SKYbrary Wiki

Article Information
Category:	Theory of Flight
Content source:	SKYbrary
Content control:	flygpiloter

Helikopterautorotation

Definition

autorotation är ett tillstånd för helikopterflygning under vilken en helikopters huvudrotor endast drivs av aerodynamiska krafter utan kraft från motorn. Det är en manöver där motorn är urkopplad från huvudrotorsystemet och rotorbladen drivs enbart av luftflödet uppåt genom rotorn. Med andra ord levererar motorn inte längre ström till huvudrotorn. En vektor av rotorkraften i en helikopter används för att ge framåtkraft i motordriven flygning; således, där det inte finns någon annan kraftkälla i en helikopter, måste den sjunka när den är i autorotation.

Autorotation efter motor-eller Svansrotorfel

den vanligaste orsaken till en autorotation är ett motorfel (eller fel på båda motorerna vid en tvåmotorig helikopter) men autorotationer kan också utföras i händelse av ett fullständigt svansrotorfel, eftersom det praktiskt taget inte produceras något vridmoment vid autorotation. (Även om motorn i detta fall måste stängas av i de sista stadierna av tillvägagångssättet för att förhindra ett motorns vridmomentrespons när landningen görs.)

om motorn misslyckas, kopplar frihjulsenheten automatiskt motorn från huvudrotorn så att huvudrotorn kan rotera fritt. I huvudsak frihjulsenheten kopplas ur när som helst motorns varvtal (ERPM) är mindre än rotorns varvtal (RRPM).

tillverkaren anger minsta och högsta RRPM för varje helikoptertyp. Det normala rrpm-intervallet är markerat på rpm-mätaren som en grön båge, med tillåtna varningsområden markerade i gult eller gult och omges av ett rött märke som anger lägsta och högsta tillåtna.

vid motorfel producerar huvudrotorbladen lyft och dragkraft genom en kombination av deras angreppsvinkel och hastighet. När motoreffekten misslyckas kommer dragkomponenten snabbt att minska rotorhastigheten. Flygmanualen kommer att föreskriva en minsta RRPM, under vilken, om rotorhastigheten minskar, kan det vara omöjligt att återställa RRPM till ett flygvärde: rotorn stannar helt och upphör att rotera. Piloten måste därför, om motoreffekten misslyckas, omedelbart minska kollektiv tonhöjd (och därmed minska både lyftinducerad och bladprofildrag), vilket resulterar i att helikoptern börjar en omedelbar nedstigning, vilket ger ett uppåtriktat luftflöde genom rotorsystemet. Detta uppåtgående luftflöde genom rotorn ändrar lyft-och dragvektorerna längs bladens spännvidd för att producera en inombordssektion där dragningen verkar i bladens rotationsplan: och därmed håller dem att vrida. Detta ger tillräcklig dragkraft för att upprätthålla rotorns varvtal under hela nedstigningen, samtidigt som det ger en viss Hiss. Ändå är nedstigningsgraden i autorotation vanligtvis 1500-2000 fpm i många helikoptrar och kan vara högre i vissa. Eftersom svansrotorn drivs av huvudrotoröverföringen under autorotation bibehålls balansen som vid normal flygning.

under autorotation uppåt luftflöde genom rotorerna upprätthåller RPM

flera faktorer påverkar nedstigningshastigheten vid autorotation: Densitetshöjd, Bruttovikt, flyghastighet och rotorvarvtal (RRPM):

• vid högdensitetshöjder kommer nedstigningshastigheten att vara högre eftersom luften är mindre tät.

• höga bruttovikter ökar både nedstigningsgraden och RRPM.

• vid IAS under den rekommenderade minsta nedstigningshastigheten IAS kommer RRPM att vara mot den nedre änden av det tillåtna intervallet, och vid högre IAS kan RRPM vara mot den övre änden av det tillåtna intervallet.

den primära kontrollen av nedstigningshastigheten är flyghastighet. Högre eller lägre flyghastigheter erhålls med cyklisk stickkontroll av tonhöjdsinställning, precis som vid normal flygning.

i teorin har piloten ett val av flyghastigheter för att variera nedstigningsvinkeln, från en vertikal nedstigning till maximalt intervall, vilket är den minsta nedstigningsvinkeln. Nedstigningshastigheten är hög vid nollhastighet och minskar till ett minimum vid cirka 50 till 70 knop för de flesta lätta och medelstora helikoptrar, beroende på den specifika helikoptertypen och de faktorer som just nämnts.

