Domanda:
Perché l'autorotazione * verticale * in un elicottero non è consigliata?
Koyovis
2017-08-15 16:35:41 UTC
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Gli elicotteri possono tornare a terra in caso di emergenza. La FAA raccomanda un profilo di volo simile alla seguente procedura:

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Notare che nella sezione (2) c'è velocità di avanzamento: autorotazione verticale non è consigliato. Perché?

Ebbene, il quadro di riferimento per la portanza in un elicottero è la velocità di afflusso alle pale, non la velocità verso il basso della fusoliera. Quindi è l'aumento effettivo che viene generato.
Certo che lo è ... L'autorotazione è un caso speciale di mulino a vento in cui il rotore distribuisce portanza e resistenza in modo che l'energia trasferita dal flusso d'aria al rotore massimizzi la spinta per qualsiasi velocità di discesa ...
Se non hai uno slancio in avanti con cui giocare, non hai margine di errore. Se la velocità di discesa diventa troppo alta mentre sei a terra, non puoi fare altro che cadere. Almeno se hai un movimento in avanti puoi flare per scambiare parte di quello slancio con il sollevamento.
Anche i piloti di quadricotteri sono avvertiti di questo. Scendere verso il basso ti mette nel tuo anello di vortice e potresti perdere la portanza o perdere il controllo.
Un elicottero a potenza persa non assomiglia molto a un autogiro?
Sì, è come un autogiro senza motore.
Forse la FAA presume anche solo che VUOI spostare l'elicottero in un punto di atterraggio ottimale? La probabilità che "verso il basso" sia il posto più ideale sembra molto bassa. "Non cercare di migliorare la tua posizione sulla terra" non sembra qualcosa che vorrebbero raccomandare. Anche il flare al punto 3 non può funzionare / accadere se non c'è movimento in avanti.
Perché il volo a vela verticale su un velivolo ad ala fissa non è raccomandato? Le risposte non sono del tutto estranee.
@reirab potrebbe essere sopravvissuto in un elicottero però.
A parte la fisica / aerodinamica del flusso d'aria e la gestione dell'energia, che dire della praticità di vedere dove stai andando? Se scendi verticalmente, il punto di contatto è sotto il sedile. Anche con le finestre nel piano di prua, c'è ancora un punto cieco direttamente sotto, no? Se stai andando avanti puoi vedere dove toccherai, almeno fino al flare; a quel punto saresti abbastanza vicino al suolo che una vista direttamente sotto non è necessaria, no?
Sette risposte:
#1
+33
Koyovis
2017-08-15 16:37:08 UTC
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Quando il motore si guasta in un elicottero monomotore, può tornare a ruotare automaticamente verso terra: rinuncia all'energia potenziale derivante dalla riduzione dell'altezza per mantenere il rotore in rotazione, che continua a fornire sollevamento. L'autorotazione può avvenire direttamente verso il basso in volo verticale, ma la raccomandazione generale è di mantenere la velocità di avanzamento, come un volo ad ala fissa: la velocità di discesa è molto più bassa se c'è velocità di avanzamento.

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Associamo gli elicotteri al volo stazionario, ma questo è uno sforzo faticoso. Anche un po 'di velocità di avanzamento genera portanza traslazionale, che rende molto più facile per il rotore generare portanza:

  • L'afflusso in avanti inclina il vettore di portanza in avanti, diminuendo la resistenza indotta e la coppia della lama e aumentando sollevamento. O detto in un modo diverso: il flusso d'aria sta già fluendo e non ha bisogno di essere accelerato da zero. Il rotore ora inizia a funzionare più come un'ala fissa.
  • Il flusso d'aria attraverso il rotore subisce meno interferenze dalla fusoliera.

L'effetto della velocità di avanzamento sull'auto la velocità di rotazione della discesa è rappresentata in un grafico in questo libro:

Minimum descent rate as a function of airspeed

Tornando all'autorotazione verticale: il flusso d'aria verticale verso l'alto deve attraversare il rotore abbastanza velocemente da raggiungere lo stato di mulino a vento, in modo che la portanza venga creata decelerando l'aria che lo attraversa. Se calcoliamo la componente di sollevamento per area di un rotore a rotazione automatica verticale, è paragonabile a un valore $ C_D $ compreso tra 1,1 e 1,2 riferito all'area del rotore. Secondo questa fonte:

  • una piastra piatta ha un $ C_D $ di 1,28
  • un paracadute ha un $ C_D $ di 1,4.

