что такое авторотация у вертолета
Aarc blog
6 ноября 2010 г.
Теория авторотации.
Первое, что надо понять, изучая авторотацию, что лопасти это вращающиеся крылья. Несложно представить себе самолет, летящий без мотора (планер), но несколько сложнее представить, что вертолет может делать то же самое. Если осознать, что каждая лопасть вертолета работает как крыло планера, то авторотация становится более понятной. Окончательно разобраться в этом вопросе поможет диаграмма сил, действующих на лопасть во время авторотации.
Лопасть. Полет под тягой.
 |
| 1. Набегающий поток воздуха (rotational flow), 2. Нисходящий поток воздуха (downward induced flow), 3. Результирующий поток (relative wind), 4. Угол атаки (angle of attack), 5. Шаг лопасти (Pitch angle), 6. Подъемная сила (Lift). 7. Вертикальная составляющая подъемной силы, 8. Аэродинамическое сопротивление (Induced drag), 9. Сопротивление профиля (Profile drag). |
 |
| 1. Набегающий поток воздуха (rotational flow), 2. Восходящий поток (up flow), 3. Результирующий поток (relative wind), 4. Угол атаки (angle of attack), 5. Шаг лопасти (Pitch angle), 6. Подъемная сила (Lift). 7. Вертикальная составляющая подъемной силы, 8. Приводящая сила (Pro-autorotative force), 9. Сопротивление профиля (Profile drag). |
Относительно высокая скорость движения внешней части лопасти складывается с восходящим потоком и приводит к тому, что результирующий поток приближается к горизонтальной линии. В этом случае подъемная сила направлена больше вверх, чем вперед и в результате создает меньше приводящей силы. В этой зоне сопротивление профиля наибольшее и создает наибольшую силу сопротивления, которая противодействует приводящей силе. Эта зона увеличивается с уменьшением шага лопастей и увеличением скорости вращения лопастей, поэтому уменьшает зону авторотации и увеличивает скорость спуска.
 |
| 1. Набегающий поток воздуха (rotational flow), 2. Восходящий поток (up flow), 3. Результирующий поток (relative wind), 4. Угол атаки (angle of attack), 5. Шаг лопасти (Pitch angle), 6. Подъемная сила (Lift). 7. Вертикальная составляющая подъемной силы, 8. Приводящая сила (Pro-autorotative force), 9. Сопротивление профиля (Profile drag). |
Вместе с изменением шага лопастей и оборотов ротора, три зоны перемещаются и изменяются по все длине лопасти. Во время авторотации важно так управлять шагом и оборотами, чтобы наиболее рационально использовать эти зоны.
Заход на авторотацию.
Если мотор глохнет во время полета при положительных шагах, то в этот момент вектор подъемной силы отклонен назад и обороты быстро снижаются из-за высокой силы аэродинамического сопротивления. Пилоту нужно быстро убавить шаги ротора, что бы остановить рост зоны сваливания.
Торможение (Flare).
Приближаясь к земле, пилот начинает торможение, за счет чего переводит горизонтальную скорость модели в энергию вращения ротора. Во время торможения увеличивается поток восходящего через ротор воздуха, за счет этого вектор подъемной силы сильнее наклоняется вперед и сильнее раскручивает ротор.
 |
| 1. Набегающий поток воздуха (rotational flow), 2. Восходящий поток (up flow), 3. Результирующий поток (relative wind), 4. Угол атаки (angle of attack), 5. Шаг лопасти (Pitch angle), 6. Подъемная сила (Lift). 7. Вертикальная составляющая подъемной силы, 8. Приводящая сила (Pro-autorotative force), 9. Сопротивление профиля (Profile drag). |
Посадка.После того, как горизонтальная скорость погашена, вертолет переходит в висение и здесь энергия ротора начинает интенсивно расходоваться, поддерживая висение модели. Важно не израсходовать всю энергию, а мягко посадить модель до того, как зона срыва покроет всю лопасть.
