| Article Information | ||
|---|---|---|
| Category: | Theory of Flight |  |
| Content source: | SKYbrary |  |
| Content control: | Luchtpiloten |  |
Helikopterautorotatie
definitie
Autorotatie is een staat van helikoptervlucht waarbij de hoofdrotor van een helikopter alleen wordt aangedreven door aërodynamische krachten zonder vermogen van de motor. Het is een manoeuvre waarbij de motor wordt ontkoppeld van het hoofdrotorsysteem en de rotorbladen uitsluitend worden aangedreven door de opwaartse luchtstroom door de rotor. Met andere woorden, de motor levert geen stroom meer aan de hoofdrotor. Een vector van de stuwkracht van de rotor in een helikopter wordt gebruikt om voorwaartse stuwkracht te geven in gemotoriseerde vlucht; dus, wanneer er geen andere stuwkrachtbron in een helikopter is, moet deze dalen bij autorotatie.
Autorotatie na storing van de motor of staartrotor
de meest voorkomende reden voor autorotatie is een motorstoring (of een storing van beide motoren in het geval van een tweemotorige helikopter), maar autorotaties kunnen ook worden uitgevoerd in het geval van een volledige staartrotorstoring, aangezien er bij autorotatie vrijwel geen koppel wordt geproduceerd. (Hoewel in dit geval de motor in de laatste fasen van de nadering moet worden uitgeschakeld om een reactie op het motorkoppel bij de landing te voorkomen.)
als de motor uitvalt, ontkoppelt de vrijloopeenheid de motor automatisch van de hoofdrotor, zodat de hoofdrotor vrij kan draaien. In wezen, de freewheeling unit ontkoppelt wanneer het motortoerental (ERPM) is minder dan de rotor RPM (RRPM).
de fabrikant specificeert voor elk type helikopter een minimum-en maximumsnelheid RPM. Het normale toerentalbereik wordt op de toerentalmeter gemarkeerd als een groene boog, met toegestane waarschuwingsbereiken in geel of ambergeel en ingesloten door een rode markering die het toegestane minimum en maximum aangeeft.
op het moment dat de motor uitvalt, produceren de belangrijkste rotorbladen lift en stuwkracht door een combinatie van hun aanvalshoek en snelheid. Wanneer het motorvermogen uitvalt, zal de sleepcomponent het rotortoerental snel verminderen. In het Vlieghandboek wordt een minimum toerental vastgelegd, waaronder, als de rotorsnelheid afneemt, het onmogelijk kan zijn om het toerental terug te brengen tot een vliegwaarde: de rotor zal volledig stilstaan en niet meer draaien. De piloot moet daarom, als het motorvermogen uitvalt, onmiddellijk de collectieve pitch verminderen (en dus zowel de lift-geïnduceerde als het bladprofielweerstand verminderen), waardoor de helikopter onmiddellijk begint te dalen, waardoor een opwaartse luchtstroom door het rotorsysteem ontstaat. Deze opwaartse stroom van lucht door de rotor verandert de lift en sleepvectoren langs de spanwijdte van de bladen om een binnenboordsectie te produceren waar de weerstand in het vlak van omwenteling van de bladen handelt: en zo houdt hen draaiend. Dit zorgt voor voldoende stuwkracht om het toerental van de rotor tijdens de afdaling te handhaven, terwijl ook enige lift wordt geproduceerd. Niettemin zijn de daalsnelheden in autorotatie typisch 1500-2000 fpm in veel helikopters, en kan hoger zijn in sommige. Aangezien de staartrotor wordt aangedreven door de hoofdrotor transmissie tijdens autorotatie, evenwicht wordt gehandhaafd zoals in normale vlucht.
verschillende factoren beïnvloeden de daalsnelheid bij autorotatie: Dichtheidshoogte, Brutogewicht, luchtsnelheid en Rotor RPM (RRPM):
- op hoogtes met een hoge dichtheid zal de daalsnelheid hoger zijn omdat de lucht minder dicht is.
- hoge brutogewichten zullen zowel de daalsnelheid als de RRPM verhogen.