När flyghastigheten ökar utöver det som ger minsta nedstigningshastighet ökar nedstigningshastigheten igen. Sådana förhållanden kan ge upphov till ytterligare räckvidd vid autorotation, och när RRPM stiger med ökande flyghastighet kan RRPM styras till ett reducerat värde (inom Flygmanualens gränser) genom att använda ytterligare kollektiv tonhöjd: detta maximerar normalt räckvidden.

På samma sätt, i tur och ordning, på grund av den ökade bladbelastningen, tenderar RRPM att stiga, och piloten kan behöva använda små ökningar av kollektiv tonhöjd för att hålla RRPM inom tillverkarens angivna gränser.

vid landning från en autorotation används den energi som lagras i de roterande bladen för att minska nedstigningshastigheten och göra en mjuk landning. En större mängd rotorenergi krävs för att stoppa en helikopter med hög nedstigningshastighet än vad som krävs för att stoppa en helikopter som sjunker långsammare. Därför är autorotativa nedfarter vid mycket låga eller mycket höga flyghastigheter mer kritiska än de som utförs med minsta hastighet för nedstigningshastighet.

Dessutom kommer det att finnas en hastighet i autorotation över vilken de bakre dragande sektionerna av rotorbladen sträcker sig längs bladets spännvidd i den utsträckning att rotorn nu börjar sakta markant. Denna hastighet kommer normalt att uttryckas som en Flygmanual hastighetsbegränsning för autorotation. Eftersom RRPM har sitt lägsta värde i en nollhastighet eller låg hastighet autorotation, och det finns ingen effektiv flyghastighet för en flare manöver före touchdown (diskuteras nedan), kan det finnas otillräcklig tröghet i rotorsystemet för att avleda nedstigningshastigheten före touchdown. Detta är särskilt fallet i helikoptrar med rotorsystem med låg tröghet, såsom vanligtvis R22, Rotorway-modeller, Enstrom-modeller och några andra. För det andra sätter autorotationen av intervallhastigheten helikoptern i en konfiguration som måste ändras i tid för att piloten ska kunna utföra en autorotativ (eller motoravstängning) landning. Helikoptern måste retarderas till en lämplig markhastighet för beröring ner och mark-kör längs landningsområdet, antingen på sin sladd eller hjul underrede.

den praktiska tillämpningen av autorotationsträning är analog med den övning som utförs av flygplanspiloter. Precis som i flygplansfallet kan Helikopterpiloten helt enkelt återtillämpa kraft för att initiera en go-around på vilken höjd som helst, och (utom i fall där gasreglaget måste manipuleras av piloten i samordning med en tillämpning av kollektiv tonhöjd) i de flesta fall kommer detta helt enkelt att handla om att höja den kollektiva spaken och ställa in klättringskraft, med en lämplig justering av tonhöjdsinställningen.

under autorotation förblir helikoptern helt manövrerbar, och en kombination av svängar och / eller hastighetsändringar kan användas för att justera flygbanan och manövrera flygplanet till ett lämpligt landningsområde.

Autorotationer till touch-down, eller motor-Off landningar (EOL) praktiseras rutinmässigt i nästan alla enmotoriga helikoptrar och är en nödvändig manöver för färdighetstester. När du utför EOL-träning kommer instruktören eller granskaren att fördröja gasreglaget eller hämma motorns styrsystem, så att motorn förblir på tomgång när den kollektiva spaken lyfts upp. Dessa manövrar kallas således korrekt simulerade landningar av motor (SEOL), eftersom motorn faktiskt inte stängs av.