Заключение.
Надеюсь, это описание поможет лучше понять принцип авторотации. С помощью шага лопастей вы меняете направление и силу результирующего потока, подъемной силы и приводящей силы. Правильная работа шагом во время спуска, торможения и посадки избавит от необходимости покупать новые шасси и позволит выполнить красивую авторотацию, которую непременно оценят ваши зрители.
Оригинальный текст: Art Koral, http://www.rchelimag.com/pages/howto.php?howto=13
Книга INTRODUCTION TO HELICOPTER AERODYNAMICS WORKBOOK
Перевод: Oleg
14 комментариев:
Олег, спасибо большое за столь кропотливый и полезный труд!
Stall можно перевести еще как «сваливание», если идет речь о самолетах 😉
С самолетами согласен, но в случае с вертолетом часть лопасти всегда находится в состоянии срава потока, в то время, как остальная часть лопасти создает подъемную силу. К такой ситуации, на мой взгляд, термин «сваливание» не подходит, поскольку модель нормально управляется. С другой стороны, когда с падением оборотов вся поверхность лопасти перестает держать вертолет, то здесь термин «сваливание» вполне применим.
Не удержался. «С помощью шага лопастей вы меняете направление и силу результирующего потока, подъемной силы и приводящей силы. Правильная работа шагом во время спуска, торможения и посадки избавит от необходимости покупать новые шасси и позволит выполнить красивую авторотацию, которую непременно оценят ваши зрители.» Есть шаг общий и циклический. Общий шаг меняет углы установки всех лопастей, а циклический (ручка управления) меняет углы установки циклически. Так вот работа шагом приводит только к изменению тяги несущего винта (изменение вертикальной скорости снижения), направление тяги меняет ручка управления. Всем этим управляет автомат перекоса. На реальном вертолете при полете на режиме самовращения несущего винта (РСНВ) шаг всегда на полу до момента подготовки к посадке. Поступательная скорость поддерживается ручкой управления.
«Важно не израсходовать всю энергию, а мягко посадить модель до того, как зона срыва покроет всю лопасть.» Да никаких зон срыва на РСНВ не бывает.Просто из-за большого шага (12 град) возникает большое сопротивлене вращению и обороты энергично падают. Это есть причина уменьшения тяги, увеличения вертикальной скорости и естественно грубой посадке.
На втором рисунке нужно изображение лопасти мысленно повернуть по часовой стрелке так, чтобы вектор 7 совпал с основным валом вертолета, тогда все встнет на свои места и подъемная сила начнет тормозить вертолет. Единственное, почему я не повернул изображение, чтобы было проще сравнивать силы между первой и второй картинкой.
Вы абсолютно правильно говорите про векторы, профили и подъемную силу, но в статье все именно так и описано. Не вижу противоречия.
Вы все немного заблуждаетесь.
На натуральных пилотируемых вертолётах шаг не перекидывается на обратный.Шаг меняется от 0 до 12 и выше гр. Кому интересно почетайте спец руководство(теория полёта вертолёта, и теория НВ) В подобных руководствах подробно описаны разложение векторов. Вертолёты на авторотации идут на небольшом положительном шаге(здесь скорее потдержание оборотов, а не автовращение) у земли вертолётчик произвот подрыв НВ(увиличевает шаг), но на деле это мало помогает ибо большая масса ЛА, на отрицательном же шаге натуральный вертолёт наберёт большую вертекальную скорость и наврятли погасит её по этому на вертолётах реальных только положительные шаги, не надо путать модель и реальный вертолёт, у них и автомат перекоса немного отличается. А у автожира обратный принцип ротор крутется в обратную сторону на положительных шагах и создаёт подёмную силу. Модель вертолёта, я согласен с небольшой массой и относительно большой массой ротора можно посадить на авторотации на отрецательном шаге с пробегом без подрыва НВ, и почти вертикально с подрывом НВ.
