Como um piloto de helicóptero executa um pouso com rotação automática?

Vou supor que até ” crítico “, você quer dizer com sobrevivência. Também presumirei que a falha do motor ocorre a uma altura que o matará.

Não são tanto etapas críticas, mas resultados críticos. O resultado mais crítico é preservar ou recuperar o RPM do rotor. As etapas necessárias para fazer isso dependerão do que a aeronave está fazendo quando o motor pára e, em menor medida, do tipo de helicóptero. Vou generalizar para um ” helicóptero ” médio em vôo direto e nivelado.

A ação imediata que é perfurada em todos, desde as primeiras horas como um aluno, é para diminuir o coletivo. Fazer isso tem três efeitos. Ele remove o passo positivo das lâminas, o que remove a maior parte do arrasto, alinha o vetor de empuxo do rotor com o eixo de rotação do rotor, portanto, não usa energia do rotor para nada exceto a elevação e faz com que uma embreagem desengate o rotor do motor permitindo para a roda livre. Deste ponto em diante, você está voltando para a terra.

A segunda ação imediata ao mesmo tempo em que abaixar o coletivo (assumindo vôo para a frente) é puxar o cíclico para acender. Isso carrega o disco, fazendo com que ele ” cone ” para cima, o que reduz o diâmetro do disco. Portanto, o centro de gravidade do disco se move para dentro e devido à conservação do momento angular, o RPM do rotor aumenta. Por razões bastante complexas, o nariz do helicóptero também se inclina para baixo quando o coletivo é abaixado, então puxar para trás neutraliza essa tendência.

A terceira ação imediata é empurrar o pedal do lado oposto à rotação das lâminas. Se as lâminas girarem no sentido anti-horário (para a esquerda como o piloto vê), você pressiona o pedal direito para reduzir o impulso que é produzido pelo rotor de cauda, que não está mais contrariando a guinada causada pelo arrasto do rotor motorizado. Isso é menos crítico do que os dois primeiros e, embora possa ser perigoso e colocá-lo em uma atitude desconfortável, geralmente é possível se recuperar de não pressionar o pedal imediatamente. Se você tem RPM do rotor, então você pode resolver isso.

Agora você entrou com sucesso na auto-rotação. A partir daqui, voe mais ou menos normalmente para o próximo ponto crítico que está a cerca de 50 “acima do solo .

O que você fez é garantir que o rotor tenha RPM de voo e que você está gerenciando a energia trocando energia potencial (altura) por energia cinética (RPM do rotor). A conversão é feita pelo fluxo de ar que agora vem de baixo do disco e ” aciona ” o rotor para manter o RPM. O tom é neutro, ou talvez até negativo, mas, o fluxo de ar relativo é agora para cima através do disco e, portanto, as lâminas têm um ângulo de ataque positivo e geram alguma sustentação. impede que o helicóptero caia. Há algum arrasto gerado como consequência da geração dessa sustentação, mas é facilmente superado pela força que agora está impulsionando o rotor a partir do fluxo de ar ascendente.

Contanto que conforme você está descendo, essa conversão acontecerá e seu RPM será mantido. Os controles são montados de forma que, com a coletiva totalmente abaixada, o RPM permanecerá na faixa normal. Às vezes você tem que ajustar um pouco com pequenas quantidades de coletivos, flares e curvas, mas em geral, você apenas voa em direção ao seu local de pouso. O intervalo de RPM permitido é maior na rotação automática. Por exemplo (e de memória), o R22 tem uma faixa de 97-103% em vôo normal e 90-110% em autorrotação.

Você agora está descendo com uma alta taxa de descida e, geralmente, significativa velocidade de avanço.Você precisa reduzir ambos para chegar a uma chegada segura. Para fazer isso, há mais três etapas críticas.

Começando a cerca de 50 pés (dependendo de muitos fatores, mas vamos ficar com o helicóptero médio que entrou em autorrotação direto e nivelado com altitude significativa), você acende a aeronave puxando para trás no cíclico. Isso imediatamente começará a desacelerar a aeronave. Também começará a aumentar a RPM (agora você está convertendo a velocidade em energia cinética do rotor).

Ao mesmo tempo , você aumenta o coletivo para reduzir a taxa de descida aumentando a sustentação gerada. Isso aumentará rapidamente o arrasto, mas agora a energia necessária para manter o RPM está vindo do flare, que está convertendo a velocidade em RPM. Você também precisa colocar pedalar para impedir que a aeronave guie conforme o arrasto aumenta no rotor.