Autorotativ landningsteknik

där svängar utförs för att göra det valda landningsområdet bra, bör målet alltid vara att helikoptern ska vara uppradad med landningsområdet senast 300 ft agl i stadig autorotation, vid den rekommenderade IAS (som normalt kommer att vara några knop högre än den lägsta Nedstigningsgraden IAS för att maximera fördelarna med flare, diskuteras nedan). Vid en lämplig höjd (vanligtvis mellan 40 och 100 ft beroende på helikoptertyp) reduceras flyghastigheten till en bekväm hastighet för en landning på landning med hjälp av en decelerativ, näsa upp flare attityd. Flaren har fördelen att både minska framhastigheten och öka RRPM under flaren, vilket ökar den lagrade energin i rotorn: nödvändig för att dämpa touchdown. Den extra hissen som skapas under flaren minskar nedstigningshastigheten. Hastigheten vid touchdown och den resulterande markkörningen beror på hastigheten och mängden flare. Ju större grad av flare och ju längre den hålls, desto långsammare touchdown-hastighet och desto kortare markkörning. Ju långsammare hastighet som önskas vid touchdown, desto mer exakt måste flareens tidpunkt och hastighet vara, särskilt i helikoptrar med rotorsystem med låg tröghet.

eftersom flare normalt kommer att öka RRPM, kan piloten (utom i helikoptrar med låg tröghetsrotorsystem) höja den kollektiva spaken något i slutet av flare. (Den lilla ökningen av kollektiv tonhöjd är ofta känd som en’check’.) Detta kommer att få effekten att använda några av de ytterligare RRPM för att ge lite extra rotorkraft, vilket både minskar nedstigningshastigheten och ger mer retardation, eftersom rotorkraften verkar motsatt riktningen för framåtriktad rörelse.

den utsvängda inställningen kan inte hållas förrän touchdown, annars kommer helikopterns svans att slå marken först. Således när flare har slutförts, piloten måste åter välja en nivå tonhöjd attityd med hjälp av den cykliska stick före touchdown.

i de senare stadierna av EOL är helikoptern i nivåinställningen, med en relativt låg framåtfart och med endast den återstående trögheten i rotorn för att hjälpa piloten att göra en mild touchdown. Piloten måste höja den kollektiva spaken för att använda en del eller hela den återstående lyftenergin i rotorsystemet för att dämpa touchdownen.

det är viktigt att cyklisten och pedalerna koordineras genom flare och touchdown, så att helikoptern rör ner rakt. Efter nedtryckning bör den cykliska och kollektiva spaken inte flyttas förrän landningsbanan är klar och helikoptern stannar. Yaw-pedalerna bör dock användas, om det behövs, för att säkerställa att markrullen förblir rak.

Air Exercise: Straight-in Autorotation till EOL

autorotationsteknik

en Straight-in Autorotation till SEOL används ofta för att öva de sista stadierna av en touchdown autorotation. Med tanke på att i en praxis påtvingad landning är målet alltid att vara vingar-nivå och vid den rekommenderade IAS för en EOL av 300 ft agl, från den punkten på förfarandet, och i synnerhet energihantering av RRPM, är i allmänhet densamma.

se figur ovan (position 1). Från nivåflygning vid tillverkarens rekommenderade flyghastighet, vid över 500 fot AGL och på väg in i vinden, smidigt, men fast, sänka den kollektiva tonhöjdsspaken till full nedläge, bibehålla RRPM i den gröna bågen.

koordinera den kollektiva rörelsen med yaw-pedalerna för att upprätthålla balans och använd den cykliska pinnen för att justera tonhöjdsinställningen för att välja och behålla önskad flyghastighet. I kolvmotorerade helikoptrar, när kollektivet är helt sänkt, minska gasreglaget för att säkerställa en ren delning av nålarna. Efter att ha delat nålarna, justera gasen för att hålla ERPM över normal tomgångshastighet, men inte tillräckligt hög för att orsaka återförening av nålarna. Tillverkaren rekommenderar ofta ERPM att ställa in. Olika motorstyrningstekniker kan specificeras i flyghandboken för turbinmotorhelikoptrar och andra med motorstyrningssystem.

vid position 2 ska flygplanet vara i autorotation vid den rekommenderade autorotativa IAS, med IAS stadig, RRPM i den gröna sektorn och med helikoptern i balans.

