Топ питань
Часова шкала
Чат
Перспективи
Авторотація (вертоліт)
З Вікіпедії, вільної енциклопедії
Remove ads
Авторота́ція — це стан польоту, де несучий гвинт вертольота або подібного апарата обертається під дією повітря, що рухається вгору крізь гвинт (як у випадку з автожиром) а не завдяки роботі двигуна[1][2][3]. Це одна з унікальних властивостей вертольота - здатність використовувати частину енергії повітряного потоку для підтримки обертання несучого гвинта і виконання планування з посадкою при неробочем двигуні. Термін авторотація походить з періоду ранніх розробок вертольотів (між 1915 і 1920 рр.), та стосується гвинтів, що обертаються без участі двигуна[4].
У нормальному польоті з працюючим двигуном повітря втягується в систему несучого гвинта згори і спрямовується донизу. Але під час авторотації повітря переміщується у системі гвинта знизу вгору, оскільки вертоліт опускається. Авторотація є можливою механічно внаслідок наявності обгінної муфти, яка дозволяє гвинту обертатися, навіть якщо двигун не працює, і завдяки тому, що при наявності певної швидкості обертання несучого гвинта, в середній частині лопатей виникає зона, в якій аеродинамічна сила прагне збільшити швидкість обертання гвинта. Для того, щоб при відмові двигуна несучий гвинт не втратив швидкість обертання, пілот повинен своєчасно опустити важіль крок-газу. Якщо ж пілот допустить гальмування гвинта нижче певного значення, то попри зниженню вертольота авторотація не виникне і катастрофа неминуча.[5][6]
Завдяки авторотації вертоліт може безпечно приземлитися у разі повної відмови двигуна. Отже, всі вертольоти з одним двигуном повинні продемонструвати цю можливість, щоб отримати сертифікат типу[7].
Найдовша авторотація в історії була здійснена Жаном Буле 1972 року, коли він досяг рекордної висоти 12 440 м (40 814 футів) на Aérospatiale Lama. Оскільки температура на цій висоті становила −63 °C, як тільки він зменшив швидкість, у двигуні стався зрив полум'я, і перезапустити його не вдалося. Використовуючи авторотацію, він зумів безпечно посадити вертоліт[8].
Remove ads
Зниження і посадка
Узагальнити
Перспектива
Для вертольота, термін «авторотація» стосується низхідного маневру, коли двигун відмикається від системи несного гвинта і лопаті гвинта рухаються виключно завдяки висхідному потоку повітря. Обгінна муфта — це спеціальний механізм зчеплення, котрий припиняє роботу щоразу, коли кількість обертів за хвилину у двигуна є меншою, ніж кількість обертів за хвилину у гвинта. Якщо двигун відмовляє, обгінна муфта автоматично відмикає двигун від несного гвинта, що дозволяє гвинту обертатися вільно.
Найбільш поширеною причиною авторотації є несправність або відмова двигуна, але авторотація також може бути здійснена в разі повної відмови хвостового гвинта, або, як наслідок, втрати ефективності хвостового гвинта[9], оскільки в авторотації практично відсутній крутний момент. Якщо дозволяє висота, авторотації також можуть бути використані для виходу зі стану вихрового кільця[2]. У всіх випадках, успішна посадка залежить від висоти і швидкості вертольота на початку авторотації (див. діаграму висота-швидкість).
У момент відмови двигуна, лопаті несного гвинта забезпечують підйом і тягу завдяки своєму куту атаки і швидкості. Шляхом негайного зниження кута установки лопатей, що зазвичай робиться у разі відмови двигуна, пілот зменшує підйом та лобовий опір і вертоліт негайно починає знижуватись, створюючи висхідний потік повітря крізь систему гвинта. Цей висхідний потік повітря забезпечує достатню тягу для підтримки обертів гвинта протягом усього спуску. Оскільки під час авторотації хвостовий гвинт приводиться в рух передачею несного гвинта, курс контролюється так само, як і в нормальному польоті.
Декілька факторів впливають на швидкість зниження в режимі авторотації: висота за густиною, політна вага, кількість обертів гвинта за хвилину та швидкість польоту. Основним чинником контролю швидкості зниження є повітряна швидкість. Вища або нижча повітряна швидкість досягаються циклічною зміною кута установки лопатей, як за нормального польоту. Швидкість зниження є високою за нульової швидкості польоту і зменшується до мінімуму на швидкості приблизно від 50 до 90 вузлів, в залежності від конкретного вертольота і згаданих раніше чинників. Коли повітряна швидкість перевищує ту, за якої швидкість зниження є мінімальною, швидкість зниження знову зростає. Навіть за нульової швидкості польоту гвинт є досить ефективним, оскільки його коефіцієнт опору є майже таким самим, як у парашута[10][11], незважаючи на набагато меншу щільність.