Quindi, in discesa verticale, il rotore a rotazione automatica è buono quasi quanto un paracadute della stessa area: è solo che la dimensione del paracadute è un po 'piccola per il carico utile tipico di un elicottero , con conseguenti velocità di discesa verticale comprese tra 3.600 e 6.200 piedi / min. A titolo di confronto:

  • Air France 447 è caduta a terra con una velocità di discesa verticale di 10.000 piedi / min.
  • L'aereo del Capitano Sullenberger impiegò quattro minuti per raggiungere l'Hudson con una planata adeguata, da un'altitudine di 2.060 piedi = media di 500 piedi / min.

Due fattori rendono molto l'autorotazione più sopravvissuto però:

  1. La velocità di discesa può essere "svasata" tirando indietro il ciclico (scambiando la velocità in avanti con più energia cinetica del rotore) e poi collettivamente verso l'alto appena prima del contatto con il suolo, rallentando il rotore e aumento della portanza. Il pilota ha solo una possibilità per questo.
  2. La velocità di discesa è molto inferiore se l'autorotazione viene eseguita a una velocità di avanzamento, la migliore è la velocità di salita ottimale.

Nota che in una discesa verticale lì non è un pullback del ciclico, solo un aumento del collettivo - più il tasso di discesa è più alto. Una velocità maggiore e meno mezzi per frenare, questo non è consigliato!

Una nota a margine

Il rotore del mulino non gira dall'altra parte! L'aria in entrata da sotto inclina il vettore di portanza in avanti, come in un aliante. Parte del disco del rotore viene spinta dalle forze aeree nella stessa direzione in cui si trovava quando era ancora sotto tensione.

enter image description here Fonte immagine

Bella risposta, ma non posso fare a meno di non apprezzare quel grafico. A causa del modo in cui mostra il suo asse, sembra mostrare il primo quadrante ma mostra invece il secondo, quindi sembra mostrare che la velocità verticale è più alta durante lo spostamento. Potrebbe essere risolto utilizzando valori positivi per la discesa o semplicemente etichettando l'asse x in alto (y = 0). Per non togliere nulla a questa risposta, è solo un peccato.
Penso che la parola chiave [translational lift] (https://en.wikipedia.org/wiki/Translational_lift) debba essere menzionata per quanto riguarda la forma di quel grafico del tasso di discesa.
Il punto in 1. fattore è che l'energia cinetica dovuta al movimento in avanti è disponibile per generare la portanza per arrestare la discesa oltre alla (pochissima, purtroppo) energia immagazzinata nel rotore stesso.
#2
+9
user24860
2017-08-15 19:29:44 UTC
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Ci sono tre buone ragioni per evitare l'autorotazione verticale.

In primo luogo, l'autorotazione verticale è molto più probabile che porti a una condizione di anello di vortice in cui l'aria in uscita dal disco del rotore viene ricircolata attraverso il disco del rotore. L'aria di ricircolo nel Vortex Ring limita quindi la quantità di flusso d'aria / energia disponibile per la conversione alla velocità di rotazione del disco rotore, che è fondamentale per completare con successo quella parte della manovra di rotazione automatica essenziale per la sopravvivenza (il flare fino all'atterraggio).

In secondo luogo, la velocità di avanzamento aumenta la quantità di energia disponibile per la conversione alla velocità del disco del rotore.

In terzo luogo, la velocità in avanti consente di condividere lo shock di atterraggio tra le diverse imbracature e gli ammortizzatori del sedile, riducendo così il carico su un asse particolare.

