¿Cómo ejecuta un piloto de helicóptero un aterrizaje con rotación automática?

Voy a asumir que por » crítico «, te refieres a sobrevivible. También asumiré que la falla del motor ocurre a una altura que lo matará.

No son tanto pasos críticos, sino resultados críticos. El resultado más crítico es preservar o recuperar las RPM del rotor. Los pasos necesarios para hacer esto dependerán de lo que esté haciendo la aeronave cuando se apague el motor y, en menor medida, del tipo de helicóptero. Generalizaré para un » promedio » helicóptero en vuelo recto y nivelado.

La acción inmediata que se perfora en todos, desde las primeras horas como estudiante, es bajar el colectivo. Hacer esto tiene tres efectos. Elimina el paso positivo de las palas, lo que elimina la mayor parte del arrastre, alinea el vector de empuje del rotor con el eje de rotación del rotor, por lo tanto, no usa la energía del rotor para nada excepto la elevación y hace que un embrague desacople el rotor del motor, lo que le permite a rueda libre. A partir de este punto, se dirige de regreso hacia la tierra.

La segunda acción inmediata al mismo tiempo que se baja el colectivo (asumiendo el vuelo hacia adelante) es tirar del cíclico para hacer una llamarada. Esto carga el disco, lo que hace que » cono » hacia arriba, lo que reduce el diámetro del disco. Por lo tanto, el centro de gravedad del disco se mueve hacia adentro y debido a la conservación del momento angular, las RPM del rotor aumentan. Por razones bastante complejas, el morro del helicóptero también se inclinará hacia abajo cuando se baje el colectivo, por lo que retroceder contrarresta esa tendencia.

La tercera acción inmediata es presionar el pedal en el lado opuesto a la rotación. de las cuchillas. Si las palas giran en sentido contrario a las agujas del reloj (hacia la izquierda como lo ve el piloto), pise el pedal derecho para reducir el empuje que produce el rotor de cola, que ya no contrarresta la guiñada causada por el arrastre del rotor motorizado. Esto es menos crítico que los dos primeros y, aunque puede ser peligroso y ponerlo en una actitud incómoda, generalmente es posible recuperarse de no presionar el pedal de inmediato. Si tienes las RPM del rotor, puedes solucionarlo.

Ahora has entrado con éxito en la autorrotación. Desde aquí, vuela más o menos normalmente hasta el siguiente punto crítico que está a unos 50 «del suelo. .

Lo que ha hecho es asegurarse de que el rotor tenga RPM voladoras y que esté administrando la energía intercambiando energía potencial (altura) por energía cinética (RPM del rotor). La conversión se realiza mediante el flujo de aire que ahora viene de debajo del disco y » impulsa » el rotor para mantener las RPM. El tono es neutral, o tal vez incluso negativo, pero, el flujo de aire relativo ahora es hacia arriba a través del disco y, por lo tanto, las palas tienen un ángulo de ataque positivo y generan algo de sustentación. Esto detiene la caída del helicóptero. Se genera algo de arrastre como consecuencia de generar esa elevación, pero es fácilmente superada por la potencia que ahora impulsa el rotor desde ese flujo de aire hacia arriba.

Mientras a medida que desciende, se producirá esa conversión y se mantendrá su RPM. Los controles están montados de manera que con el colectivo completamente abajo, las RPM permanecerán en el rango normal. A veces tienes que modificarlo un poco con pequeñas cantidades de colectivos, bengalas y giros, pero en general, simplemente vuelas hacia tu lugar de aterrizaje. El rango de RPM permitido es mayor en autorrotación. Por ejemplo (y de la memoria), el R22 tiene un rango de 97-103% en vuelo normal y 90-110% en autorrotación.

Ahora está descendiendo con una alta tasa de descenso y, por lo general, significativa velocidad de avance.Debe reducir ambos para llegar a una llegada segura. Para hacer esto, hay tres pasos críticos más.

Comenzando a unos 50 pies (dependiendo de muchos factores, pero sigamos con el helicóptero promedio que entró en autorrotación desde recto y nivelado con una altitud significativa), destellas la aeronave tirando hacia atrás del cíclico. Esto inmediatamente comenzará a ralentizar la aeronave. También comenzará a aumentar las RPM (ahora estás convirtiendo la velocidad en energía cinética del rotor).

Al mismo tiempo , aumenta el colectivo para reducir la velocidad de descenso aumentando la sustentación generada. Esto aumentará rápidamente la resistencia, pero ahora la energía necesaria para mantener las RPM proviene del destello, que está convirtiendo la velocidad en RPM. También necesita poner en Pedalea para evitar que la aeronave gire a medida que aumenta la resistencia del rotor.

Siempre que consigas la entrada correcta y tu bengala reduzca la velocidad y la velocidad de descenso a algo que pueda sobrevivir, entonces te alejarás. destrozar el helicóptero y romper algunos huesos, pero llegar a 1 0 pies con solo 20 nudos y 150 pies por minuto y te saldrás con la tuya.

