Hoe voert een helikopterpiloot een landing met automatische rotatie uit?

Ik ga ervan uit dat door ” kritiek “, je bedoelt te overleven. Ik ga er ook vanuit dat de motorstoring optreedt op een hoogte die je zal doden.

Het zijn niet zozeer kritische stappen, het zijn kritieke resultaten. Het allerbelangrijkste resultaat is het behouden of herwinnen van het rotortoerental. Welke stappen hiervoor nodig zijn, is afhankelijk van wat het vliegtuig doet als de motor afslaat en, in mindere mate, van het type helikopter. Ik zal generaliseren voor een ” gemiddelde ” helikopter in rechte en horizontale vlucht.

De onmiddellijke actie die wordt geoefend in iedereen vanaf de allereerste uren als student is om het collectief te verlagen. Dit heeft drie effecten. Het verwijdert de positieve spoed van de bladen waardoor de meeste weerstand wordt weggenomen, het lijnt de stuwkrachtvector van de rotor uit met de rotatieas en gebruikt daarom geen rotorenergie voor iets anders dan het heffen en het zorgt ervoor dat een koppeling de rotor van de motor losmaakt, waardoor het naar freewheel. Vanaf dit punt ga je terug naar de aarde.

De tweede onmiddellijke actie op hetzelfde moment als het verlagen van het collectief (uitgaande van een voorwaartse vlucht) is om de cyclische terug te trekken om op te flakkeren. Dit laadt de schijf waardoor deze ” conus ” naar boven gaat, waardoor de schijfdiameter kleiner wordt. Daarom beweegt het zwaartepunt van de schijf naar binnen en door behoud van impulsmoment neemt het toerental van de rotor toe. Om tamelijk complexe redenen zal de neus van de helikopter ook naar beneden vallen wanneer het collectief wordt neergelaten, dus het terugtrekken van tegenslagen is die neiging.

De derde onmiddellijke actie is om het pedaal in te drukken aan de tegenovergestelde kant van de rotatie van de messen. Als de bladen tegen de klok in draaien (naar links zoals de piloot het ziet), druk je het rechterpedaal in om de stuwkracht te verminderen die wordt geproduceerd door de staartrotor die niet langer de slingerbeweging tegengaat die wordt veroorzaakt door de weerstand van de aangedreven rotor. Dit is minder kritiek dan de eerste twee en hoewel het gevaarlijk kan zijn en u in een ongemakkelijke houding kan brengen, is het meestal mogelijk om te herstellen als u het pedaal niet onmiddellijk indrukt. Als je een rotortoerental hebt, dan kun je het uitzoeken.

Nu ben je met succes autorotatie binnengegaan. Vlieg vanaf hier min of meer normaal naar het volgende kritieke punt dat ongeveer 50 cm van de grond is .

Wat je hebt gedaan, is ervoor zorgen dat de rotor vliegend toerental heeft en dat je energie beheert door potentiële energie (hoogte) in te ruilen voor kinetische energie (rotor-toerental). De omzetting gebeurt door de luchtstroom die nu onder de schijf vandaan komt en ” drijft ” de rotor aan om het toerental te behouden. De toonhoogte is neutraal, of misschien zelfs negatief, maar de relatieve luchtstroom is nu naar boven door de schijf en daarom hebben de bladen een positieve invalshoek en genereren ze enige lift. voorkomt dat de helikopter valt. Er wordt enige weerstand gegenereerd als gevolg van het genereren van die lift, maar deze wordt gemakkelijk overwonnen door de kracht die nu de rotor aandrijft vanuit die opwaartse luchtstroom.

Zo lang terwijl u daalt, vindt die conversie plaats en blijft uw RPM behouden. De bedieningselementen zijn zo opgetuigd dat met het collectief volledig omlaag, het toerental binnen het normale bereik blijft. Soms moet je het een beetje tweaken met kleine hoeveelheden collectief, fakkels en bochten, maar over het algemeen vlieg je gewoon naar je landingsplaats. Het toegestane toerentalbereik is groter bij autorotatie. De R22 heeft bijvoorbeeld (en uit het geheugen) een bereik van 97-103% tijdens normale vlucht en 90-110% tijdens autorotatie.

