым признаком состояния вихревого кольца является то, что в нем часть воздуха проходит через диск ротора вверх, а часть – вниз. При авторотации весь поток идет вверх через диск, поэтому нельзя одновременно находиться в состоянии авторотации и ВРС.