Hur utför en helikopterpilot en automatisk rotationslandning?

Jag kommer att anta att genom ” kritisk ”, du menar överlevande. Jag antar också att motorfelet inträffar på en höjd som dödar dig.

Det är inte så mycket kritiska steg, det är kritiska resultat. Det mest kritiska resultatet är att bevara eller återfå rotorns varvtal. Vilka steg som behövs för att göra detta beror på vad flygplanet gör när motorn stannar och, i mindre utsträckning, typen av helikoptern. Jag kommer att generalisera för en ” genomsnitt ” helikopter i rak och jämn flygning.

Den omedelbara åtgärden som borras in i alla från de allra tidigaste timmarna som student är att sänka kollektivet. Att göra detta har tre effekter. Det tar bort den positiva lutningen från knivarna som tar bort det mesta av släpet, det justerar rotorns tryckvektor med rotorns axel och använder därför inte rotorenergi för annat än lyft och det får en koppling att koppla ur rotorn från motorn så att den till frihjulet. Från denna punkt och framåt är du på väg tillbaka mot jorden.

Den andra omedelbara åtgärden samtidigt som du sänker kollektivet (förutsatt att vi flyger framåt) är att dra tillbaka på det cykliska för att blossa. Detta laddar skivan som gör att den ” kon ” uppåt vilket minskar skivans diameter. Därför rör sig skivans tyngdpunkt inåt och på grund av bevarande av vinkelmoment ökar rotorns varvtal. Av ganska komplexa skäl kommer helikopternas näsa också att falla ner när kollektivet sänks så att räknarna drar tillbaka den tendensen.

Den tredje omedelbara åtgärden är att trycka in pedalen på motsatt sida för att rotera. av knivarna. Om knivarna roterar moturs (till vänster som piloten ser det) trycker du in höger pedal för att minska dragkraften som alstras av svansrotorn som inte längre motverkar käften som orsakas av drag från den drivna rotorn. Detta är mindre kritiskt än de två första och även om det kan vara farligt och få dig in i en obekväm attityd, är det vanligtvis möjligt att återhämta sig från att inte trycka in pedalen direkt. Om du har rotorvarvtal kan du reda ut det.

Nu har du gått in i autorotation. Härifrån flyger du mer eller mindre normalt till nästa kritiska punkt som är ungefär 50 ”från marken .

Vad du har gjort är att se till att rotorn har flygande varvtal och att du hanterar energi genom att handla potentiell energi (höjd) för kinetisk energi (rotorvarvtal). Omvandlingen sker genom luftflödet som nu kommer under skivan och ” driver ” rotorn för att upprätthålla varvtal. Tonhöjden är neutral eller kanske till och med negativ men, det relativa luftflödet är nu uppåt genom skivan och därför har knivarna en positiv attackvinkel och genererar lite lyft. hindrar helikoptern från att falla. Det genereras något drag som en följd av att den genereras, men den kan lätt övervinnas av den kraft som nu driver rotorn från det uppåtgående luftflödet.

Så länge när du sjunker kommer denna konvertering att ske och din RPM kommer att bibehållas. Kontrollerna är riggade så att varvtalet kommer att förbli i det normala intervallet när kollektivet är helt nere. Ibland måste du justera det lite med små mängder kollektiva, fläckar och svängar men i allmänhet flyger du bara mot din landningsplats. Det tillåtna RPM-området är större vid autorotation. Till exempel (och från minnet) har R22 ett intervall på 97-103% vid normal flygning och 90-110% i autorotation.

Du sjunker nu med en hög nedstigningshastighet och är vanligtvis betydande framåt hastighet.Du måste minska båda för att komma till en säker ankomst. För att göra detta finns det ytterligare tre viktiga steg.

Börjar på cirka 50 fot (beroende på många faktorer men låt oss hålla fast vid den genomsnittliga helikoptern som gick in i autorotation från rak och nivå med betydande höjd), du blossar flygplanet genom att dra tillbaka på cykliska. Detta kommer omedelbart att sakta ner flygplanet. Det kommer också att börja öka varvtalet (du omvandlar nu hastighet till rotor kinetisk energi).

Samtidigt ökar du kollektivt för att minska nedstigningshastigheten genom att öka den genererade hissen. Detta kommer snabbt att öka motståndet, men nu kommer energin som behövs för att upprätthålla varvtalet från blosset som omvandlar hastighet till varvtal. Du måste också sätta in pedal för att stoppa flygplanet från att gapa när motståndet ökar på rotorn.

