| Article Information | ||
|---|---|---|
| Category: | Theory of Flight |  |
| Content source: | SKYbrary |  |
| Content control: | luftpiloter |  |
helikopter Autorotation
Definition
autorotation er en betingelse for helikopterflyvning, hvor en helikopters hovedrotor kun drives af aerodynamiske kræfter uden strøm fra motoren. Det er en manøvre, hvor motoren løsnes fra hovedrotorsystemet, og rotorbladene drives udelukkende af den opadgående luftstrøm gennem rotoren. Med andre ord leverer motoren ikke længere strøm til hovedrotoren. En vektor af rotorkraften i en helikopter bruges til at give fremdrift i drevet flyvning; således, hvor der ikke er nogen anden kilde til fremdrift i en helikopter, skal den falde ned, når den er i autorotation.
Autorotation efter motor-eller Halerotorfejl
den mest almindelige årsag til en autorotation er en motorfejl (eller svigt i begge motorer i tilfælde af en dobbeltmotoreret helikopter), men autorotationer kan også udføres i tilfælde af en komplet halerotorfejl, da der næsten ikke produceres noget Drejningsmoment ved autorotation. (Selv om motoren i dette tilfælde skal lukkes ned i de sidste faser af tilgangen for at forhindre et motormomentrespons, når landingen foretages.)
Hvis motoren svigter, kobler frihjulsenheden automatisk motoren fra hovedrotoren, så hovedrotoren kan rotere frit. I det væsentlige frigøres frihjulsenheden når som helst motorens omdrejningstal (erpm) er mindre end Rotorens omdrejningstal (RRPM).
fabrikanten angiver et minimum og et maksimum RRPM for hver helikoptertype. Det normale rrpm-interval er markeret på RPM-måleren som en grøn bue, med tilladte advarselsområder markeret med gul eller rav og omgivet af et rødt mærke, der angiver minimum og maksimum tilladt.
på tidspunktet for motorfejl producerer hovedrotorbladene løft og tryk ved en kombination af deres angrebsvinkel og hastighed. Når motoreffekten svigter, vil trækkomponenten hurtigt reducere rotorhastigheden. Flyvehåndbogen fastsætter et minimum RRPM, under hvilket, hvis rotorhastigheden reduceres, kan det være umuligt at genvinde RRPM til en flyveværdi: rotoren stopper helt og ophører med at rotere. Piloten skal derfor, hvis motoreffekten svigter, straks reducere kollektiv tonehøjde (og dermed mindske både løfteinduceret og bladprofilmodstand), hvilket resulterer i, at helikopteren begynder en øjeblikkelig nedstigning og således frembringer en opadgående luftstrøm gennem rotorsystemet. Denne opadgående luftstrøm gennem rotoren ændrer løft-og trækvektorerne langs bladernes spændvidde for at frembringe et indvendigt afsnit, hvor Træk virker i bladernes rotationsplan: og holder dem således ved at dreje. Dette giver tilstrækkelig fremdrift til at opretholde rotoromdrejningstal gennem hele nedstigningen, samtidig med at der produceres noget løft. Ikke desto mindre er nedstigningshastighederne i autorotation typisk 1500-2000 fpm i mange helikoptere og kan være højere i nogle. Da halerotoren drives af hovedrotortransmissionen under autorotation, opretholdes balancen som ved normal flyvning.
flere faktorer påvirker nedstigningshastigheden i autorotation: Tæthedshøjde, bruttovægt, lufthastighed og Rotoromdrejningstal (RRPM):
- ved høje tæthedshøjder vil nedstigningshastigheden være højere, fordi luften er mindre tæt.
- høj bruttovægt vil øge både nedstigningshastighed og RRPM.