Je daalt nu met een hoge daalsnelheid en meestal aanzienlijk voorwaartse snelheid.U moet beide verminderen om veilig aan te komen. Om dit te doen, zijn er nog drie kritieke stappen.

Beginnend op ongeveer 15 meter (afhankelijk van veel factoren, maar laten we bij de gemiddelde helikopter blijven die autorotatie inging vanaf een rechte lijn en vlak met een aanzienlijke hoogte), je flare het vliegtuig door terug te trekken op de cyclische. Dit zal het vliegtuig onmiddellijk beginnen te vertragen. Het zal ook het toerental beginnen te verhogen (je zet nu snelheid om in kinetische energie van de rotor).

Tegelijkertijd , vergroot je collectief om de daalsnelheid te verminderen door de gegenereerde lift te verhogen. Hierdoor zal de weerstand snel toenemen, maar nu komt de energie die nodig is om het toerental te behouden, van de flare die snelheid omzet in toerental. Je moet ook pedaal om te voorkomen dat het vliegtuig giert naarmate de weerstand op de rotor toeneemt.

Als u de juiste ingang krijgt en uw flare de snelheid en de daalsnelheid verlaagt tot iets dat kan worden overleefd, loopt u weg. Misschien verniel de helikopter en breek wat botten, maar arriveer op 1 0 voet met slechts 20 knopen en een snelheid van 150 voet per minuut, en je komt ermee weg.

Als je goed opgeleid bent en in de praktijk bent, zul je veilig en soepel landen zonder schade aan de machine of mensen.

Samengevat, kritische stappen:

Invoer. Hendel omlaag, cyclisch terug, trap in.

Aankomst. Cyclisch terug, hendel omhoog, trap in.

Opmerkingen

• Als we ‘ proberen dingen uit te leggen aan de leek, zinnen als ” dump het collectieve ” don ‘ t betekent teveel.
• @Jamiec Bedankt. Ik ‘ heb enkele wijzigingen aangebracht. Ik ‘ verwelkom meer input over ” jargon “.
• Integendeel, ik dacht dat de rest van dit antwoord beknopt en begrijpelijk was.
• @ Simon … dit is precies het soort deskundig antwoord waarop ik hoopte … dank u meneer. … Ik hou van deze site …..
• @ garyv440 U ‘ bent van harte welkom.

Dit is niet bedoeld als een volledig antwoord, maar eerder als een commentaar van een leken-ingenieur die aansluit bij de zeer aardige uitleg van Simon.

In de afdalingsmodus met cyclisch naar beneden hebben de bladen een negatieve spoed ten opzichte van normaal en de luchtstroom erdoorheen voegt energie toe (tot een bepaalde gecontroleerde limiet) in plaats van energie van hen over te dragen. De rotor wordt een energieopslag – een “gevleugeld vliegwiel”. Als de rotor in deze modus op het maximaal toegestane toerental draait, wordt de opgeslagen energie gemaximaliseerd. Zodra u het maximaal toegestane toerental hebt bereikt, kunnen de bladen worden bediend om de vallende weerstand te maximaliseren, afhankelijk van het handhaven van de rotatiesnelheid – de rotor is verwant aan een grote platte plaat. de machine zal nu met eindsnelheid * vallen voor de maximale sleepcombinatie.

Wanneer je “flare” en het collectief omhoog brengt, wordt de bladhoek weer positief en heb je weer een aangedreven helikopter. MAAR het wordt aangedreven door de traagheidsenergie die is opgeslagen in de massa van de roterende mesconstructie en je gaat dat extreem snel opgebruiken – je hebt een paar seconden vliegtijd, waarbij de rotorsnelheid afneemt als energie wordt eruit gehaald. De flare-procedure is ontworpen om de rotatie-opgeslagen energie te gebruiken op een manier die de overgang van pre-flare-snelheden naar post-flare-snelheden optimaliseert.