Aarc blog
19 октября 2010 г.
Летная школа. Часть 7. Авторотация.
Впрочем, если вас не беспокоит тема падений из-за отказа силовой установки, тогда подумайте о освоении аэробатики с выключенным мотором. Аэробатика во время авторотации, эта совершенно отдельная область полетов, крайне захватывающая и зрелищная, даже независимо от результата. 🙂
Если вы заинтригованы, то эта статья для вас, в противном случае можете возвращаться к привычным полетам и готовиться к починке поломанных шасси. 😉
Что требуется от модели для авторотации?
Во-первых, нужна модель, которая в принципе умеет выполнять авторотацию. Модель должна иметь изменяемый общий шаг и должна быть оборудована обгонной муфтой, позволяющей ротору свободно вращаться при остановленном моторе. Модели с фиксированным шагом, в том числе и вертолеты соосной схемы для авторотации не годятся абсолютно.
Во-вторых, важен размер модели, поскольку от этого зависит способность ротора запасать энергию. Я не видел, что бы модели класса 200-250 выполняли авторотацию. Нечто похожее на авторотацию выполняют модели 450-ого и 500-ого класса, но не все и не особо хорошо. Вполне сносно авторотируют модели 30-ого класса ДВС или 550-ого класса электро (с лопастями 550мм). Настоящий фан авторотации начинается с моделей 50-ого и 90-ого класса, т.е. с размера лопастей 600мм-700мм. Чем длиннее лопасти, тем больше энергии может запасти ротор и тем больше позволит сделать модель.
В-третьих, потребуется настройка режима отключения мотора Throttle Hold. Настройка выполняется в аппаратуре и зависит от вашего передатчика. В этом режиме для ДВС мотор должен переходить на холостой ход, для электромодели мотор должен полностью отключаться.
В-пятых, лопасти! Для авторотации больше подойдут тяжелые лопасти, так как они позволят запасти больше энергии. Совсем легкие лопасти, скорее всего, не дадут достаточного запаса для плавной посадки. Подбор лопастей, подходящих одновременно для вашего стиля полета и для авторотации, вещь сугубо индивидуальная. Как отправную точку можно использовать рекомендацию производителя вашей модели. Обычно рекомендуют некие усредненные лопасти, которые вполне подойдут и для 3Д полета и для авторотации.
Идея авторотации.
Ошибочно думать, что авторотация это падение вертолета. Спуск в набегающем потоке воздуха позволяет поддержать обороты ротора и раскрутить его для плавной посадки. Во время спуска ротор работает, как ветряная мельница. За счет потери высоты потенциальная энергия парящей модели переходит в кинетическую энергию вращения ротора. Подробное рассмотрение сил, действующих на ротор во время авторотации достойно отдельной статьи. Здесь же приведу пару иллюстраций, чтобы понять основную идею.
 |
| Полет под тягой. |
 |
| Авторотация. |
Отработайте спуск с разных сторон: слева, справа, и из диагональных направлений под 45 градусов носом к себе. Из соображений безопасности во всех случаях не допускайте, чтобы модель спускалась прямо на вас, линия спуска всегда должна проходить мимо. Затем во время спуска начните корректировать направление, немного поворачивая модель влево-вправо рулем и элеронами.
Отдельно отработайте посадку в положении боком и кабиной к себе. Выполните это упражнение из висения перед собой. Навык посадки боком и кабиной к себе пригодятся при реальной посадке во время авторотации.
Освоив спуск и посадку, выполните комбинированный маневр, состоящий из обоих элементов: спуск с высоты 10 метров к точке посадки и сама посадка без длительного зависания перед касанием земли.
Теперь попробуйте увеличить высоту и повторите упражнение. Обращайте внимание на то, в какую точку приходит вертолет, и соответствующим образом корректируйте точку начала спуска и начальную скорость.
Я готов к авторотации?
