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| Category: | Theory of Flight |  |
| Content source: | SKYbrary |  |
| Content control: | Aria Piloti |  |
Elicottero Autorotazione
Definizione
Autorotazione è una condizione di volo in elicottero durante il quale il rotore principale di un elicottero è guidato solo da forze aerodinamiche senza la potenza dal motore. Si tratta di una manovra in cui il motore viene disinnestato dal sistema del rotore principale e le pale del rotore sono azionate esclusivamente dal flusso di aria verso l’alto attraverso il rotore. In altre parole, il motore non fornisce più energia al rotore principale. Un vettore della spinta del rotore in un elicottero è usato per dare spinta in avanti in volo alimentato; così, dove non c’è altra fonte di spinta in un elicottero, deve scendere quando in autorotazione.
Autorotazione A seguito di guasto al motore o al rotore di coda
Il motivo più comune per un’autorotazione è un guasto al motore (o guasto di entrambi i motori nel caso di un elicottero bimotore), ma le autorotazioni possono essere eseguite anche in caso di guasto completo del rotore di coda, poiché non (Anche se in questo caso il motore deve essere spento nelle fasi finali dell’avvicinamento per evitare una risposta di coppia del motore durante l’atterraggio.)
Se il motore si guasta, l’unità a ruota libera disinnesta automaticamente il motore dal rotore principale consentendo al rotore principale di ruotare liberamente. In sostanza, l’unità a ruota libera si disinnesta ogni volta che il numero di giri del motore (ERPM) è inferiore al numero di giri del rotore (RRPM).
Il produttore specifica un RRPM minimo e massimo per ogni tipo di elicottero. L’intervallo di giri / MIN normale è contrassegnato sull’indicatore RPM come un arco verde, con intervalli di cautela consentiti contrassegnati in giallo o ambra e racchiusi da un segno rosso che indica il minimo e il massimo consentiti.
Al momento del guasto del motore, le pale del rotore principale producono sollevamento e spinta da una combinazione del loro angolo di attacco e velocità. Quando la potenza del motore non riesce, il componente di trascinamento ridurrà rapidamente la velocità del rotore. Il Manuale di volo stabilirà un RRPM minimo, al di sotto del quale, se la velocità del rotore si riduce, potrebbe essere impossibile recuperare RRPM a un valore di volo: il rotore si bloccherà completamente e cesserà di ruotare. Il pilota deve quindi, se la potenza del motore si guasta, ridurre immediatamente il passo collettivo (e quindi diminuire sia la resistenza al sollevamento che la resistenza del profilo della lama), in conseguenza del quale l’elicottero inizia una discesa immediata, producendo così un flusso d’aria verso l’alto attraverso il sistema del rotore. Questo flusso di aria verso l’alto attraverso il rotore cambia i vettori di sollevamento e trascinamento lungo la campata delle pale per produrre una sezione interna in cui la resistenza agisce nel piano di rotazione delle pale: e quindi le mantiene in rotazione. Ciò fornisce una spinta sufficiente per mantenere il numero di giri del rotore durante la discesa, producendo anche un certo sollevamento. Tuttavia, i tassi di discesa in autorotazione sono tipicamente 1500-2000 fpm in molti elicotteri e possono essere più alti in alcuni. Poiché il rotore di coda è azionato dalla trasmissione del rotore principale durante l’autorotazione, l’equilibrio viene mantenuto come in volo normale.
Diversi fattori influenzano la velocità di discesa in autorotazione: Densità Altitudine, peso lordo, velocità e rotore RPM (RRPM):
- Ad alta densità altitudini, tasso di discesa sarà più alto perché l’aria è meno denso.
- Alti pesi lordi aumenteranno sia il tasso di discesa che il RRPM.
- A IAS inferiori al tasso minimo di discesa raccomandato, l’RRPM sarà verso l’estremità inferiore dell’intervallo consentito e a IAS superiori l’RRPM potrebbe essere verso l’estremità superiore dell’intervallo consentito.
Il controllo primario della velocità di discesa è la velocità dell’aria. Velocità più alte o più basse si ottengono con il controllo ciclico del bastone dell’atteggiamento del passo, proprio come nel volo normale.
In teoria, il pilota ha una scelta di velocità per variare l’angolo di discesa, da una discesa verticale alla portata massima, che è l’angolo minimo di discesa. La velocità di discesa è elevata a zero velocità e diminuisce al minimo a circa 50-70 nodi per la maggior parte degli elicotteri leggeri e medi, a seconda del particolare tipo di elicottero e dei fattori appena menzionati.