Desde que você acerte a entrada e seu flare reduza a velocidade e a razão de descida para algo que possa sobreviver, você irá embora. Você pode destrua o helicóptero e quebre alguns ossos, mas chega a 1 0 pés com apenas 20 nós e 150 pés por minuto e você vai se safar.

Se você estiver bem treinado e na prática, vai pousar com segurança e suavidade, sem danos à máquina ou pessoas.

Em resumo, etapas críticas:

Entrada. Alavanca para baixo, volta cíclica, pedal para dentro.

Chegada. Cíclico para trás, alavanca para cima, pedal para dentro.

Comentários

• Se ‘ estamos tentando explicar as coisas para o leigo, frases como ” descartar o coletivo ” don ‘ t significa muito.
• @Jamiec Obrigado. Eu ‘ fiz algumas edições. Eu ‘ d agradeço qualquer outra entrada no ” jargão “.
• Pelo contrário, achei o resto da resposta conciso e compreensível.
• @ Simon …. esse é exatamente o tipo de resposta inteligente que eu esperava … obrigado, senhor. … Eu amo este site …..
• @ garyv440 Você ‘ é muito bem-vindo.

Não se trata de uma resposta completa, mas sim de um comentário de engenheiros leigos para acrescentar à bela explicação de Simon.

Quando em modo de descida com descida cíclica, as lâminas estão em inclinação negativa para o normal e o fluxo de ar através delas adiciona energia a elas (até algum limite controlado) em vez de transferir energia delas. O rotor se torna um armazenamento de energia – um “volante alado”. Ter o rotor no RPM máximo permitido neste modo maximiza a energia armazenada. Depois de atingir o RPM máximo permitido, as lâminas podem ser operadas para maximizar o arrasto de queda, sujeito à manutenção da velocidade de rotação – o rotor é semelhante a uma grande placa plana. a máquina agora cairá na velocidade terminal * para a combinação de arrasto máximo.

Quando você “flare” e aumenta o coletivo, o passo da lâmina torna-se novamente positivo e você novamente tem um helicóptero. MAS é alimentado pela energia inercial armazenada na massa do conjunto de lâmina rotativa e você vai usar isso extremamente rápido – você tem alguns segundos de tempo de vôo, com a velocidade do rotor caindo como energia é tirado dele. O procedimento de flare é projetado para usar a energia armazenada rotacional de uma maneira que otimiza a transição das velocidades pré-flare para as velocidades pós-flare.

* Velocidade terminal de rotação automática:

Eu tenho não pesquisou isso, então pode haver razões para que esteja errado, mas com base em muitos outros cenários para objetos em queda de blefe, parece provável que a taxa de queda será próxima ao que é previsto pela equação de arrasto clássica, então o arrasto de queda do rotor ou a massa da máquina são definidos por

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

onde

• $ \ rho = $ air densidade ($ 1,2 \ \ mathrm {kg / m ^ 3} $ próximo ao nível do mar)
• $ A = $ área ($ \ mathrm {m} ^ 2 $)
• $ V = $ velocidade ($ \ mathrm {m / s} $)
• $ C_d = $ coeficiente de arrasto em relação à placa plana, digamos 0,8 neste caso

Portanto, $ \ mathrm {mass} \ cdot g = 0,6 \ cdot 0,8 \ cdot A \ cdot V ^ 2 $

e velocidade terminal

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

A velocidade de rotação automática terminal em $ \ mathrm {m / s} $ é então

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

Embora esta seja uma estimativa baseada em uma série de suposições, o princípio geral oferece resultados satisfatórios, embora aproximados, para objetos tão diversos como campo, ratos, bolas de boliche, paraquedistas e pára-quedas de carga. (Funciona apenas para gotas de chuva quando você percebe que elas geralmente caem em forma de disco achatado quando em velocidade terminal.)

Exemplo:

Robinson R22 Beta II , 620 kg de peso bruto, raio do rotor de 151 polegadas. Use 600 kg e 46 metros quadrados de área do disco do rotor:

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

Procurando mais …

Estou vendo que não deveria ter começado esta. Fascinante. Tempo para comer.
A fórmula acima resulta em uma velocidade de rotação automática um tanto alta, o que é bom. Provavelmente 50% + maior do que o real. Possivelmente devido à elevação do disco em vôo de planeio para frente.

1.000 pés por minuto $ \ aproximadamente 5 \ \ mathrm {m / s} $. Várias páginas mencionam números de descida de rotação automática de 1.300 a 1.800 fpm.

Calculadora relacionada à rotação automática e MUITO mais – excelente . Inclui comentários –

• Um rotor em autorrotação vertical tem a mesma resistência que um paraquedas do mesmo diâmetro. Esta taxa de descida também é aproximadamente o dobro da velocidade induzida por pairar.