- ved IAS under den anbefalede minimumshastighed for nedstigning IAS vil RRPM være mod den nedre ende af det tilladte interval, og ved højere IAS kan RRPM være mod den øverste ende af det tilladte interval.
den primære kontrol af nedstigningshastigheden er lufthastighed. Højere eller lavere lufthastigheder opnås med cyklisk stick kontrol af pitch holdning, ligesom i normal flyvning.i teorien har piloten et valg af lufthastigheder til at variere nedstigningsvinklen, fra en lodret nedstigning til maksimal rækkevidde, hvilket er den mindste nedstigningsvinkel. Nedstigningshastigheden er høj ved nul lufthastighed og falder til et minimum ved cirka 50 til 70 knob for de fleste lette og mellemstore helikoptere, afhængigt af den bestemte helikoptertype og de netop nævnte faktorer.
da lufthastigheden stiger ud over det, der giver minimum nedstigningshastighed, stiger nedstigningshastigheden igen. Sådanne forhold kan give anledning til yderligere rækkevidde i autorotation, og når RRPM stiger med stigende lufthastighed, kan RRPM styres til en reduceret værdi (inden for Flyvehåndbogens grænser) ved hjælp af yderligere kollektiv tonehøjde: dette vil normalt maksimere rækkevidden.
på samme måde vil rrpm på grund af den øgede bladbelastning have en tendens til at stige, og piloten skal muligvis bruge små stigninger i kollektiv tonehøjde for at holde RRPM inden for producentens specificerede grænser.
ved landing fra en autorotation bruges den energi, der er lagret i de roterende knive, til at reducere nedstigningshastigheden og gøre en blød landing. En større mængde rotorenergi kræves for at stoppe en helikopter med en høj nedstigningshastighed, end det kræves for at stoppe en helikopter, der falder langsommere. Derfor er autorotative nedstigninger ved meget lave eller meget høje lufthastigheder mere kritiske end dem, der udføres med den mindste nedstigningshastighed.
derudover vil der være en hastighed i autorotation, over hvilken de bageste trækkende sektioner af rotorbladene strækker sig langs bladspændet i det omfang, at rotoren nu begynder at aftage markant. Denne lufthastighed vil normalt blive udtrykt som en flyvehåndbog airspeed begrænsning for autorotation. Da RRPM er på sin laveste værdi i en nul-lufthastighed eller lav lufthastighed autorotation, og der ikke er nogen effektiv lufthastighed for en flare manøvre før nedtrapning (diskuteret nedenfor), kan der være utilstrækkelig inerti i rotorsystemet til at sprede nedstigningshastigheden før nedtrapning. Dette er især tilfældet i helikoptere med rotorsystemer med lav inerti, såsom almindeligvis R22, Rotorvejsmodeller, Enstrom-modeller og nogle andre. For det andet sætter rækkevidde hastighed autorotation helikopteren i en konfiguration, der skal ændres rettidigt for at piloten kan udføre en autorotativ (eller motor-Off) landing. Helikopteren skal decelereres til en passende jordhastighed for berøring ned og jordkørsel langs landingsområdet, enten på dens glidebane eller undervogn på hjul.
den praktiske anvendelse af autorotationstræning er analog med den ‘praksis tvungen Landing uden magt’, der udføres af flyvemaskinepiloter. Ligesom i flyvemaskinsagen kan helikopterpiloten ganske enkelt genanvende magt til at starte en go-around i enhver højde, og (undtagen i tilfælde, hvor gashåndtaget skal manipuleres af piloten i koordinering med en anvendelse af kollektiv tonehøjde) i de fleste tilfælde vil dette simpelthen være et spørgsmål om at hæve den kollektive løftestang og indstille klatrekraft med en passende justering af tonehøjdeindstillingen.
under autorotation forbliver helikopteren fuldt manøvrerbar, og en kombination af sving og / eller lufthastighedsændringer kan bruges til at justere flyvevejen og manøvrere flyet til et passende landingsområde.
Autorotationer til ned-eller motor-off landinger (EOL) praktiseres rutinemæssigt i næsten alle enmotorede helikoptere og er en nødvendig manøvre til Færdighedstest. Ved udførelse af EOL-træning vil instruktøren eller eksaminatoren forsinke gashåndtaget eller hæmme motorens styresystem, så motoren forbliver i tomgang, når det kollektive håndtag hæves. Disse manøvrer kaldes således korrekt simulerede Motor-Off landinger (SEOL), da motoren faktisk ikke er lukket ned.