Quando la velocità aumenta oltre quella che dà il tasso minimo di discesa, il tasso di discesa aumenta di nuovo. Tali condizioni possono dar luogo a un ulteriore intervallo di autorotazione e, all’aumentare del RRPM con l’aumentare della velocità, il RRPM può essere controllato a un valore ridotto (entro i limiti manuali di volo) utilizzando un beccheggio collettivo aggiuntivo: ciò normalmente massimizza il range.
Allo stesso modo, a turno, a causa dell’aumento del carico della lama, il RRPM tenderà a salire e il pilota potrebbe dover utilizzare piccoli aumenti del passo collettivo per mantenere il RRPM entro i limiti specificati dal produttore.
Quando si atterra da un’autorotazione, l’energia immagazzinata nelle pale rotanti viene utilizzata per diminuire la velocità di discesa e fare un atterraggio morbido. Una maggiore quantità di energia del rotore è necessaria per fermare un elicottero con un alto tasso di discesa che è necessario per fermare un elicottero che sta scendendo più lentamente. Pertanto, le discese autorotative a velocità molto basse o molto elevate sono più critiche di quelle eseguite alla velocità minima di discesa.
Inoltre, ci sarà una velocità in autorotazione al di sopra della quale le sezioni di trascinamento a poppa delle pale del rotore si estendono lungo la campata della lama nella misura in cui il rotore inizierà a rallentare notevolmente. Questa velocità sarà normalmente espressa come limitazione manuale della velocità di volo per l’autorotazione. Poiché il RRPM è al suo valore più basso in un’autorotazione a velocità zero o bassa e non esiste una velocità effettiva per una manovra di flare prima del touchdown (discussa di seguito), potrebbe esserci un’inerzia insufficiente nel sistema del rotore per dissipare la velocità di discesa prima del touchdown. Ciò è particolarmente vero negli elicotteri con sistemi a rotore a bassa inerzia, come, comunemente, i modelli R22, Rotorway, Enstrom e alcuni altri. In secondo luogo, l’autorotazione della velocità della gamma mette l’elicottero in una configurazione che dovrà essere modificata in modo tempestivo affinché il pilota esegua un atterraggio autorotativo (o a motore spento). L’elicottero dovrà essere decelerato ad una velocità al suolo adatta per il contatto verso il basso e la corsa a terra lungo l’area di atterraggio, sia sul suo skid che sul telaio a ruote.
L’applicazione pratica dell’addestramento all’autorotazione è analoga alla “Pratica dell’atterraggio forzato senza potenza” effettuata dai piloti di aeroplani. Proprio come nel velivolo caso, il pilota dell’elicottero può semplicemente ri-applicare il potere di avviare un go-around a qualsiasi altezza, e (salvo i casi in cui la valvola a farfalla deve essere manipolata con il pilota in coordinamento con un’applicazione di passo collettivo) nella maggior parte dei casi questo sarà semplicemente questione di incrementare il collettivo leva e impostazione della potenza di salita, con una appropriata regolazione del pitch atteggiamento.
Durante l’autorotazione l’elicottero rimane completamente manovrabile e una combinazione di giri e / o alterazioni della velocità può essere utilizzata per regolare la traiettoria di volo e per manovrare l’aeromobile in un’area di atterraggio adatta.
Le autorotazioni per atterraggi a terra o a motore (EOL) sono praticate di routine in quasi tutti gli elicotteri monomotore e sono una manovra necessaria per i test di abilità. Durante l’addestramento EOL, l’istruttore o l’esaminatore ritarderà l’acceleratore o inibirà il sistema di governo del motore, in modo che il motore rimanga al minimo quando la leva collettiva viene sollevata. Queste manovre sono quindi propriamente chiamate Atterraggi simulati di spegnimento del motore (SEOL), in quanto il motore non viene effettivamente spento.