Un modo semplice per capire il problema è questo: per ottenere il sollevamento, il rotore deve spingere l'aria verso il basso. Quindi ci sarà aria discendente appena sotto il rotore. Se scendi verso il basso, rimani con quell'aria discendente e ti porterà giù con essa. Volare in avanti ti fa uscire dall'aria discendente creata dal rotore in modo che non possa spingerti verso il basso così tanto.
Non credo sia fisicamente possibile inserire un VRS in autorotazione
Qui. Ho trovato una fonte per questo: "Non è possibile entrare nello stato dell'anello di vortice mentre l'elicottero è in autorotazione" https://www.skybrary.aero/index.php/Vortex_Ring
@TomMcW: Anche se l'aria si muove verso l'alto attraverso i rotori durante la rotazione automatica, l'elicottero continuerà a disturbare l'aria sottostante. Una generazione efficiente di ascensori richiede l'ingresso di aria indisturbata.
@supercat Non sto dicendo che sia meglio andare dritti. Il movimento traslatorio rende i rotori più efficienti in tutte le situazioni. Sto solo dicendo che un vrs non è possibile in ar.
Il mio ragionamento potrebbe essere errato, ma l'aria che si muove verso l'alto verso il centro del disco è proprio ciò che crea la rotazione. Se si aumenta il passo abbastanza da creare un significativo downwash, i rotori rallenteranno. AFAIK, vrs si verifica quando si tenta di librarsi proprio ai limiti delle prestazioni, quindi ad un aoa alto.
@DavidSchwartz Per essere in uno stato puro di mulino a vento, l'elicottero deve scendere verso il basso con una velocità piuttosto elevata. Ovviamente ciò non è desiderato: VRS è la regione tra hover e windmilling e per ridurre il più possibile la velocità di discesa il pilota rimarrà il più vicino possibile alla regione VRS. Di solito c'è un flusso discendente leggermente indotto attraverso porzioni del disco del rotore, sebbene la maggior parte del flusso sarà verso l'alto. [ref] (https://books.google.com.au/books/about/Helicopter_Aerodynamics_Volume_I.html?id=rxryAgAAQBAJ&redir_esc=y)
@Koyovis Qualsiasi sollevamento che l'elicottero sta ricevendo proviene dalla spinta dell'aria verso il basso. Se quel sollevamento proviene dai rotori, allora i rotori spingono l'aria verso il basso. L'elicottero sarà incorporato in un blocco d'aria in movimento verso il basso, trasportandolo verso il basso con l'aria.
@DavidSchwartz Se l'aria scorre attraverso il rotore abbastanza velocemente, il sollevamento si ottiene * decelerando * l'aria - il flusso in uscita è nella stessa direzione dell'afflusso.
@Koyovis: Per creare portanza, il rotore deve creare un differenziale di pressione tra l'aria sopra e l'aria sotto. Se la pressione dell'aria immediatamente al di sotto del rotore è maggiore della pressione dell'aria al di sotto di quella, tale differenza farà sì che l'aria al di sotto del rotore acceleri verso il basso. Può un rotore non alimentato ridurre la pressione dell'aria sopra senza aumentare la pressione dell'aria sotto?
#3
+8
John Hudson
2018-10-20 17:53:43 UTC
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Dimenticando la TEORIA ... un'autorotazione verticale È possibile e può essere eseguita in sicurezza. Per rispondere a questa domanda che mi è stata posta dal mio copilota quel giorno in Vietnam, ho portato il nostro H-Model Huey fino a 5.000 'e ho confermato il passaggio del mouse. Ho abbassato il collettivo e ho tagliato l'acceleratore per dividere gli aghi e ho monitorato il regime del rotore per garantire l'assenza di velocità eccessiva mantenendo il ciclico centrato per la vera verticale. Ho usato il collettivo per stabilizzare il nostro tasso di caduta. Una volta accertato che la manovra fosse sicura, ho recuperato a circa 1.000 'spingendo in avanti il ​​ciclico e recuperando potenza.

Non abbiamo riscontrato problemi con la teoria degli anelli vorticosi o con qualsiasi indicazione che questa manovra fosse pericolosa. Se avessi avuto bisogno di metterlo giù, avrei avviato un aspetto ciclico in avanti per eseguire un flare standard e un set-down una volta al di sotto di 1.000 'che ho scelto. Nella scuola di volo dell'esercito negli anni '60, abbiamo praticato ogni possibile aspetto delle auto-rotazioni SEMPRE a terra senza recupero di potenza a 50 'senza senso. Personalmente credo che sia irresponsabile e folle non addestrare un pilota di elicottero per le auto a pieno contatto con il suolo. Che cosa? Dio si presenterà all'improvviso e aiuterà negli ultimi 50 'o giù di lì?