Om du får rätt tillträde och din bländning minskar hastigheten och nedstigningshastigheten till något överlevande, då går du iväg. Du kanske förstöra helikoptern och bryta några ben, men anländer till 1 0 fot med bara 20 knop och 150 fot per minut och du kommer undan med det.

Om du är välutbildad och i praktiken kommer du att landa säkert och smidigt utan att skada maskinen eller människor.

Sammanfattningsvis viktiga steg:

Inmatning. Spak nedåt, cyklisk rygg, trampa in.

Ankomst. Cyklisk rygg, lyft upp, trampa in.

Kommentarer

• Om vi ’ försöker förklara saker för lekmannen, fraser som ” dumpa kollektivet ” don ’ t betyder för mycket.
• @Jamiec Tack. Jag ’ har gjort några ändringar. Jag ’ välkomnar fler inmatningar på ” jargong ”.
• Tvärtom, jag tyckte att resten av det här svaret var kortfattat och förståeligt.
• @ Simon …. det här är exakt det slags kunniga svar jag hoppades på … tack sir. … Jag älskar den här webbplatsen …..
• @ garyv440 Du ’ är mycket välkommen.

Detta är inte tänkt att vara något som ett fullständigt svar, utan snarare en ingenjörs kommentar för att tackla Simons mycket trevliga förklaring.

I nedstigningsläge med cykliskt nedåt är knivarna i negativ stigning till vanligt och luftflödet genom dem ger energi till dem (upp till en viss kontrollerad gräns) snarare än att överföra energi från dem. Rotorn blir en energilager – ett ”vinge svänghjul.” Att ha rotorn vid maximalt tillåtna varvtal i detta läge maximerar lagrad energi. När du når maximalt tillåtet varvtal kan knivarna manövreras för att maximera fallande drag, under förutsättning att rotationshastigheten bibehålls – rotorn liknar en stor platt platta. maskinen faller nu med terminalhastighet * för maximal dragkombination.

När du ”blossar” och höjer kollektivet blir bladhöjden igen positiv och du har igen en driven helikopter. MEN den drivs av den tröghetsenergi som lagras i massan av det roterande knivaggregatet och du kommer att använda det extremt snabbt – du har några sekunder flygtid, med rotorhastigheten sjunker som energi tas från det. Bländningsproceduren är utformad för att använda den lagrade rotationsenergin på ett sätt som optimerar övergången från förbländningshastigheter till efterbländningshastigheter.

* Automatisk rotationshastighet:

Jag har har inte undersökt detta så det kan finnas skäl att det är fel, men baserat på många andra scenarier för att bluffa fallande föremål verkar det troligt att fallhastigheten kommer att ligga nära det som förutses av den klassiska dragekvationen så att rotorfall och maskinmassa definieras av

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

där

• $ \ rho = $ air densitet ($ 1,2 \ \ mathrm {kg / m ^ 3} $ nära havsnivån)
• $ A = $ area ($ \ mathrm {m} ^ 2 $)
• $ V = $ hastighet ($ \ mathrm {m / s} $)
• $ C_d = $ dragkoefficient relativt platt platta, säg 0,8 i detta fall

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

och terminalhastighet

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

Terminalens automatiska rotationshastighet i $ \ mathrm {m / s} $ är då

$$ \ sqrt {\ frac {20 \ cdot \ mathrm {massa_ {gross}}} {A _ {\ mathrm {rotor \ disk}}}} $$

Även om detta är en guestimat baserad på en rad antaganden, ger den allmänna principen tillfredsställande bra om än ungefärliga resultat för föremål så olika som fält, möss, bowlingbollar, fallskärmshoppare och fallskärmar. (Det fungerar bara för regndroppar när du inser att de i allmänhet faller som en platt diskliknande form när de är i terminalhastighet.)

Exempel:

Robinson R22 Beta II , 620 kg bruttovikt, 151 tum rotorradie. Använd 600 kg och 46 kvadratmeter rotordiskarea:

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

Ser vi längre …

Jag ser att jag inte skulle ha börjat detta. Fascinerande. Tid att äta.
Ovanstående formel visar sig ge en något hög automatisk rotationshastighet, vilket är bra. Förmodligen 50% + högre än faktiskt. Möjligen på grund av lyft från skivan i glidflyg framåt.

1000 fot per minut $ \ ca 5 \ \ mathrm {m / s} $. Olika sidor nämner siffror för automatisk rotering av 1 300 till 1 800 fpm.

Kalkylator för automatisk rotation och MYCKET mer – superb . Inkluderar kommentarer –

• En rotor i vertikal autorotation har samma motstånd som en fallskärm med samma diameter. Denna nedstigningshastighet är också ungefär dubbelt så mycket som svävarinducerad hastighet.

