| Article Information | ||
|---|---|---|
| Category: | Theory of Flight |  |
| Content source: | SKYbrary |  |
| Content control: | Piloci lotniczy |  |
Autorotacja śmigłowców
definicja
autorotacja to stan lotu śmigłowca, podczas którego wirnik główny śmigłowca napędzany jest wyłącznie siłami aerodynamicznymi bez mocy silnika. Jest to manewr, w którym silnik jest odłączany od głównego układu wirnika, a łopaty wirnika są napędzane wyłącznie przez przepływ powietrza w górę przez wirnik. Innymi słowy, silnik nie dostarcza już mocy do wirnika głównego. Wektor ciągu wirnika w śmigłowcu jest używany do oddawania ciągu do przodu w locie z napędem; tak więc, jeśli nie ma innego źródła ciągu w śmigłowcu, musi on zejść podczas autorotacji.
Autorotacja po awarii silnika lub wirnika ogonowego
najczęstszą przyczyną autorotacji jest awaria silnika (lub awaria obu silników w przypadku śmigłowca dwusilnikowego), ale autorotacje można również wykonać w przypadku całkowitej awarii wirnika ogonowego, ponieważ w autorotacji praktycznie nie wytwarza się momentu obrotowego. (Chociaż w tym przypadku silnik musi zostać wyłączony na końcowych etapach podejścia, aby zapobiec reakcji momentu obrotowego silnika podczas lądowania.)
Jeśli silnik ulegnie awarii, urządzenie wolnobiegowe automatycznie odłącza silnik od głównego wirnika, umożliwiając swobodny obrót głównego wirnika. Zasadniczo, Jednostka wolnobiegowa wyłącza się, gdy obroty silnika (ERPM) są mniejsze niż Obroty wirnika (rrpm).
producent określa minimalne i maksymalne RRPM dla każdego typu śmigłowca. Normalny zakres RRPM jest oznaczony na wskaźniku prędkości obrotowej jako zielony łuk, z dopuszczalnymi zakresami ostrzegawczymi zaznaczonymi na Żółto lub pomarańczowo i zamkniętymi czerwonym znakiem wskazującym dopuszczalne minimum i maksimum.
w momencie awarii silnika łopaty wirnika głównego wytwarzają siłę nośną i siłę ciągu poprzez połączenie ich kąta natarcia i prędkości. Gdy moc silnika ulegnie awarii, element hamulcowy szybko zmniejszy prędkość wirnika. Instrukcja obsługi w locie będzie określać minimalną prędkość obr. / min, poniżej której, jeśli prędkość wirnika się zmniejszy, przywrócenie prędkości obr. / min do wartości lotu może być niemożliwe: wirnik całkowicie się zatrzyma i przestanie się obracać. W związku z tym, w przypadku awarii mocy silnika, pilot musi natychmiast zmniejszyć skok zbiorczy (a tym samym zmniejszyć zarówno skok wywołany uniesieniem, jak i opór profilu łopaty), w wyniku czego śmigłowiec rozpoczyna natychmiastowe opadanie, wytwarzając w ten sposób przepływ powietrza w górę przez układ wirnika. Ten przepływ powietrza w górę przez wirnik zmienia wektory podnoszenia i przeciągania wzdłuż rozpiętości łopatek, tworząc wewnętrzną sekcję, w której opór działa w płaszczyźnie obrotu łopatek, a tym samym utrzymuje je w ruchu obrotowym. Zapewnia to wystarczającą siłę ciągu, aby utrzymać Obroty wirnika podczas opadania, a jednocześnie zapewnia pewne podnoszenie. Niemniej jednak, szybkość opadania w autorotacji wynosi zazwyczaj 1500-2000 fpm w wielu śmigłowcach i może być wyższa w niektórych. Ponieważ wirnik ogonowy jest napędzany przez przekładnię wirnika głównego podczas autorotacji, równowaga jest utrzymywana jak w normalnym locie.
kilka czynników wpływa na szybkość opadania w autorotacji: Wysokość gęstości, masa brutto, prędkość powietrza i Obroty wirnika (RRPM):
- na wysokościach o dużej gęstości szybkość opadania będzie wyższa, ponieważ powietrze jest mniej gęste.