vid ungefär 40 till 100 fot över ytan, eller i den höjd som rekommenderas av tillverkaren (position 3), börjar flaren, välja en decelerativ inställning med tillräcklig aktercyklisk pinne för att minska framåthastigheten och minska nedstigningshastigheten. Försiktighet måste iakttas vid utförandet av flaren så att den cykliska pinnen inte flyttas bakåt så plötsligt att helikoptern klättrar, och den bör inte heller flyttas för långsamt, eftersom det då blir liten flareffekt för att hjälpa till att stoppa nedstigningen. Flare kan vara en’ en gång bara ’ manöver till en definierad nose-up pitch attityd, eller successivt tillämpas, men för att undvika extrema pitch attityd. RRPM bör öka under flare, och en markant ökning av RRPM gör det möjligt för piloten att göra en liten uppåtgående rörelse (eller ’kontroll’) av den kollektiva spaken för att maximera både lyft och retardation med helikoptern i flared attityd.

När markfrigången mellan helikopterns svans och marken minskar, och framåthastigheten har minskat till en uppenbar snabb löparhastighet, (position 4), förflyttas cykliken framåt för att placera helikoptern i nivåkroppsinställningen för landning. Höjden vid denna tidpunkt bör vara ungefär 8 till 15 fot AGL, beroende på den höjd som rekommenderas av tillverkaren. Extrem försiktighet bör användas för att undvika en överdriven näsa hög och svans låg attityd under 10 fot.

vid denna tidpunkt återstår endast den återstående trögheten i rotorsystemet för att ge lyft och helikoptern kommer att sjunka med låg framfart (position 5). Piloten måste öka kollektiv tonhöjd, vid behov, för att kontrollera nedstigningen och dämpa landningen. Yaw-pedalerna används för att hålla kursen när kollektiv tonhöjd höjs på grund av minskningen av RRPM och den resulterande reducerade effekten av svansrotorn.

Efter touchdown, och efter att helikoptern har kommit till ett fullständigt stopp, sänks den kollektiva spaken till full-down-läget. Inget försök bör göras för att försöka stoppa den främre markkörningen med aktercyklisk, eftersom huvudrotorbladen kan slå svansbommen vid låg RRPM. Snarare, genom att sänka kollektivet något under markkörningen, läggs mer vikt på undervagnen och saktar helikoptern.

för att sammanfatta EOL-tekniken från en steady-state-autorotation vid rekommenderad IAS: FLARE (eller F-L-A R-E), kontrollera (utom rotorsystem med låg tröghet) och kudde.

vanliga fel i Autorotation

• misslyckas med att använda tillräcklig antitorque pedal när strömmen är reducerad.
• sänker näsan plötsligt när strömmen går förlorad. Lossning av rotorsystemet orsakar ytterligare förlust av RRPM, och den accelerativa inställningen kan leda till överdriven vinst i IAS och ökning av nedstigningshastigheten.
• misslyckas med att hålla RRPM inom Flygmanual gränser under nedstigningen.
• underlåtenhet att upprätthålla den rekommenderade IAS vid vilken flare är effektiv
• Flaring på fel höjd.
• Flaring för aggressivt eller inte aggressivt nog.
• avsluta flare för högt och / eller…..
  • ….tillämpning av Up-kollektiv spak på en överdriven höjd, vilket resulterar i en hård landning, förlust av kurs kontroll, och eventuella skador på svansen rotorn och till huvudrotorbladet stannar.
• misslyckas med att jämna ut helikoptern före touch-down.

olyckor och tillbud

• AS32, en-route, Nordsjön Norge, 1998: Den 20 oktober 1998, i Nordsjön, en Eurocopter AS332L Super Puma drivs av Norsk HeliKopter AS, upplevde motorfel med autorotation och efterföljande förlorad höjd. Besättningen felidentifierade den felaktiga motorn och minskade kraften hos den återstående servicebara motorn. Felet upptäcktes dock precis i tid för besättningen att återställa kontrollen över helikoptern.

• vakna Vortex Generation av helikoptrar
• Vortex Ring
• helikopter SMS Toolkit
• Offshore helikopter säkerhetsgranskning 2014 UK CAA

Vidare läsning

• H-8083-21A: ”helikopter flygande handbok”; FAA, 2012