Autorotativ Landingsteknik
hvor der udføres sving for at gøre det valgte landingsområde godt, skal målet altid være, at helikopteren skal være opstillet med landingsområdet Senest 300 ft agl i stabil autorotation ved den anbefalede IAS (som normalt vil være et par knob højere end minimumshastigheden for nedstigning IAS for at maksimere fordelene ved flare, diskuteret nedenfor). I en passende højde (typisk mellem 40 og 100 ft afhængigt af helikoptertype) reduceres lufthastigheden til en behagelig hastighed til en run-on landing ved hjælp af en decelerativ, næse-up flare holdning. Flare har fordelen både ved at reducere fremadgående hastighed og øge RRPM under flare, hvilket vil øge den lagrede energi i rotoren: nødvendigt for at dæmpe nedgangen. Den ekstra lift, der oprettes under flare, reducerer nedstigningshastigheden. Hastigheden ved berøring og den resulterende jordkørsel afhænger af hastigheden og mængden af flare. Jo større grad af flare og jo længere den holdes, jo langsommere er nedgangshastigheden og jo kortere jorden løber. Jo langsommere den ønskede hastighed ved berøring, jo mere nøjagtig skal timingen og hastigheden af flare være, især i helikoptere med rotorsystemer med lav inerti.
da flare normalt vil øge RRPM, kan piloten (undtagen i helikoptere med rotorsystemer med lav inerti) hæve det kollektive håndtag lidt i slutningen af flare. (Den lille stigning i kollektiv tonehøjde er ofte kendt som en ‘check’.) Dette vil have den virkning at bruge nogle af de ekstra RRPM til at give noget ekstra rotorkraft, som både vil reducere nedstigningshastigheden og give mere deceleration, da rotorkraften virker modsat retningen af fremadgående bevægelse.
den blussede holdning kan ikke holdes før berøring, ellers rammer helikopterens hale først jorden. Således når flare er afsluttet, piloten skal re-vælge et niveau pitch holdning ved hjælp af den cykliske pind før nedtrapning.
i de sidste faser af EOL er helikopteren i niveauindstilling med en relativt lav fremadgående lufthastighed og med kun den resterende inerti i rotoren for at hjælpe piloten med at foretage en blid nedtrapning. Piloten bliver nødt til at hæve det kollektive håndtag for at bruge noget eller al den resterende løfteenergi i rotorsystemet til at dæmpe berøringen.
det er vigtigt, at cyklikken og pedalerne koordineres i hele opblussen og nedkørslen, så helikopteren rører ned løbende lige. Efter berøring skal den cykliske og kollektive håndtag ikke flyttes, før landingskørslen er afsluttet, og helikopteren stopper. Gabpedalerne skal dog bruges, hvis det er nødvendigt, for at sikre, at jordrullen forbliver lige.
Luftøvelse: Straight-in Autorotation til EOL
en Straight-in Autorotation til SEOL bruges ofte til at øve de sidste faser af en berøring autorotation. I betragtning af, at i en praksis tvungen landing er målet altid at være vinger-niveau og på den anbefalede IAS for en EOL med 300 ft agl, fra dette punkt på proceduren, og især energistyring af RRPM, er generelt den samme.
se figuren ovenfor (position 1). Fra niveauflyvning ved producentens anbefalede lufthastighed, ved over 500 fod AGL og på vej ind i vinden, smidigt, men fast, sænk den kollektive tonehøjdehåndtag til den fulde nedstilling, og hold RRPM i den grønne bue.
koordinerer den kollektive bevægelse med gabpedalerne for at opretholde balance og brug den cykliske pind til at justere tonehøjdeindstillingen for at vælge og opretholde den ønskede lufthastighed. I stempelmotorer helikoptere, når kollektivet er helt sænket, skal du sænke gashåndtaget for at sikre en ren opdeling af nåle. Efter spaltning af nåle skal du justere gashåndtaget for at holde ERPM over normal tomgangshastighed, men ikke høj nok til at forårsage genforbindelse af nåle. Fabrikanten anbefaler ofte ERPM at indstille. Forskellige motorstyringsteknikker kan specificeres i flyvehåndbogen for turbinemotorhelikoptere og andre med motorstyrende systemer.