I SIMS NON sono un sostituto accettabile per la pratica effettiva. Abbiamo fatto auto stazionarie, auto run-on, auto a 180 ° e 360 ​​°, auto con decelerazione a piena velocità, ma il mio preferito di tutti i tempi si chiamava "Spot Auto". L'IP ha scelto un punto sulla pista - di solito uno dei numeri e ho avviato un'auto dall'altitudine e dalla velocità del modello sulla pista in direzione notando il mio angolo di planata ripido attraverso la bolla del mento.

Tenendo basso il collettivo e usando solo il ciclico, ho portato il chopper a un arresto quasi morto, monitorando da vicino il numero di giri del rotore e tirando il collettivo quando necessario per evitare velocità eccessive. Cyclic è stato spinto in avanti per ricominciare la discesa meravigliosamente veloce - oh pipì - abbiamo potuto ottenere almeno due e talvolta tre razzi durante la discesa - l'ultimo era fermarsi proprio sul numero scelto e tirare quello che era in sostanza un volo stazionario auto per atterrare.

Abbiamo sempre completato tutte le nostre auto a terra con tutte queste manovre ed erano davvero DIVERTENTI da fare! La competenza e la competenza definite del nostro IP e ha fatto un ottimo lavoro nell'infondere quelle stesse caratteristiche in tutti noi, sapendo che dove eravamo diretti avremmo avuto bisogno di ogni vantaggio formativo che potessimo gestire. I miei due centesimi (1.955 ore di volo in elicottero da combattimento in Vietnam con pistole e pistole).

Grazie per aver condiviso questa esperienza dal mondo reale. Un pilota di elicottero altamente qualificato come te sarebbe in grado di far atterrare la nave in quasi tutte le situazioni, ma la FAA consiglierebbe qualcos'altro oltre all'opzione più sicura?
#4
+4
Emil
2017-08-19 21:18:42 UTC
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Devi considerare la potenza richiesta dall'elicottero in volo, rappresentata dalla curva rossa nel grafico.

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Il la linea blu è la potenza fornita dal rotore in autorotazione. Come puoi vedere a velocità zero, la potenza richiesta è molto più grande che a 50, 60 o 70 nodi. Pertanto, il tuo deficit di potenza sarà anche molto più grande a velocità zero, con conseguente aumento del tasso di discesa.

Un altro vantaggio dato dalla velocità è la capacità di flare (passaggi 3-4 nel profilo di volo consigliato dalla FAA). Durante il flare utilizzi l'energia cinetica fornita dalla velocità di avanzamento per ridurre la tua discesa. Con velocità zero perdi completamente questa possibilità, l'unica possibilità di ridurre la velocità di discesa rimanente sarà l'aumento del collettivo (e molto probabilmente non sarà sufficiente per evitare un atterraggio molto duro).

Un terzo motivo sarebbe che per il pilota è più facile giudicare l'altezza dal suolo se c'è una certa velocità di avanzamento, e anche l'elicottero è più stabile direzionalmente.

In conclusione, l'intervallo di velocità preferito per l'autorotazione è quello ombreggiato in verde nel grafico, tra la velocità di potenza minima e la velocità di gamma migliore. Ci sono situazioni in cui viene utilizzata la fascia gialla (area confinata, alcune procedure per l'autorotazione notturna), ma questa zona non si estende comunque sotto i 30 nodi.

Grafico meravigliosamente illustrativo.
#5
+2
tj1000
2017-08-17 05:18:02 UTC
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Durante la rotazione automatica, la velocità di avanzamento viene utilizzata per controllare la velocità della testa del rotore. In auto, il motore è scollegato (in caso di guasto del rotore di coda) o semplicemente morto, quindi non può essere utilizzato per controllare la velocità del rotore.

In una discesa verticale, la testa del rotore alla fine supererà la velocità a causa dell'aria che scorre oltre le pale e le pale del rotore si allontaneranno dall'aereo. Non va bene.