• 2500 ft / min är en rimlig övre gräns för större helikoptrar, dvs 13 m / s

• Förhållandet $ t / k $, vilket är tiden i sekunder som en rotor kan lyfta helikoptern när motorn stannar. Det är förhållandet $ J \ cdot \ Omega ^ 2 $ dividerat med fyra gånger den effekt som krävs i svävaren. (4 kommer från det faktum att man bara kan använda hälften av den kinetiska energi som lagras i rotorsystemet). Prouty använder en mer komplex formel som tar hänsyn till $ C_l $ och $ C_d $ för rotorsystemet, men om du använder ekvationen [$ \ mathrm {Power \ OGE} = (61 \ cdot10 ^ {- 3} / Dia_ {rot }) \ cdot \ sqrt {m ^ 3 / ro}) $ allt i mätvärde (med $ ro = 1,225 \ \ mathrm {kg / m ^ 3} $ vid havsnivå] och dela upp det erhållna värdet par 0,84 (för TR kraft och överföringsförluster), och anslut detta värde till t / k-beräkningen, det fungerar …

  Så $ t / k = \ frac {J \ cdot \ Omega ^ 2} {4 \ cdot \ mathrm {Power \ OGE}} $ i sekunder.

  $ t / k $ för Robinson R22 är 0,8 (alldeles för lågt håller jag med), och praktiskt taget vill du $ t / k $ cirka 1,2 till 1,7 sek, så ungefär dubbelt så mycket som Robinson.

• UltraSport-254-helikoptern har en extremt låg diskbelastning och en autorotationshastighet på 900 ft / min. Det är sa att vid autorotation kan den landa och sedan landa och landa med endast trögheten i rotorerna. Osprey V-22 har en extremt hög skivbelastning. Testdata indikerar att flygplanet skulle påverka marken med en nedstigningshastighet på cirka 3700 fot / min.

Robinson R22-diskussion – informativ. Kommentarer om automatisk rotation och mycket mer.

• På grund av dess låga vikt och låga tröghetsrotorsystem är R22 inte förlåtande för pilotfel eller tröghet. Efter ett motorfel, riktigt eller simulerat, har du och instruktören 1,6 sekunder på dig att sänka kollektivet och ange en autorotation. Varje fördröjning utöver 1,6 sekunder blir dödlig eftersom rotorhastigheten, när den förstörts under 80 procent, inte kan återställas. 🙁
  

  ---

The Art of Autorotation
Extremt bra självrotationshandledning och diskussion med en antal pekare till arkanisk kunskap.

Video – R22 {nästan} automatisk hastighet för lufthastighet landning Användarkommentarer användbara.

R22-prislista – bara för intresse

Kommentarer

• Tack för ditt svar och särskilt för informationslänkarna. Jag tycker också att det är intressant och nyfiken att R22 har ett rykte som en oförlåtlig helikopter, men många av flygskolorna jag har undersökt verkar erbjuda R22 som sitt mest prisvärd modell att träna i. –
• @ garyv440 De är låga (relativt). Jag ’ har totalt haft en flygning som en introduktion till båten med några sekunder i taget händer n med en svävande instruktör som tittar på de dubbla kontrollerna. Han påpekade inte (inte alltför överraskande) att han hade 1,6 sekunder på sig att gå in i autorotation efter motorfel eller så kan du aldrig. [!!!] För decennier sedan hade vi en hjortfångnings- och skjutperiod av nationell galenskap. Alla som kunde jaga hjort med kopiatorer gjorde det. På ett år förlorade vi 30% av vår roterande vingbas i olyckor! [!!!]. Den största förlorade typen var ingen överraskning R22. Med människor som skjuter och lever …
• … att få hjortar från kapare och till och med (verkligen!) Hoppa på hjort från kopiatorer över våra höga landförluster var oundvikliga. Hjortpriserna var så bra att det udda kulhålet också inträffade. Senare ringde en av Robinson-bröderna för att se vad vi gjorde. Slutsats – flygs konsekvent utanför kuvertet för att maximera resultaten. Förlusterna är mycket lägre idag :-).
• Some av användarkommentarerna är användbara. Många är inte och mycket är fel.Till exempel är det fullt möjligt och säkert att gå ner vertikalt. Du behöver bara lufthastighet i botten för att flare ska lagra energi i rotorn för att den kollektiva dragningen ska minska ROD. det ’ är även möjligt att falla bakåt vilket känns extremt obekvämt. Så länge du har flygande varvtal och framåtriktad hastighet > ungefär 35kts för bländningen längst ner, är du ’ OK. youtube.com/…