- wysokie ciężary brutto zwiększą zarówno szybkość opadania, jak i prędkość obrotową na minutę.
- przy IAS poniżej zalecanego minimalnego wskaźnika spadku IAS, RRPM będzie w kierunku niższego końca dozwolonego zakresu, a przy wyższych IAS RRPM może być w kierunku górnego końca dozwolonego zakresu.
podstawową kontrolą szybkości opadania jest prędkość powietrza. Wyższe lub niższe prędkości powietrzne są uzyskiwane za pomocą cyklicznej kontroli wysokości skoku, tak jak w normalnym locie.
teoretycznie pilot ma do wyboru prędkość powietrzną do zmiany kąta opadania, od pionowego do maksymalnego zasięgu, który jest minimalnym kątem opadania. Prędkość opadania jest wysoka przy zerowej prędkości i zmniejsza się do minimum przy prędkości około 50 do 70 węzłów dla większości lekkich i średnich śmigłowców, w zależności od konkretnego typu śmigłowca i wymienionych czynników.
w miarę jak prędkość powietrza wzrasta powyżej tej, która daje minimalną szybkość opadania, szybkość opadania wzrasta ponownie. Takie warunki mogą powodować dodatkowy zasięg w autorotacji, a ponieważ RRPM rośnie wraz ze wzrostem prędkości powietrza, RRPM może być kontrolowany ze zmniejszoną wartością (w granicach instrukcji obsługi w locie) za pomocą dodatkowego wspólnego skoku: Zwykle maksymalizuje to zasięg.
podobnie, z kolei, ze względu na zwiększone obciążenie lemiesza, RRPM będzie miał tendencję do wzrostu, a pilot może potrzebować małych wzrostów wspólnego skoku, aby utrzymać RRPM w określonych przez producenta granicach.
podczas lądowania z autorotacji energia zmagazynowana w obrotowych łopatkach jest wykorzystywana do zmniejszenia szybkości opadania i miękkiego lądowania. Większa ilość energii wirnika jest wymagana do zatrzymania śmigłowca z dużą szybkością opadania niż wymagana do zatrzymania śmigłowca, który schodzi wolniej. Dlatego autorotacyjne zjazdy przy bardzo niskich lub bardzo wysokich prędkościach są bardziej krytyczne niż te wykonywane przy minimalnej prędkości opadania.
dodatkowo, będzie prędkość w autorotacji, powyżej której rufowe sekcje łopat wirnika rozciągają się wzdłuż rozpiętości łopat do tego stopnia, że wirnik zacznie teraz znacznie zwalniać. Prędkość ta jest zwykle wyrażana jako ograniczenie prędkości Ręcznej w locie dla autorotacji. Ponieważ prędkość RRPM jest najniższa przy zerowej prędkości powietrznej lub niskiej prędkości autorotacji i nie ma skutecznej prędkości powietrznej dla manewru flary przed przyziemieniem (omówionego poniżej), może być niewystarczająca bezwładność w układzie wirnika, aby rozproszyć szybkość opadania przed przyziemieniem. Ma to miejsce szczególnie w przypadku śmigłowców z systemami wirników o niskiej bezwładności, takimi jak powszechnie R22, modele Rotorway, modele Enstrom i niektóre inne. Po drugie, autorotacja prędkości zasięgu stawia śmigłowiec w konfiguracji, która będzie musiała zostać zmodyfikowana w odpowiednim czasie, aby pilot mógł wykonać autorotację (lub wyłączenie silnika) lądowania. Śmigłowiec będzie musiał zostać spowolniony do odpowiedniej prędkości naziemnej do lądowania i lądowania wzdłuż obszaru lądowania, na płozie lub podwoziu kołowym.