Si estás bien entrenado y practicas, aterrizarás de forma segura y sin problemas sin dañar la máquina o personas.

En resumen, pasos críticos:

Entrada. Palanca hacia abajo, cíclico hacia atrás, pedal adentro.

Llegada. Atrás cíclica, palanca arriba, pedal adentro.

Comentarios

• Si ‘ estás tratando de explicarle las cosas al profano, frases como » vuelcan el » don ‘ No significa demasiado.
• @Jamiec Gracias. ‘ he realizado algunas modificaciones. ‘ agradecería cualquier otra entrada sobre la » jerga «.
• Por el contrario, pensé que el resto de esta respuesta era concisa y comprensible.
• @ Simon …. este es exactamente el tipo de respuesta informada que estaba esperando … gracias señor. … Me encanta este sitio …..
• @ garyv440 Eres ‘ de nada.

Esto no pretende ser una respuesta completa, sino un comentario de ingenieros legos para agregar a la muy agradable explicación de Simon.

Cuando está en modo de descenso con cíclico hacia abajo, las palas están en un tono negativo al habitual y el flujo de aire a través de ellas les agrega energía (hasta un límite controlado) en lugar de transferir energía desde ellas. El rotor se convierte en un almacén de energía, un «volante alado». Tener el rotor a las RPM máximas permitidas en este modo maximiza la energía almacenada. Una vez que alcanza las RPM máximas permitidas, las cuchillas se pueden operar para maximizar la resistencia de caída, sujeto a mantener la velocidad de rotación; el rotor es similar a una gran placa plana. la máquina ahora caerá a la velocidad terminal * para la combinación de arrastre máxima.

Cuando «abrocha» y eleva el colectivo, el paso de la hoja se vuelve positivo nuevamente y nuevamente tiene un accionado helicóptero. PERO está alimentado por la energía inercial almacenada en la masa del conjunto de la cuchilla giratoria y la usará extremadamente rápido: tiene unos segundos de tiempo de vuelo, con la velocidad del rotor disminuyendo como energía se toma de ella. El procedimiento de antorcha está diseñado para utilizar la energía rotacional almacenada de una manera que optimiza la transición de las velocidades previas al antorcha a las velocidades posteriores al antorcha.

* Velocidad terminal de rotación automática:

Tengo no investigado esto, por lo que puede haber razones por las que está mal, pero en base a muchos otros escenarios para objetos que caen en un acantilado, parece probable que la tasa de caída esté cerca de lo que predice la ecuación de arrastre clásica, por lo que se define el arrastre de caída del rotor o la masa de la máquina por

$$ \ frac {1} {2} \ rho C_d AV ^ 2 $$

donde

• $ \ rho = $ air densidad ($ 1.2 \ \ mathrm {kg / m ^ 3} $ cerca del nivel del mar)
• $ A = $ área ($ \ mathrm {m} ^ 2 $)
• $ V = $ velocidad ($ \ mathrm {m / s} $)
• $ C_d = $ coeficiente de arrastre relativo a la placa plana, digamos 0.8 en este caso

Por lo tanto $ \ mathrm {mass} \ cdot g = 0.6 \ cdot 0.8 \ cdot A \ cdot V ^ 2 $

y velocidad terminal

$$ V _ {\ mathrm {terminal}} = \ sqrt {\ frac {\ mathrm {mass} \ cdot 9.8} {A / 2}} $$

La velocidad de rotación automática de la terminal en $ \ mathrm {m / s} $ es entonces

$$ \ sqrt {\ frac {20 \ cdot \ mathrm {masa_ {bruto}}} {A _ {\ mathrm {rotor \ disco}}}} $$

Si bien esta es una estimación basada en una variedad de suposiciones, el principio general da resultados satisfactoriamente buenos aunque aproximados para objetos tan diversos como el campo, ratones, bolas de boliche, paracaidistas y paracaídas de carga. (Solo funciona para las gotas de lluvia cuando te das cuenta de que generalmente caen en forma de disco aplanado cuando están a velocidad terminal.)

Ejemplo:

Robinson R22 Beta II , peso bruto de 620 kg, radio del rotor de 151 pulgadas. Utilice 600 kg y un área de disco de rotor de 46 metros cuadrados:

$$ V_t = \ sqrt {\ frac {20 \ cdot 600} {46}} = 16 \ \ mathrm {m / s} = 58 \ \ mathrm {km / h} $$

Mirando más lejos …

Puedo ver que no debería haber comenzado esta. Fascinante. Comer tiempo.
La fórmula anterior da una velocidad de rotación automática algo alta, lo cual es bueno. Probablemente 50% + más alto que el real. Posiblemente debido a la elevación del disco en vuelo de planeo hacia adelante.

1,000 pies por minuto $ \ approx 5 \ \ mathrm {m / s} $. Varias páginas mencionan cifras de descenso de rotación automática de 1300 a 1800 pies por minuto.