Tecnica di atterraggio autorotativo
Quando si effettuano delle virate per migliorare l’area di atterraggio prescelta, l’obiettivo dovrebbe essere sempre che l’elicottero sia allineato con l’area di atterraggio entro e non oltre 300 ft agl in autorotazione costante, secondo gli IAS raccomandati (che normalmente saranno di alcuni nodi superiori al tasso minimo di discesa IAS per massimizzare i benefici del flare, discussi di seguito). Ad un’altezza adatta (tipicamente fra 40 e 100 ft secondo il tipo dell’elicottero) la velocità è ridotta ad una velocità comoda per un atterraggio di rodaggio facendo uso di un atteggiamento decelerativo, del chiarore del naso-su. Il flare ha il vantaggio sia di ridurre la velocità in avanti che di aumentare il RRPM durante il flare, il che aumenterà l’energia immagazzinata nel rotore: necessaria per attutire il touchdown. Il sollevamento aggiuntivo creato durante il flare riduce la velocità di discesa. La velocità al touchdown e la corsa a terra risultante dipende dalla velocità e dalla quantità di flare. Maggiore è il grado di flare e più a lungo si tiene, più lenta è la velocità di touchdown e più breve è la corsa a terra. Più lenta è la velocità desiderata al touchdown, più accurati devono essere i tempi e la velocità del flare, specialmente negli elicotteri con sistemi a rotore a bassa inerzia.
Poiché il flare normalmente aumenta il RRPM, il pilota può (tranne che negli elicotteri con sistemi a rotore a bassa inerzia) sollevare leggermente la leva collettiva alla fine del flare. (Il piccolo aumento del pitch collettivo è spesso conosciuto come un “controllo”.) Ciò avrà l’effetto di utilizzare alcuni dei RRPM aggiuntivi per dare una spinta extra del rotore, che diminuirà la velocità di discesa e fornirà una maggiore decelerazione, poiché la spinta del rotore agisce in senso opposto alla direzione del movimento in avanti.
L’atteggiamento svasato non può essere tenuto fino al touchdown, altrimenti la coda dell’elicottero colpirà prima il suolo. Così, una volta che il flare è stato completato, il pilota deve ri-selezionare un atteggiamento passo di livello utilizzando il bastone ciclico prima del touchdown.
Nelle ultime fasi dell’EOL, l’elicottero è in assetto di livello, con una velocità di avanzamento relativamente bassa e con solo l’inerzia rimanente nel rotore per aiutare il pilota a effettuare un leggero touchdown. Il pilota dovrà alzare la leva collettiva per utilizzare parte o tutta l’energia di sollevamento rimanente nel sistema del rotore per attutire il touchdown.
È essenziale che il ciclico e i pedali siano coordinati durante il flare e il touchdown, in modo che l’elicottero tocchi verso il basso correndo dritto. Dopo il touch-down, la leva ciclica e collettiva non deve essere spostata finché la corsa di atterraggio non è completa e l’elicottero si ferma. Tuttavia, i pedali di imbardata dovrebbero essere usati, se necessario, per garantire che il rotolo di terra rimanga dritto.
Esercizio aereo: Autorotazione diretta a EOL
Un’autorotazione diretta a SEOL viene spesso utilizzata per praticare le fasi finali di un touchdown autorotazione. Dato che in una pratica di atterraggio forzato l’obiettivo è sempre quello di essere a livello delle ali e agli IAS raccomandati per un EOL di 300 ft agl, da quel momento in poi la procedura, e in particolare la gestione dell’energia del RRPM, è generalmente la stessa.
Fare riferimento alla figura sopra (posizione 1). Dal volo livellato alla velocità raccomandata dal produttore, al di sopra di 500 piedi AGL e dirigendosi verso il vento, uniformemente, ma saldamente, abbassi la leva collettiva del passo alla posizione giù completa, mantenente il RRPM nell’arco verde.
Coordinare il movimento collettivo con i pedali di imbardata per mantenere l’equilibrio e utilizzare il bastone ciclico per regolare l’atteggiamento del passo per selezionare e mantenere la velocità desiderata. Negli elicotteri con motore a pistone, una volta che il collettivo è completamente abbassato, diminuire la valvola a farfalla per garantire una spaccatura pulita degli aghi. Dopo aver diviso gli aghi, regolare nuovamente l’acceleratore per mantenere l’ERPM al di sopra della normale velocità al minimo, ma non abbastanza alta da causare il ricongiungimento degli aghi. Il produttore consiglia spesso l’ERPM da impostare. Diverse tecniche di gestione del motore possono essere specificate nel Manuale di volo per elicotteri con motore a turbina e altri con sistemi di gestione del motore.
Alla posizione 2, l’aeromobile dovrebbe essere in autorotazione ai IAS autorotativi raccomandati, con IAS costanti, RRPM nel settore verde e con l’elicottero in equilibrio.