praktyczne zastosowanie szkolenia autorotacyjnego jest analogiczne do „praktycznego przymusowego lądowania bez mocy” wykonywanego przez pilotów samolotów. Podobnie jak w przypadku samolotu, pilot śmigłowca może po prostu ponownie zastosować moc, aby zainicjować przejście na dowolnej wysokości, i (z wyjątkiem przypadków, gdy pilot musi manipulować przepustnicą w koordynacji z zastosowaniem wspólnego skoku) w większości przypadków będzie to po prostu kwestia podniesienia dźwigni zbiorowej i ustawienia siły wspinania, z odpowiednią regulacją wysokości skoku.
podczas autorotacji śmigłowiec pozostaje w pełni zwrotny, a kombinacja zakrętów i / lub zmian prędkości powietrznej może być wykorzystana do dostosowania toru lotu i manewrowania samolotem do odpowiedniego miejsca lądowania.
Autorotacje do lądowania (ang. touch-down) lub lądowania bez silnika (ang. Engine-Off landing, EOL) są wykonywane rutynowo w prawie wszystkich śmigłowcach jednosilnikowych i są manewrem wymaganym do testów umiejętności. Podczas prowadzenia szkolenia EOL instruktor lub egzaminator opóźnia przepustnicę lub hamuje układ sterowania silnikiem, tak aby silnik pozostawał na biegu jałowym, gdy dźwignia zbiorcza jest podniesiona. Manewry te są zatem właściwie nazywane symulowanymi lądowaniami wyłączonymi z silnika (SEOL), ponieważ silnik nie jest w rzeczywistości wyłączony.
Technika Autorotacyjnego lądowania
W przypadku gdy wykonuje się skręty w celu naprawienia wybranego obszaru lądowania, celem zawsze powinno być ustawienie śmigłowca w linii z obszarem lądowania nie później niż 300 stóp agl w stałej autorotacji, przy zalecanym IAS (który zwykle będzie o kilka węzłów wyższy niż minimalna szybkość opadania IAS w celu zmaksymalizowania korzyści płynących z flary, omówione poniżej). Na odpowiedniej wysokości (zwykle od 40 do 100 stóp w zależności od typu śmigłowca) prędkość powietrzna jest zmniejszona do wygodnej prędkości do lądowania przy użyciu zwalniającego, nos-up flare postawy. Flara ma tę zaletę, że zmniejsza prędkość do przodu i zwiększa RRPM podczas flary, co zwiększy zmagazynowaną energię w wirniku: niezbędną do amortyzacji przyziemienia. Dodatkowe podnoszenie powstałe podczas flary zmniejsza szybkość opadania. Prędkość przyłożenia i wynikający z tego przebieg ziemi zależy od szybkości i ilości rozbłysków. Im większy stopień rozbłysku i im dłużej jest on utrzymywany, tym wolniejsza prędkość przyziemienia i krótszy bieg naziemny. Im wolniejsza prędkość przy przyziemieniu, tym dokładniejszy musi być czas i prędkość flary, szczególnie w śmigłowcach z systemami wirników o niskiej bezwładności.
ponieważ flara zwykle zwiększa prędkość obrotową, pilot może (z wyjątkiem śmigłowców z układem wirników o niskiej bezwładności) lekko podnieść dźwignię zbiorczą na końcu flary. (Niewielki wzrost wspólnego skoku jest często nazywany „czekiem”.) Będzie to miało wpływ na użycie niektórych dodatkowych RRPM, aby uzyskać dodatkowy ciąg wirnika, który zmniejszy szybkość opadania i zapewni większe spowolnienie, ponieważ ciąg wirnika działa odwrotnie do kierunku ruchu do przodu.