• 2.500 pés / min é um limite superior razoável para helicópteros maiores, ou seja, 13 m / s

• A relação $ t / k $, que é o tempo em segundos que um rotor pode levantar o helicóptero quando o motor para. É a proporção de $ J \ cdot \ Omega ^ 2 $ dividido por 4 vezes a potência necessária para pairar. (O 4 vem do fato de que só se pode usar metade da energia cinética armazenada no sistema do rotor). Prouty usa uma fórmula mais complexa que leva em conta $ C_l $ e $ C_d $ do sistema de rotor, mas se você usar a equação [$ \ mathrm {Power \ OGE} = (61 \ cdot10 ^ {- 3} / Dia_ {rot }) \ cdot \ sqrt {m ^ 3 / ro}) $ tudo no sistema métrico (com $ ro = 1,225 \ \ mathrm {kg / m ^ 3} $ ao nível do mar], e divida o valor obtido par 0,84 (para TR potência e perdas de transmissão), e insira este valor no cálculo t / k, ele funciona …

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

  O $ t / k $ do Robinson R22 é 0,8 (muito baixo, eu concordo) e, praticamente, você quer $ t / k $ cerca de 1,2 a 1,7 seg., então quase o dobro do Robinson.

• O helicóptero UltraSport-254 tem uma carga de disco extremamente baixa e uma taxa de descida de auto-rotação de 900 pés / min. disse que em autorrotação ele pode pousar, decolar e voltar a pousar usando apenas a inércia dos rotores. O Osprey V-22 tem uma carga de disco extremamente alta. Os dados de teste indicam que a aeronave impactaria o solo a uma taxa de descida de cerca de 3700 pés / min.

Discussão sobre Robinson R22 – informativo. Comentários sobre rotação automática e muito mais.

• Devido ao seu peso leve e sistema de rotor de baixa inércia, o R22 não perdoa o erro do piloto ou lentidão. Após uma falha de motor, real ou simulada, você e o instrutor terão 1,6 segundos para baixar o coletivo e entrar em autorrotação. Qualquer atraso além de 1,6 segundos será fatal, pois a velocidade do rotor, uma vez que caiu abaixo de 80 por cento, não pode ser recuperada. 🙁
  

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A arte da rotação automática
Tutorial de rotação automática extremamente bom e discussão com um número de indicadores para o conhecimento arcano.

Vídeo – R22 {quase} pouso com rotação automática de velocidade zero de velocidade do ar Útil.

Lista de preços R22 – apenas para interesse

Comentários

• Obrigado por sua resposta e especialmente pelos links informativos. Também acho interessante e curioso que o R22 tenha a reputação de um helicóptero implacável, mas muitas das escolas de instrução de vôo que eu pesquisei parecem oferecer o R22 como o melhor modelo acessível para treinar. –
• @ garyv440 Eles são de baixo custo (relativamente). Eu ‘ tive um total de um voo como uma introdução à nave com alguns segundos de cada vez mãos n com um instrutor pairando observando os controles duplos. Ele não apontou (não é muito surpreendente) que ele tinha 1,6 segundos para entrar na rotação automática após a falha do motor ou você nunca poderá. [!!!] Décadas atrás, tivemos um período de loucura nacional para capturar e atirar veados. Todos os que podiam perseguir veados com helicópteros o fizeram. Em um ano, perdemos 30% de nossa base de asa rotativa em acidentes! [!!!]. O maior tipo único perdido foi, sem surpresa, R22s. Com pessoas atirando e vivendo …
• … pegando veados de helicópteros e até (realmente!) Pulando em veados de helicópteros por todo o nosso país, as perdas eram inevitáveis. Os preços dos cervos eram tão bons que o estranho buraco de bala também ocorreu. Recentemente, um dos irmãos Robinson ligou para ver o que diabos estávamos fazendo. Conclusão – voar consistentemente fora do envelope para maximizar os resultados. As perdas são muito menores hoje em dia :-).
• Some dos comentários do usuário são úteis. Muitos não estão e muitos estão errados.Por exemplo, é perfeitamente possível e seguro descer verticalmente. Você só precisa da velocidade no ar na parte inferior para que o flare armazene energia no rotor para a tração coletiva para reduzir o ROD. é ‘ é possível descer para trás, o que é extremamente desconfortável. Contanto que você tenha RPM de vôo e velocidade de avanço > cerca de 35kts para o alargamento na parte inferior, você ‘ está OK. youtube.com/…