i position 2 skal flyet være i autorotation ved den anbefalede autorotative IAS, med IAS stabil, RRPM i den grønne sektor og med helikopteren i balance. 40 til 100 fod over overfladen eller i den højde, som fabrikanten anbefaler (position 3), begynder flare, idet der vælges en decelerativ holdning med tilstrækkelig agterlig cyklisk pind til at reducere fremadgående lufthastighed og mindske nedstigningshastigheden. Der skal udvises forsigtighed ved udførelsen af flare, så den cykliske pind ikke flyttes bagud så pludseligt, at helikopteren klatrer, og den skal heller ikke flyttes for langsomt, da der så vil være lidt flare-effekt, der hjælper med at arrestere nedstigningen. Flare kan være en’ en gang kun ‘ manøvre til en defineret næse-up tonehøjde holdning, eller gradvist anvendt, men for at undgå enhver ekstrem tonehøjde holdning. RRPM skal øges under opblussen, og en markant stigning i RRPM gør det muligt for piloten at foretage en lille opadgående bevægelse (eller ‘kontrol’) af det kollektive håndtag for at maksimere både løft og deceleration med helikopteren i den blussede holdning.
da frihøjden mellem helikopterhalen og jorden reduceres, og fremadgående hastighed er faldet til et tilsyneladende hurtigt løbertempo (position 4), bevæges cyklikken fremad for at placere helikopteren i plankeskrogindstilling til landing. Højden på dette tidspunkt skal være cirka 8 til 15 fod AGL, afhængigt af den højde, der anbefales af producenten. Ekstrem forsigtighed bør bruges til at undgå en overdreven næse høj og hale lav holdning under 10 fod.
på dette tidspunkt er kun den resterende inerti i rotorsystemet tilbage for at give løft, og helikopteren vil falde ned med lav fremadgående hastighed (position 5). Piloten skal øge den kollektive tonehøjde efter behov for at kontrollere nedstigningen og dæmpe landingen. Gabpedalerne bruges til at opretholde kursen, når kollektiv tonehøjde hæves på grund af reduktionen i RRPM og den resulterende reducerede effekt af halerotoren.
efter berøring, og efter at helikopteren er stoppet helt, sænkes den kollektive håndtag til fuld position. Der bør ikke gøres noget forsøg på at forsøge at stoppe den forreste jordkørsel med bagud cyklisk, da hovedrotorbladene kan ramme halebommen ved lav RRPM. I stedet for at sænke kollektivet lidt under jorden, lægges der mere vægt på undervognen, hvilket sænker helikopteren.
for at opsummere EOL-teknikken ud fra en steady-state autorotation ved den anbefalede IAS: FLARE (eller F-L-A R-E), kontrollere (undtagen rotorsystemer med lav inerti) niveau og pude.
almindelige fejl i Autorotation
- manglende brug af tilstrækkelig antitorkepedal, når strømmen reduceres.
- sænkning af næsen brat, når strømmen går tabt. Aflæsning af rotorsystemet medfører yderligere tab af RRPM, og den accelerative holdning kan resultere i overdreven gevinst i IAS og stigning i nedstigningshastighed.
- undlader at opretholde RRPM inden for Flyvehåndbogens grænser under nedstigningen.
- undladelse af at opretholde den anbefalede IAS, hvor opblussen er effektiv
- Flaring i den forkerte højde.
- Flaring for aggressivt eller ikke aggressivt nok.
- afslutning af flare for høj og / eller…..
- ….anvendelse af up-kollektiv håndtag i en overdreven højde, hvilket resulterer i en hård landing, tab af kursstyring og mulig skade på halerotoren og hovedrotorbladets Stop.
- undladelse af at udjævne helikopteren før nedlukning.
ulykker og hændelser
- AS32, en-route, Nordsøen Norge, 1998: Den 20. oktober 1998 i Nordsøen, en Eurocopter AS332L Super Puma drives af Norsk HeliKopter AS, oplevet motorfejl med autorotation og efterfølgende tabt højde. Besætningen fejlidentificerede den funktionsdygtige motor og reducerede effekten af den resterende brugbare motor. Fejlen blev dog opdaget lige i tide for besætningen at genvinde kontrollen over helikopteren.
- væk Hvirvelgenerering af helikoptere
- Hvirvelring
- helikopter SMS Toolkit
- Offshore helikopter Sikkerhedsanmeldelse 2014 UK CAA
yderligere læsning
- H-8083-21A: “helikopter flyvende Håndbog”; FAA, 2012
yderligere læsning
- H-8083-21A: “helikopter flyvende Håndbog”; FAA, 2012