podpalona postawa nie może być utrzymana do przyziemienia, w przeciwnym razie ogon śmigłowca uderzy w ziemię jako pierwszy. Tak więc po zakończeniu rozbłysku, pilot musi przed przyziemieniem ponownie wybrać poziomową postawę skoku za pomocą cyklicznego drążka.
w ostatnich etapach EOL, śmigłowiec jest w pozycji poziomej, ze stosunkowo niską prędkością przednią i tylko pozostałą bezwładnością w wirniku, aby pomóc pilotowi w delikatnym przyziemieniu. Pilot będzie musiał podnieść dźwignię zbiorczą, aby wykorzystać część lub całą pozostałą energię podnoszenia w układzie wirnika do amortyzacji przyziemienia.
ważne jest, aby rowery i pedały były skoordynowane w trakcie flary i przyziemienia, tak aby śmigłowiec wylądował biegnąc prosto. Po dotknięciu dźwigni cyklicznej i zbiorowej nie należy przesuwać, dopóki nie zakończy się lądowanie i śmigłowiec nie zatrzyma się. W razie potrzeby należy jednak użyć pedałów odchylających, aby zapewnić, że rolka gruntowa pozostaje prosta.Technika autorotacji
Autorotacja prosta do Seol jest często używana do Ćwiczenia końcowych etapów przyłożenia autorotacja. Biorąc pod uwagę, że w praktyce przymusowe lądowanie celem jest zawsze poziom skrzydeł i przy zalecanym IAS dla EOL o 300 FT agl, od tego momentu procedura, w szczególności zarządzanie energią RRPM, jest na ogół taka sama.
patrz rysunek powyżej (pozycja 1). Z lotu poziomego z zalecaną przez producenta prędkością powietrzną, na wysokości powyżej 500 stóp AGL i kierując się na wiatr, płynnie, ale mocno, opuść zbiorczą dźwignię skoku do pozycji pełnego dołu, utrzymując RRPM w zielonym łuku.
koordynuj ruch kolektywny za pomocą pedałów odchylania, aby utrzymać równowagę i użyj cyklicznego drążka, aby dostosować nastawienie skoku, aby wybrać i utrzymać pożądaną prędkość powietrza. W śmigłowcach z silnikiem tłokowym, gdy kolektyw jest całkowicie opuszczony, zmniejszyć przepustnicę, aby zapewnić czyste rozdwojenie igieł. Po rozdzieleniu igieł, wyreguluj przepustnicę, aby utrzymać ERPM powyżej normalnej prędkości biegu jałowego, ale nie na tyle wysoko, aby spowodować ponowne połączenie igieł. Producent często zaleca ustawienie ERPM. W instrukcji obsługi w locie można określić różne techniki zarządzania silnikiem dla śmigłowców z silnikami turbinowymi i innych z systemami sterowania silnikiem.
na pozycji 2 samolot powinien znajdować się w autorotacji przy zalecanym AUTOROTACYJNYM IAS, przy IAS stabilnym, RRPM w sektorze zielonym i przy śmigłowcu w równowadze.
na wysokości około 40 do 100 stóp nad powierzchnią lub na wysokości zalecanej przez producenta (pozycja 3) rozpoczyna się rozbłysk, wybierając nastawę zwalniającą z wystarczającym tylnym drążkiem cyklicznym, aby zmniejszyć prędkość powietrza do przodu i zmniejszyć szybkość opadania. Należy zachować ostrożność podczas wykonywania flary, aby cykliczny drążek nie został przesunięty do tyłu tak gwałtownie, aby spowodować wznoszenie się helikoptera, ani nie powinien być przesuwany zbyt wolno, ponieważ efekt flary będzie niewielki, aby powstrzymać zejście. Flara może być manewrem „tylko raz” do określonego podejścia do skoku nosem w górę lub progresywnie zastosowanym, ale tak, aby uniknąć ekstremalnego podejścia do skoku. Rrpm powinien wzrosnąć podczas flary, a wyraźny wzrost RRPM pozwala pilotowi wykonać mały ruch w górę (lub „sprawdzić”) dźwigni zbiorczej, aby zmaksymalizować zarówno podnoszenie, jak i zwalnianie z helikopterem w rozkloszowanym położeniu.