* Auto-rotatie terminalsnelheid:

Ik heb heeft dit niet onderzocht, dus er kunnen redenen zijn dat het verkeerd is, maar op basis van veel andere scenarios voor bluf vallende objecten lijkt het waarschijnlijk dat de valsnelheid dicht zal liggen bij wat wordt voorspeld door de klassieke weerstandsvergelijking, dus de vallende weerstand van de rotor of de machinemassa door

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

waar

• $ \ rho = $ air dichtheid ($ 1,2 \ \ mathrm {kg / m ^ 3} $ nabij zeeniveau)
• $ A = $ gebied ($ \ mathrm {m} ^ 2 $)
• $ V = $ velocity ($ \ mathrm {m / s} $)
• $ C_d = $ luchtweerstandscoëfficiënt ten opzichte van vlakke plaat, zeg in dit geval 0,8

Daarom $ \ mathrm {massa} \ cdot g = 0.6 \ cdot 0.8 \ cdot A \ cdot V ^ 2 $

en eindsnelheid

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

Automatische rotatiesnelheid van de terminal in $ \ mathrm {m / s} $ is dan

$$ \ sqrt {\ frac {20 \ cdot \ mathrm {massa_ {bruto}}} {A _ {\ mathrm {rotor \ schijf}}}} $$

Hoewel dit een schatting is die is gebaseerd op een reeks aannames, geeft het algemene principe bevredigend goede, zij het geschatte resultaten voor objecten zo divers als veld, muizen, bowlingballen, parachutespringers en vrachtparachutes. (Het werkt alleen voor regendruppels als je je realiseert dat ze over het algemeen als een afgeplatte schijfachtige vorm vallen bij eindsnelheid.)

Voorbeeld:

Robinson R22 Beta II , brutogewicht 620 kg, rotorradius van 151 inch. Gebruik 600 kg en 46 vierkante meter rotorschijfoppervlak:

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

Verder kijken …

Ik zie dat ik niet had moeten beginnen dit. Fascinerend. Tijd eten.
De bovenstaande formule blijkt een ietwat hoge auto-rotatiesnelheid te geven, wat goed is. Waarschijnlijk 50% + hoger dan werkelijk. Mogelijk vanwege lift van schijf tijdens voorwaarts glijdende vlucht.

1000 voet per minuut $ \ ca. 5 \ \ mathrm {m / s} $. Op verschillende paginas worden automatisch roterende daalcijfers van 1.300 tot 1.800 fpm vermeld.

Aan auto-rotatie gerelateerde rekenmachine en VEEL VEEL meer – fantastisch . Inclusief opmerkingen –

• Een rotor in verticale autorotatie heeft dezelfde weerstand als een parachute met dezelfde diameter. Deze daalsnelheid is ook ongeveer tweemaal de door zweefvliegende snelheid veroorzaakte snelheid.

• 2500 ft / min is een redelijke bovengrens voor grotere helikopters, dwz 13 m / s

• De $ t / k $ -verhouding, de tijd in seconden dat een rotor de hakmolen kan optillen als de motor stopt. Het is de verhouding $ J \ cdot \ Omega ^ 2 $ gedeeld door 4 keer het vermogen dat nodig is om te zweven. (De 4 komt van het feit dat men slechts de helft van de kinetische energie die in het rotorsysteem is opgeslagen, kan gebruiken). Prouty gebruikt een complexere formule die rekening houdt met $ C_l $ en $ C_d $ van het rotorsysteem, maar als je de vergelijking [$ \ mathrm {Power \ OGE} = (61 \ cdot10 ^ {- 3} / Dia_ {rot }) \ cdot \ sqrt {m ^ 3 / ro}) $ alles in metrisch (met $ ro = 1.225 \ \ mathrm {kg / m ^ 3} $ op zeeniveau], en deel de verkregen waarde par 0.84 (voor TR vermogen en transmissieverliezen), en plug deze waarde in de t / k-berekening, het werkt …

  Dus $ t / k = \ frac {J \ cdot \ Omega ^ 2} {4 \ cdot \ mathrm {Power \ OGE}} $ in seconden.