Это хороший вопрос, ведь в авторотации есть только одна попытка и к этой попытке лучше тщательно подготовиться. Скорее даже подготовиться морально: мысленно повторите последовательность действий, выполните пристрелочный спуск с работающим мотором, убедитесь, что вы правильно выбрали точку начала спуска, скорость и угол спуска и затем. просто сделайте это. 🙂 Уверен, что у большинства авторотация получится с первого раза, и если уж не делать совсем грубых ошибок, то посадка пройдет гладко и вы по праву будете горды и собой и вашей моделью, которая, как и вы смогла сделать ЭТО и уцелеть. Один мудрый совет я вычитал в свое время и делюсь с вами: сделайте первую попытку в воскресенье ближе к концу летного дня. Если все пройдет гладко, сможете спокойно собраться и поехать домой с чувством полного удовлетворения. Если же полет закончится с происшествием, то, во-первых, сегодня вы уже полетали, а значит день прошел не зря, во-вторых, у вас будет целая неделя на то, что бы подготовить модель к следующим выходным.
Приступим. Реальный спуск с высоты 10-20 метров.
Для меня спуск с 10 метров представляется несколько сложнее, чем со 100 метров, потому что практически нет времени на установку нужного шага или коррекцию спуска. Спуск, торможение и посадка происходят на одном дыхании. Тем не менее, даже при грубой ошибке вероятность сильного падения с такой высоты практически отсутствует, поэтому начнем именно с нее. Все, что необходимо не забыть сделать, это направить модель носом против ветра, толкнуть немного вперед, выключить двигатель и добавить немного(!) отрицательных шагов. За 1.5-3 метра до земли наклонить вертолет немного назад и плавно добавить положительных шагов до полной остановки горизонтального движения, за мгновение до посадки подровнять модель в горизонт и сажать.
Получилось? Отлично! Но не спешите сразу повторить свой подвиг. Потерпите до следующего летного дня, чтобы сначала переварить ваши эмоции и приобретенный опыт.
 |
| Растянутая авторотация. В точке Е необходимо удерживать шаги едва достаточными для полета и затем приземлиться на остатках инерции в лопастях. |
Хорошо освоившись с обычной авторотацией, попробуйте выполнить авторотацию хвостом вперед и авторотацию с пируэтом. Пируэт лучше выполнять в сторону вращения ротора, чтобы не тратить энергию на преодоление сил трения в трансмиссии вертолета.
Что такое авторотация, или Как посадить вертолет при отказе двигателей
Если во время полета у самолета отказывают двигатели, пилот имеет шанс спланировать и спасти машину и пассажиров. Бытует мнение, что раз у вертолета нет крыльев, то он не может планировать. Неужели отказ двигателя означает гибель винтокрылой машины? Нет, вертолет может совершить посадку в режиме авторотации винта.
В случае неполадок с двигателем вертолет можно посадить в режиме авторотации
Авторотация – вращение несущего винта вертолета с помощью набегающего потока воздуха. Во время авторотации создается подъемная сила, достаточная для планирования, маневрирования и мягкой посадки судна.
Режим авторотации чаще всего используется для аварийной посадки вертолета при отказе двигателя. Также она применяется, когда выходит из строя рулевой винт (или нарушается управление по рысканью), в результате чего продолжать нормальный полет невозможно.
Авторотация – это аварийный режим, который тем не менее необходимо освоить любому пилоту, но только под руководством опытного инструктора. От умения управлять вертолетом в режиме авторотации зависит жизнь экипажа и пассажиров.
Как работает авторотация
Когда несущий винт вертолета раскручивается за счет энергии двигателя, он создает нисходящий воздушный поток и функционирует по принципу пропеллера, который ориентирован в пространстве горизонтально.
Если во время полета перестает работать двигатель, скорость вращения винта начнет падать, а машина ‒ терять скорость и снижаться. В этот момент на лопасти начинает действовать набегающий снизу поток воздуха. Это воздействие, при соблюдении определенных условий, раскручивает несущий винт, который снова создает подъемную силу. В режиме авторотации винт работает как горизонтально ориентированная ветряная мельница.