- bij IAS onder de aanbevolen minimumafdalingsgraad IAS zal de RRPM zich bevinden in de richting van de onderzijde van het toegestane bereik, en bij hogere IAS kan de RRPM zich bevinden in de richting van de bovenkant van het toegestane bereik.
de primaire regeling van de daalsnelheid is de luchtsnelheid. Hogere of lagere luchtsnelheden worden verkregen met cyclische stick controle van de pitch stand, net als bij normale vlucht.
in theorie heeft de piloot een keuze uit luchtsnelheden om de dalingshoek te variëren, van een verticale afdaling tot het maximale bereik, wat de minimale dalingshoek is. De daalsnelheid is hoog bij nul vliegsnelheid en daalt tot een minimum bij ongeveer 50 tot 70 knopen voor de meeste lichte en middelzware helikopters, afhankelijk van het specifieke helikoptertype en de zojuist genoemde factoren.
naarmate de luchtsnelheid groter wordt dan die welke de minimale daalsnelheid geeft, neemt de daalsnelheid weer toe. Dergelijke omstandigheden kunnen aanleiding geven tot een extra autorotatiebereik, en als het toerental stijgt met toenemende luchtsnelheid, kan het toerental worden geregeld met een lagere waarde (binnen de grenzen van het Vlieghandboek) door gebruik te maken van extra collectieve pitch: dit zal normaal gesproken het bereik maximaliseren.
evenzo zal, als gevolg van de toegenomen belasting van het blad, het toerental om beurten stijgen, en de piloot kan het nodig zijn om kleine verhogingen van de collectieve spoed te gebruiken om het toerental binnen de door de fabrikant opgegeven grenzen te houden.
bij het landen via een autorotatie wordt de energie die is opgeslagen in de roterende bladen gebruikt om de daalsnelheid te verlagen en een zachte landing te maken. Een grotere hoeveelheid rotorenergie is nodig om een helikopter met een hoge daalsnelheid te stoppen dan nodig is om een helikopter die langzamer daalt te stoppen. Daarom zijn autorotatieve afdalingen bij zeer lage of zeer hoge luchtsnelheden kritischer dan die welke worden uitgevoerd bij de minimale daalsnelheid.
bovendien zal er een snelheid in autorotatie zijn waarboven de achtersleepende delen van de rotorbladen zich zo ver uitstrekken dat de rotor nu duidelijk begint te vertragen. Deze snelheid zal normaal gesproken worden uitgedrukt als een Vlieghandboek vliegsnelheid beperking voor autorotatie. Aangezien het toerental bij een autorotatie zonder luchtsnelheid of lage luchtsnelheid de laagste waarde heeft en er geen effectieve luchtsnelheid is voor een flare-manoeuvre voorafgaand aan de landing (zie hieronder), kan er onvoldoende traagheid in het rotorsysteem zijn om de daalsnelheid voor de landing te verminderen. Dit is met name het geval bij helikopters met lage inertie rotorsystemen, zoals gewoonlijk de R22, Rotorway-modellen, Enstrom-modellen en enkele andere. Ten tweede, de range speed autorotation zet de helikopter in een configuratie die zal moeten worden aangepast in een tijdige manier om de piloot een autorotatieve (of motor-Off) landing uit te voeren. De helikopter moet worden afgeremd tot een geschikte grondsnelheid om te landen en op de grond langs het landingsgebied te lopen, hetzij op de slip, hetzij op het onderstel op wielen.
de praktische toepassing van autorotatietraining is analoog aan de praktijk van “noodlanding zonder kracht” die door piloten wordt uitgevoerd. Net als in het geval van het vliegtuig mag de helikopterpiloot gewoon opnieuw de kracht gebruiken om op elke hoogte een doorstart te starten, en (behalve in gevallen waarin het gaspedaal door de piloot moet worden gemanipuleerd in coördinatie met een toepassing van collectieve pitch) zal dit in de meeste gevallen simpelweg een kwestie zijn van het verhogen van de collectieve hendel en het instellen van de klimkracht, met een passende afstelling van de pitchstand.
tijdens autorotatie blijft de helikopter volledig manoeuvreerbaar, en een combinatie van bochten en / of wijzigingen in de luchtsnelheid kan worden gebruikt om de vliegbaan aan te passen en het luchtvaartuig naar een geschikte landingszone te manoeuvreren.
Autorotaties om te landen of om te landen met een motor (Engine-Off Landings-EOL) worden routinematig uitgevoerd in bijna alle eenmotorige helikopters en zijn een vereiste manoeuvre voor vaardigheidstests. Bij het uitvoeren van EOL-training zal de instructeur of examinator het gaspedaal vertragen of het motorbesturingssysteem remmen, zodat de motor stationair blijft wanneer de collectieve hendel wordt opgeheven. Deze manoeuvers worden dus wel Simulated Engine-Off Landings (SEOL) genoemd, omdat de motor niet echt is uitgeschakeld.