  De $ t / k $ van de Robinson R22 is 0,8 (veel te laag, daar ben ik het mee eens), en praktisch wil je $ t / k $ ongeveer 1,2 tot 1,7 sec, dus ongeveer twee keer de Robinson.

• De UltraSport-254-helikopter heeft een extreem lage schijfbelasting en een autorotatie-daalsnelheid van 900 ft / min. zei dat het bij autorotatie kan landen en vervolgens kan opstijgen en opnieuw landen met alleen de traagheid in de rotors. De Osprey V-22 heeft een extreem hoge schijfbelasting. De testgegevens geven aan dat het vliegtuig met een daalsnelheid de grond zou raken van ongeveer 3700 ft / min.

Robinson R22 discussie – informatief. Opmerkingen over automatische rotatie en nog veel meer.

• Vanwege het lage gewicht en het rotorsysteem met lage inertie vergeeft de R22 pilootfouten of traagheid niet. Na een motorstoring, echt of gesimuleerd, hebben jij en de instructeur 1,6 seconden om het collectief te laten zakken en een autorotatie in te voeren. Elke vertraging van meer dan 1,6 seconden zal fataal zijn omdat de rotorsnelheid, eenmaal gedaald tot onder 80 procent, niet kan worden hersteld. 🙁
  

  ---

The Art of Autorotation
Zeer goede zelfstudie en discussie over automatisch draaien met een aantal verwijzingen naar geheimzinnige kennis.

Video – R22 {bijna} autosnelheidslanding zonder luchtsnelheid Gebruikerscommentaar nuttig.

R22 prijslijst – alleen voor interesse

Reacties

• Bedankt voor je reactie en vooral voor de informatieve links. Ik vind het ook interessant en merkwaardig dat de R22 een reputatie heeft als een meedogenloze helikopter, maar veel van de vlieginstructiescholen die ik heb onderzocht, lijken de R22 aan te bieden als hun beste betaalbaar model om in te trainen. –
• @ garyv440 Ze zijn goedkoop (relatief). Ik ‘ heb in totaal één vlucht gehad als introductie tot het vaartuig met een paar seconden tegelijk handen n met een zwevende instructeur die naar de dubbele bediening kijkt. Hij wees er niet op (niet al te verrassend) dat hij had 1,6 seconden om autoroteren in te voeren na motorstoring of dat kan nooit. [!!!] Tientallen jaren geleden hadden we een periode van het vangen en schieten van herten van nationale waanzin. Iedereen die met helikopters op herten kon jagen, deed dat. In één jaar tijd verloren we 30% van onze draaivleugelbasis bij ongevallen!Het grootste verloren type was, geen verrassing, R22s. Met mensen die schieten en leven …
• … het netten van herten uit helikopters en zelfs (echt!) Springen op herten vanuit helikopters in ons hele land waren verliezen onvermijdelijk. Hertenprijzen waren zo goed dat er ook een kogelgat voorkwam. De laatste tijd belde een van de Robinson-broers om te zien wat we in hemelsnaam aan het doen waren. Conclusie – consequent buiten de envelop worden gevlogen om de resultaten te maximaliseren. Verliezen zijn tegenwoordig veel lager :-).
• Some van de gebruikerscommentaren zijn nuttig. Velen zijn dat niet en veel hebben het mis.Het is bijvoorbeeld perfect mogelijk en veilig om verticaal af te dalen. Je hebt alleen luchtsnelheid aan de onderkant nodig om de flare energie op te slaan in de rotor voor de collectieve trekkracht om ROD te verminderen. het ‘ is zelfs mogelijk om achteruit af te dalen, wat buitengewoon ongemakkelijk aanvoelt. Zolang je RPM en voorwaartse snelheid > ongeveer 35kts hebt voor de flare onderaan, ‘ re OK. youtube.com/…