L'aria che colpisce le pale dal volo in avanti viene utilizzata per indurre la resistenza sulle pale del rotore, rallentandole. Più velocemente l'elicottero avanza, maggiore è la resistenza.

Quindi il pilota, in auto, utilizza la velocità relativa in avanti per controllare la velocità del rotore. Se la velocità della testa del rotore aumenta eccessivamente, abbassare leggermente il muso per aumentare la velocità e rallentare il rotore. Se la testa del rotore inizia a rallentare, ridurre la velocità di avanzamento per consentire alla testa del rotore di aumentare la velocità.

Il volo in avanti aiuta anche a manovrare l'elicottero quando si sceglie un punto di atterraggio, ma principalmente viene utilizzato per mantenere la velocità del rotore nel verde.

Ogni elicottero ha una velocità di volo in avanti di autorotazione ideale, che dovrebbe mantenere la velocità della testa del rotore nel green. In un Bell JetRanger, credo sia intorno ai 60 nodi, sebbene questa sia una linea guida generale, non assoluta.

Teoricamente, si potrebbe aumentare il passo della lama a una testa che spende troppo per rallentarla, ma il volo in avanti è un modo più preciso per farlo ed evita il rischio di rallentare troppo inavvertitamente la testa.

Nel tuo ultimo paragrafo dici che in un'autorotazione verticale è possibile impedire al rotore di accelerare eccessivamente: tira il collettivo abbastanza in alto e le pale si fermeranno. Ancora una volta qualcosa che è molto più difficile da fare senza alcuna velocità orizzontale. E la velocità di discesa rimane spaventosamente alta anche con il rotore al 100%.
#6
+1
david innes
2020-05-12 17:26:24 UTC
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Il controllo del numero di giri del rotore è collettivo. Nessun anello vorticoso in autorotazione .. poiché l'aria scorre nella direzione sbagliata. L'autorotazione verticale è possibile ma rischiosa poiché l'energia in eccesso limitata, maggiore energia con la velocità relativa, quindi si ha più energia per il flare, consente margini di errore durante i flare. e puoi scegliere la tua area di atterraggio per raggiungerla e ovviamente vederla in anticipo ..

#7
  0
Ian Swebbs
2018-10-25 21:20:50 UTC
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Ci sono molte risposte sbagliate in questo thread, ma voglio indirizzarne una a cui qualsiasi pilota di elicottero valutato dovrebbe essere in grado di rispondere (che a giudicare dalle risposte in questo thread potrebbe non essere così vero come spero) e questo è :

NON PUOI OTTENERE LO STATO DELL'ANELLO DI VORTEX IN UN'AUTOROTAZIONE

Le tre cose di cui hai bisogno per VRS o "Settling with Power" (definizione FAA) sono:

  • Velocità di discesa maggiore di 300 fpm
  • Velocità inferiore a ETL
  • POTENZA APPLICATA

Ovviamente se il motore si è spento non puoi avere potenza applicato.

Detto questo, hai ancora energia immagazzinata nell'elicottero sotto forma di energia potenziale (in altitudine sopra il livello del suolo) ed energia cinetica (nella velocità dell'elicottero). L'energia cinetica aumenta esponenzialmente con la velocità, cioè se raddoppi la tua velocità (es. Da 30 a 60 nodi) triplichi la quantità di energia cinetica che puoi usare per mantenere il tuo rotore RPM nel flare (che ti servirà molto per arrestare la velocità di discesa e velocità in avanti prima di atterrare)

Se non si dispone di velocità relativa, si ha un tasso di discesa più alto in auto e meno energia per arrestare quel tasso di discesa prima dell'atterraggio.

Le risposte a queste e altre domande possono essere trovate nel Manuale di volo in elicottero che può essere scaricato gratuitamente dal sito web della FAA!

-FAA RW Commercial Pilot e CFI-I

L'energia cinetica aumenta quadraticamente con la velocità, non esponenzialmente. Se raddoppi la velocità, hai quadruplicato l'energia cinetica. Nello specifico, energia cinetica = 1/2 m * v ^ 2.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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