A circa 40-100 piedi sopra la superficie, o all’altezza raccomandata dal produttore (posizione 3), il flare è iniziato, selezionando un atteggiamento decelerativo con sufficiente bastone ciclico di poppa per ridurre la velocità in avanti e diminuire la velocità di discesa. Bisogna fare attenzione nell’esecuzione del flare in modo che il bastone ciclico non sia spostato all’indietro così bruscamente da far salire l’elicottero, né dovrebbe essere spostato troppo lentamente, poiché ci sarà quindi un piccolo effetto flare per aiutare ad arrestare la discesa. Il flare può essere una manovra “una sola volta” per un atteggiamento di beccheggio definito, o applicato progressivamente, ma in modo da evitare qualsiasi atteggiamento di beccheggio estremo. Il RRPM dovrebbe aumentare durante il flare e un marcato aumento del RRPM consente al pilota di effettuare un piccolo movimento verso l’alto (o “Controllo”) della leva collettiva per massimizzare sia il sollevamento che la decelerazione con l’elicottero nell’atteggiamento svasato.
Poiché l’altezza da terra tra la coda dell’elicottero e il terreno si riduce e la velocità in avanti è diminuita fino al ritmo di un corridore veloce apparente (posizione 4), il ciclico viene spostato in avanti per posizionare l’elicottero nell’atteggiamento di livello della fusoliera per l’atterraggio. L’altezza in questo momento dovrebbe essere di circa 8 a 15 piedi AGL, a seconda dell’altezza raccomandata dal produttore. Estrema cautela deve essere usata per evitare un eccessivo naso alto e coda bassa atteggiamento sotto 10 piedi.
A questo punto rimane solo l’inerzia residua nel sistema del rotore per fornire il sollevamento e l’elicottero scenderà con bassa velocità in avanti (posizione 5). Il pilota deve aumentare il passo collettivo, se necessario, per controllare la discesa e attutire l’atterraggio. I pedali di imbardata vengono utilizzati per mantenere la direzione mentre il passo collettivo viene sollevato, a causa della riduzione del RRPM e del conseguente effetto ridotto del rotore di coda.
Dopo il touchdown, e dopo che l’elicottero si è fermato completamente, la leva collettiva viene abbassata nella posizione full-down. Nessun tentativo dovrebbe essere fatto per cercare di fermare la corsa a terra in avanti con il ciclico di poppa, poiché le pale del rotore principale possono colpire il braccio di coda a bassi giri / min. Piuttosto, abbassando leggermente il collettivo durante la corsa a terra, viene posto più peso sul sottocarro, rallentando l’elicottero.
Per riassumere la tecnica EOL da un’autorotazione allo stato stazionario agli IAS raccomandati: FLARE (o F-L-A R-E), CONTROLLARE (ad eccezione dei sistemi a rotore a bassa inerzia) e AMMORTIZZARE.
Errori comuni nell’autorotazione
- Mancato utilizzo di un pedale antitorque sufficiente quando la potenza è ridotta.
- Abbassando il naso bruscamente quando il potere è perso. Lo scarico del sistema del rotore causa ulteriore perdita di RRPM e l’atteggiamento accelerativo può provocare l’eccessivo guadagno in IAS e l’aumento nel tasso di discesa.
- Non riuscire a mantenere RRPM entro i limiti manuali di volo durante la discesa.
- Mancata manutenzione degli IAS raccomandati in cui il flare è efficace
- Flaring all’altezza sbagliata.
- Flaring troppo aggressivo o non abbastanza aggressivo.
- Terminando il flare troppo alto e / o…..
- ….applicazione della leva up-collective ad un’altezza eccessiva, con conseguente atterraggio duro, perdita del controllo della direzione e possibili danni al rotore di coda e agli arresti delle pale del rotore principale.
- Non riuscire a livellare l’elicottero prima di atterrare.
Incidenti e inconvenienti
- AS32, in rotta, Mare del Nord Norvegia, 1998: Il 20 ottobre 1998, nel Mare del Nord, un Eurocopter AS332L Super Puma gestito da Norsk HeliKopter AS, ha subito un guasto al motore con autorotazione e conseguente perdita di altezza. L’equipaggio ha identificato erroneamente il motore malfunzionante e ha ridotto la potenza del motore funzionante rimanente. Tuttavia, l’errore è stato rilevato giusto in tempo per l’equipaggio per recuperare il controllo dell’elicottero.
- Wake Vortex Generation by Helicopters
- Vortex Ring
- Helicopter SMS Toolkit
- Offshore Helicopter Safety Review 2014 UK CAA
Ulteriori letture
- H-8083-21A: “Helicopter Flying Handbook”; FAA, 2012