Autorotatieve Landingstechniek
wanneer bochten worden uitgevoerd om het gekozen landingsterrein te verbeteren, dient het doel altijd te zijn dat de helikopter niet later dan 300 ft agl in constante autorotatie op het landingsterrein staat, bij de aanbevolen IAS (die normaal gesproken een paar knopen hoger zal zijn dan de minimale daalsnelheid IAS om de voordelen van de flare te maximaliseren, zoals hieronder wordt besproken). Op een geschikte hoogte (meestal tussen 40 en 100 ft afhankelijk van het type helikopter) wordt de luchtsnelheid verlaagd tot een comfortabele snelheid voor een run-on landing met behulp van een vertragende, neus-up flare-stand. De flare heeft het voordeel zowel van het verminderen van voorwaartse snelheid als het verhogen van RRPM tijdens de flare, die de opgeslagen energie in de rotor zal verhogen: noodzakelijk om de touchdown te kussen. De extra lift die tijdens de flare wordt gecreëerd, vermindert de daalsnelheid. De snelheid bij landing en de resulterende grondloop is afhankelijk van de snelheid en de hoeveelheid flare. Hoe groter de mate van flare en hoe langer het wordt gehouden, hoe langzamer de touchdown snelheid en hoe korter de grond lopen. Hoe langzamer de gewenste snelheid bij landing, hoe nauwkeuriger de timing en snelheid van de flare moet zijn, vooral in helikopters met lage traagheid rotorsystemen.
aangezien de flare normaal gesproken het toerental verhoogt, mag de piloot (behalve in helikopters met een rotorsysteem met lage traagheid) de collectieve hendel aan het einde van de flare iets verhogen. (De kleine toename van de collectieve toonhoogte wordt vaak een ‘check’ genoemd.) Dit zal het effect hebben van het gebruik van een deel van de extra RRPM om wat extra rotorstuwkracht te geven, die zowel de daalsnelheid zal verminderen als meer vertraging zal bieden, omdat de rotorstuwkracht tegengesteld werkt aan de richting van voorwaartse beweging.
de uitlopende stand kan niet worden aangehouden tot de landing, anders zal de staart van de helikopter als eerste de grond raken. Dus zodra de flare is voltooid, moet de piloot een niveau pitch houding opnieuw selecteren met behulp van de cyclische stick voorafgaand aan de landing.
in de laatste fasen van de EOL bevindt de helikopter zich in de vlakke stand, met een relatief lage voorwaartse luchtsnelheid, en met alleen de resterende traagheid in de rotor om de piloot te helpen een zachte landing te maken. De piloot zal de collectieve hefboom moeten verhogen om sommige of alle resterende hefenergie in het rotorsysteem te gebruiken om de touchdown te kussen.
Het is essentieel dat de cyclische en pedalen tijdens de flare en landing worden gecoördineerd, zodat de helikopter recht naar beneden landt. Na de landing mag de cyclische en collectieve hendel niet worden bewogen totdat de landing is voltooid en de helikopter tot stilstand komt. Echter, de gierpedalen moeten worden gebruikt, indien nodig, om ervoor te zorgen dat de grond-roll blijft recht.
Luchtoefening: Straight-in Autorotatie naar EOL
een Straight-in Autorotatie naar SEOL wordt vaak gebruikt om de laatste fasen van een touchdown te oefenen autorotatie. Aangezien bij een praktijk van noodlanding altijd wordt gestreefd naar vleugelhoogte en bij de aanbevolen IAS voor een EOL van 300 ft agl, is vanaf dat punt de procedure, en met name het energiebeheer van de RRPM, over het algemeen hetzelfde.
zie bovenstaande figuur (positie 1). Vanaf een vlakke vlucht met de door de fabrikant aanbevolen luchtsnelheid, boven 500 voet AGL en op weg naar de wind, soepel, maar stevig, verlaag de collectieve pitch hendel naar de volledige down positie, het handhaven van RRPM in de groene boog.
coördineer de collectieve beweging met de gierpedalen om het evenwicht te behouden en gebruik de cyclische stick om de toonhoogte aan te passen om de gewenste luchtsnelheid te selecteren en te behouden. In zuigermotorige helikopters, zodra het collectief volledig is verlaagd, verlaag gas om een schone splitsing van de naalden te garanderen. Na het splitsen van de naalden, pas het gaspedaal aan om ERPM boven de normale stationair draaien snelheid te houden, maar niet hoog genoeg om opnieuw aansluiten van de naalden te veroorzaken. De fabrikant raadt vaak aan de ERPM in te stellen. In het Vlieghandboek kunnen verschillende technieken voor motorbeheer worden gespecificeerd voor helikopters met turbinemotor en andere met motorbesturingssystemen.