У випадку приземлення на авторотації, кінетична енергія, накопичена в лопатях, що обертаються, використовується для зменшення швидкості зниження, а отже, м'якої посадки. Щоб зупинити вертоліт з високою швидкістю зниження, потрібна більша кількість енергії гвинта, аніж для зупинки вертольота, який знижується повільніше. Тому авторотаційні зниження за дуже низьких або дуже високих швидкостей є більш критичними, ніж ті, які здійснюються за мінімальної швидкості зниження.
Кожен тип вертольота має певну швидкість польоту, за якої планування з вимкненим двигуном є найбільш ефективним. Найкращою швидкістю є та, що поєднує найбільшу дальність планування з найменшою швидкістю зниження. Ця повітряна швидкість відрізняється для кожного типу вертольота, а також деякі фактори (висота за густиною, вітер) впливають на всі конфігурації тим самим чином. Повітряна швидкість для авторотації встановлюється окремо для кожного типу вертольота на основі середніх погодних та вітрових умов і нормального завантаження.
Вертоліт з важким вантажем на великій висоті щільності або за поривчастого вітру може досягти максимальних політних якостей завдяки дещо підвищеній повітряній швидкості під час зниження. На малій висоті за густиною та легкому вантажі, кращі політні якості досягаються незначним зниженням нормальної повітряної швидкості. Дотримуючись цієї загальної процедури коригування повітряної швидкості згідно з існуючими умовами, пілот може досягти приблизно однакового кута глісади планування за будь-яких обставин та визначити точку приземлення. Цей оптимальний кут глісади планування зазвичай становить 17-20 градусів.[12]
Зони авторотації
Під час вертикальної авторотації диск гвинта складається з трьох зон — веденої зони, провідної зони та зони відривного обтікання. Розміри цих зон варіюються залежно від кроку лопатей, швидкості зниження та кількості обертів несучого гвинта за хвилину. Якщо кількість обертів за хвилину, крок лопатей, або швидкість зниження змінюються, розмір зон змінюється стосовно один одного.
Ведена зона (інша назва — пропелерна зона) знаходиться на кінцях лопатей. Обтікання лопаті в даній зоні відбувається під малим кутом атаки. Проєкція повної аеродинамічної сили на площину обертання гвинта спрямована проти напрямку обертання. Зазвичай ця зона займає приблизно 30 відсотків від радіуса. Саме ведена зона виробляє найбільший опір. Результатом є уповільнення обертання лопаті.
Провідна зона (авторотаційна зона) зазвичай займає частину лопатей від 25 до 70 відсотків від радіуса та виробляє сили, необхідні для повороту лопатей під час авторотації. Повна аеродинамічна сила у провідній зоні спрямована дещо вперед стосовно осі обертання, виробляючи безперервну прискорюючу силу. Цей нахил забезпечує тягу, яка прискорює обертання лопаті. Розмір провідної зони залежить від налаштування кроку лопатей, швидкості зниження, і кількості обертів несучого гвинта за хвилину.
Внутрішні 25 відсотків розміру лопаті називаються зоною відривного обтікання. Ця зона діє, коли кут атаки (кут звалювання) є вищим за максимальний, спричиняючи опір, який сповільнює обертання лопаті.
При авторотації з поступальною швидкістю провідна зона і зона зривного обтікання зміщуються в бік відступаючих лопатей. Там же в районі втулки несучого гвинта з'являється зона зворотного обтікання.
Авторотація є стійким режимом польоту. Якщо під впливом зовнішніх факторів швидкість обертання сповільниться, то провідна зона автоматично розшириться і гвинт почне розганятися до початкового стану рівноваги, коли сили провідної області, котрі прискорюють лопаті, врівноважуються з уповільнюючими силами з двох інших зон. Але швидкість обертання авторотації має обмеження. Якщо обертання несучого гвинта сповільниться нижче певного значення, то гвинт втрачає стійкість і гальмування буде продовжуватися.[14][15]
Контролюючи розмір провідної зони, пілот може регулювати кількість обертів за хвилину. Наприклад, якщо загальний крок збільшується, то збільшується і кут тангажу у всіх зонах. Це призводить до того, що точка рівноваги зміщується вздовж лопаті досередини, таким чином збільшуючи розмір веденої зони. Зона відривного обтікання також збільшується, в той час як провідна зона зменшується. Зменшення розміру провідної зони спричиняє зменшення прискорюючої сили провідної зони та кількості обертів гвинта за хвилину.
Вплив поступальної швидкості на швидкість зниження при авторотації
При зниженні на авторотації швидкість зниження залежить від необхідної потужності, що витрачається на:
- створення підіймальної сили, рівної вазі вертольота;
- підтримку швидкості обертання несучого гвинта на авторотації;
- подолання лобового опору вертольота.
Remove ads
Див. також
Примітки
Посилання
Wikiwand - on
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Remove ads