ponieważ prześwit między ogonem śmigłowca a ziemią zmniejsza się, a prędkość do przodu zmniejsza się do pozornego szybkiego tempa biegacza (pozycja 4), cykliczny przesuwa się do przodu, aby umieścić śmigłowiec w poziomej pozycji kadłuba do lądowania. Wysokość w tym czasie powinna wynosić około 8 do 15 stóp AGL, w zależności od wysokości zalecanej przez producenta. Należy zachować szczególną ostrożność, aby uniknąć nadmiernej wysokości nosa i niskiej postawy ogona poniżej 10 stóp.
w tym momencie tylko pozostała bezwładność w układzie wirnika pozostaje do podniesienia i śmigłowiec będzie opadał z małą prędkością do przodu (Pozycja 5). Pilot musi w razie potrzeby zwiększyć skok zbiorczy, aby sprawdzić zejście i złagodzić lądowanie. Pedały odchylania są używane do utrzymywania kursu w miarę podnoszenia skoku, ze względu na zmniejszenie prędkości obrotowej na minutę i wynikające z tego zmniejszone działanie wirnika ogonowego.
Po przyziemieniu i po całkowitym zatrzymaniu się śmigłowca dźwignia zbiorcza jest opuszczana do pozycji pełnego dołu. Nie należy podejmować prób zatrzymania przedniego biegu naziemnego za pomocą cykli rufowych, ponieważ łopaty wirnika głównego mogą uderzyć w belkę ogonową przy niskiej prędkości obrotowej. Zamiast tego, poprzez lekkie obniżenie kolektywu podczas jazdy naziemnej, większy ciężar jest umieszczany na podwoziu, spowalniając śmigłowiec.
aby podsumować technikę EOL z autorotacji w stanie stacjonarnym na zalecanych IAS: FLARE (lub F-L-A R-E), sprawdź (z wyjątkiem układów wirników o niskiej bezwładności) poziom i poduszkę.
typowe błędy w autorotacji
- brak użycia wystarczającego pedału antytorowego przy zmniejszonej mocy.
- nagle obniża nos po utracie zasilania. Rozładowanie układu wirnika powoduje dalszą utratę RRPM, a nastawienie przyspieszające może skutkować nadmiernym przyrostem i wzrostem szybkości opadania.
- nie utrzymanie RRPM w granicach instrukcji obsługi w locie podczas opadania.
- nieprzestrzeganie zalecanych IAS, przy których rozbłysk jest skuteczny
- rozbłysk na niewłaściwej wysokości.
- zbyt agresywnie lub za mało agresywnie.
- .
- ….zastosowanie dźwigni up-collective na nadmiernej wysokości, skutkujące twardym lądowaniem, utratą kontroli kursu i ewentualnym uszkodzeniem wirnika ogonowego i łopaty wirnika głównego.
wypadki i incydenty
- AS32, en-route, North Sea Norway, 1998: 20 października 1998 roku na Morzu Północnym Eurocopter AS332L Super Puma eksploatowany przez Norsk HeliKopter AS doświadczył awarii silnika z autorotacją, a następnie stracił wysokość. Załoga błędnie zidentyfikowała niesprawny silnik i zmniejszyła moc pozostałego sprawnego silnika. Jednak błąd został wykryty w samą porę, aby załoga odzyskała kontrolę nad śmigłowcem.
- Wake Vortex Generation by Helicopters
- Pierścień wirowy
- Helikopter SMS Toolkit
- Przegląd Bezpieczeństwa śmigłowców Offshore 2014 UK CAA
Czytaj dalej
- H-8083-21A: „Helicopter Flying Handbook”; FAA, 2012