Op positie 2 moet het luchtvaartuig autorotatie hebben bij de aanbevolen AUTOROTATIEVE IAS, met IAS stabiel, RRPM in de groene sector en met de helikopter in balans.
op ongeveer 40 tot 100 voet boven het oppervlak, of op de door de fabrikant aanbevolen hoogte (positie 3), wordt de vlam gestart, waarbij een vertragingsstand wordt gekozen met voldoende cyclische stok achter om de voorwaartse luchtsnelheid te verminderen en de daalsnelheid te verlagen. Bij de uitvoering van de flare moet ervoor worden gezorgd dat de cyclische stok niet zo abrupt naar achteren wordt bewogen dat de helikopter kan klimmen, en ook niet te langzaam wordt bewogen, omdat er dan weinig flare-effect zal zijn om de afdaling te stoppen. De flare kan een “eenmalig” manoeuvre zijn naar een bepaalde stand van de neus-omhoog-toonhoogte, of geleidelijk worden toegepast, maar om een extreme stand van de toonhoogte te vermijden. De RRPM moet toenemen tijdens de flare, en een duidelijke toename van het RRPM maakt het de piloot mogelijk om een kleine opwaartse beweging (of “controle”) van de collectieve hendel te maken om zowel de lift als de vertraging te maximaliseren met de helikopter in de uitlopende stand.
naarmate de bodemvrijheid tussen de helikopterstaart en de grond afneemt en de voorwaartse snelheid is gedaald tot een schijnbaar snel loperstempo (positie 4), wordt de cyclische beweging naar voren bewogen om de helikopter in de vlakke rompstand te plaatsen voor de landing. De hoogte op dit moment moet ongeveer 8 tot 15 voet AGL, afhankelijk van de hoogte aanbevolen door de fabrikant. Uiterste voorzichtigheid moet worden gebruikt om een overmatige neus hoge en staart lage houding onder 10 voet te voorkomen.
Op dit punt blijft alleen de resterende traagheid in het rotorsysteem over om lift te leveren en de helikopter zal dalen met lage voorwaartse snelheid (positie 5). De piloot moet collectieve toonhoogte verhogen, indien nodig, om de afdaling te controleren en de landing te kussen. De yaw pedalen worden gebruikt om de koers te handhaven als collectieve toonhoogte wordt verhoogd, als gevolg van de vermindering van RRPM en het resulterende verminderde effect van de staartrotor.
na de landing en nadat de helikopter volledig tot stilstand is gekomen, wordt de collectieve hendel verlaagd tot de positie volledig naar beneden. Er moet geen poging worden gedaan om te proberen om de voorwaartse grond lopen met achter cyclisch te stoppen, omdat de belangrijkste rotorbladen de staartboom kunnen raken bij lage RRPM. In plaats daarvan, door het collectief iets te verlagen tijdens de grondloop, wordt meer gewicht op het onderstel geplaatst, waardoor de helikopter wordt vertraagd.
om de EOL-techniek samen te vatten aan de hand van een autorotatie in steady-state bij de aanbevolen IAS: FLARE (of F-L-A R-E), controle (met uitzondering van rotorsystemen met lage traagheid) en CUSHION.
vaak voorkomende fouten in Autorotatie
- niet voldoende antitorque pedaal gebruiken wanneer het vermogen is verminderd.
- de neus abrupt laten zakken wanneer de stroom uitvalt. Het lossen van het rotorsysteem veroorzaakt verder verlies van het toerental, en de acceleratieve stand kan resulteren in een buitensporige toename van de IAS en een toename van de daalsnelheid.
- Tijdens de afdaling de RRPM niet binnen de limieten van het Vlieghandboek houdt.
- het niet handhaven van de aanbevolen IAS waarbij de flare effectief is
- affakkelen op de verkeerde hoogte.
- flakkeren te agressief of niet agressief genoeg.
- waardoor de flare te hoog wordt en / of…..
- ….toepassing van up-collective hendel op een overmatige hoogte, wat resulteert in een harde landing, verlies van koerscontrole en mogelijke schade aan de staartrotor en de belangrijkste rotorblad stopt.
- niet in staat de helikopter te water te laten voordat hij landt.
ongevallen en incidenten
- AS32, en-route, Noordzee Noorwegen, 1998: Op 20 oktober 1998 had een Eurocopter AS332L Super Puma van Norsk HeliKopter AS in de Noordzee een motorstoring met autorotatie en daarna een verlies van hoogte. De bemanning identificeerde de defecte motor verkeerd en verminderde het vermogen van de resterende bruikbare Motor. De fout werd echter net op tijd gedetecteerd zodat de bemanning de controle over de helikopter kon terugkrijgen.
- Wake Vortex Generation by Helicopters
- Vortex Ring
- helikopter SMS Toolkit
- Offshore Helicopter Safety Review 2014 UK CAA
verdere lezing
- H-8083-21A: “Helicopter Flying Handbook”; FAA, 2012