Calculadora relacionada con la rotación automática y MUCHO más – superb . Incluye comentarios –

• Un rotor en autorrotación vertical tiene la misma resistencia que un paracaídas del mismo diámetro. Esta tasa de descenso también es aproximadamente el doble de la velocidad inducida por el vuelo estacionario.

• 2500 pies / min es un límite superior razonable para helicópteros más grandes, es decir, 13 m / s

• La relación $ t / k $, que es el tiempo en segundos que un rotor puede levantar el helicóptero cuando el motor se detiene. Es la relación de $ J \ cdot \ Omega ^ 2 $ dividida por 4 veces la potencia requerida en el vuelo estacionario. (El 4 proviene del hecho de que solo se puede usar la mitad de la energía cinética almacenada en el sistema del rotor). Prouty usa una fórmula más compleja que tiene en cuenta $ C_l $ y $ C_d $ del sistema de rotor, pero si usa la ecuación [$ \ mathrm {Power \ OGE} = (61 \ cdot10 ^ {- 3} / Dia_ {rot }) \ cdot \ sqrt {m ^ 3 / ro}) $ todo en métrica (con $ ro = 1.225 \ \ mathrm {kg / m ^ 3} $ al nivel del mar], y dividir el valor obtenido par 0.84 (para TR potencia y pérdidas de transmisión), y conecte este valor en el cálculo t / k, funciona …

  Entonces $ t / k = \ frac {J \ cdot \ Omega ^ 2} {4 \ cdot \ mathrm {Power \ OGE}} $ en segundos.

  El $ t / k $ del Robinson R22 es 0.8 (demasiado bajo, estoy de acuerdo), y prácticamente, quieres $ t / k $ alrededor de 1,2 a 1,7 segundos, aproximadamente el doble que Robinson.

• El helicóptero UltraSport-254 tiene una carga de disco extremadamente baja y una velocidad de descenso en autorrotación de 900 pies / min. dijo que en autorrotación puede aterrizar, luego despegar y volver a aterrizar usando solo la inercia en los rotores. El Osprey V-22 tiene una carga de disco extremadamente alta. Los datos de prueba indican que la aeronave impactaría el suelo a una velocidad de descenso de aproximadamente 3700 pies / min.

Discusión sobre Robinson R22 – informativo. Comentarios sobre rotación automática y mucho más.

• Debido a su peso ligero y su sistema de rotor de baja inercia, el R22 no perdona los errores del piloto o la lentitud. Luego de una falla de motor, real o simulada, usted y el instructor tendrán 1.6 segundos para bajar el colectivo y entrar en autorrotación. Cualquier retraso de más de 1,6 segundos será fatal ya que la velocidad del rotor, una vez que haya decaído por debajo del 80 por ciento, no se puede recuperar. 🙁
  

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El arte de la autorrotación
Tutorial de rotación automática extremadamente bueno y discusión con un número de indicadores al conocimiento arcano.

Video – R22 {casi} aterrizaje con autorrotación de velocidad cero Comentarios de usuario útiles.

Lista de precios R22 – solo por interés

Comentarios

• Gracias por su respuesta y especialmente por los enlaces informativos. También me parece interesante y curioso que el R22 tenga la reputación de ser un helicóptero implacable, sin embargo, muchas de las escuelas de instrucción de vuelo que he investigado parecen ofrecer el R22 como su mejor modelo asequible para entrenar. –
• @ garyv440 Son de bajo costo (relativamente). Yo ‘ he tenido un total de un vuelo como introducción a la nave con unos pocos segundos a la vez n con un instructor flotando mirando los controles duales. No señaló (no es demasiado sorprendente) que tenía 1,6 segundos para entrar en rotación automática después de una falla del motor o nunca se puede. [!!!] Hace décadas tuvimos un período de cacería y caza de ciervos de locura nacional. Todos los que podían perseguir ciervos con helicópteros lo hacían. ¡En un año perdimos el 30% de nuestra base de alas rotativas en accidentes! [!!!]. El mayor tipo perdido fue, sin sorpresa, los R22. Con gente disparando y viviendo …
• … capturando ciervos desde helicópteros e incluso (¡de verdad!) Saltando sobre ciervos desde helicópteros en todo nuestro país, las pérdidas eran inevitables. Los precios de los ciervos eran tan buenos que también se producía algún que otro agujero de bala. Más tarde, uno de los hermanos Robinson llamó para ver qué diablos estábamos haciendo. Conclusión: constantemente volar fuera del sobre para maximizar los resultados. Las pérdidas son mucho menores en estos días :-).
• Some de los comentarios de los usuarios son útiles. Muchos no lo son y muchos están equivocados.Por ejemplo, es perfectamente posible y seguro descender verticalmente. Solo necesita velocidad aerodinámica en la parte inferior para que la llamarada almacene energía en el rotor para que el tirón colectivo reduzca el ROD. Incluso es posible ‘ descender hacia atrás, lo que se siente extremadamente incómodo. Siempre que tengas RPM de vuelo y una velocidad de avance > de unos 35 nudos para el destello en la parte inferior, ‘ estás bien. youtube.com/…