Чтобы при авторотации кинетическая энергия не тратилась на вращение двигателя, в вертолетах используется обгонная муфта. Это элемент трансмиссии, который блокирует передачу крутящего момента с ведомого вала на ведущий. Обгонные муфты также используются в велосипедах. Благодаря этим устройствам педали не вращаются, когда велосипедист едет с горы по инерции.
Кстати, у гиропланов (автожиров) несущий винт вращается и создает подъемную силу только за счет авторотации. Воздушные суда этого типа похожи на вертолеты внешне, но летают они скорее по принципу самолетов.
Несущий винт гиропланов всегда работает в режиме авторотации
Как посадить вертолет в режиме авторотации
Аварийная посадка в режиме авторотации входит в курс подготовки пилотов гражданских вертолетов. Алгоритм действия летчика зависит от типа воздушного судна, высоты и скорости полета, места посадки и других факторов. Схематически его можно описать так:
Легкие вертолеты, например, Robinson R44, в режиме авторотации под управлением опытного пилота могут ненадолго зависать в воздухе. Благодаря этому посадка получается мягкой. Управлять тяжелыми воздушными судами при отказе двигателя сложнее. Поэтому посадить их с помощью авторотации без повреждений удается не всегда, но такие вертолеты всегда снабжены двумя двигателями, что значительно повышает уровень безопасности.
Видео посадки вертолета в режиме авторотации
Двойной рекорд Жана Буле
Французский пилот Жан Буле в 1972 году установил за один полет сразу два рекорда, которые не побиты до настоящего времени. Летчик рассчитывал достичь рекордной высоты на своем Aérospatiale SA.315B Lama. Это ему удалось: машина поднялась на фантастическую высоту ‒ 12 442 метра над уровнем моря.
А вот второй рекорд получился спонтанным. У Жана Буле не оставалось выбора, так как на огромной высоте из-за перегрузок вышел из строя двигатель. Пилот перешел в режим авторотации и посадил машину. Летчик и его машина даже не получили повреждений.
Жан Буле в кабине вертолета
После необычного полета Жан Буле остался в авиации. До выхода на пенсию он работал летчиком-испытателем ВВС Франции.
Авторотация – «штатный внештатный режим»
Режим авторотации позволяет мягко посадить вертолет в случае отказа двигателя. Выход из строя силовой установки – это, без сомнения, крайне опасная аварийная ситуация. В таких условиях у летчиков остается единственный шанс избежать катастрофы, но действовать необходимо быстро. Именно поэтому в программу подготовки пилотов вертолетов входит тренировка посадки в режиме авторотации. Конечно, для гарантированно мягкой посадки в тренировочных полетах за несколько метров до земли двигатель вновь запускают, но навык закрепляется и совершенствуется без малейшего вреда для воздушного судна и его экипажа.
Пилотов готовят к посадке со свободно вращающимся винтом в расчете на то, что они будут действовать в аварийной ситуации так же уверенно и спокойно, как и во время штатного полета. А это повышает безопасность пассажиров и вероятность мягкой посадки.
Что такое авторотация, или Как посадить вертолет при отказе двигателей
Если во время полета у самолета отказывают двигатели, пилот имеет шанс спланировать и спасти машину и пассажиров. Бытует мнение, что раз у вертолета нет крыльев, то он не может планировать. Неужели отказ двигателя означает гибель винтокрылой машины? Нет, вертолет может совершить посадку в режиме авторотации винта.
Авторотация – вращение несущего винта вертолета с помощью набегающего потока воздуха. Во время авторотации создается подъемная сила, достаточная для планирования, маневрирования и мягкой посадки судна.
Режим авторотации чаще всего используется для аварийной посадки вертолета при отказе двигателя. Также она применяется, когда выходит из строя рулевой винт (или нарушается управление по рысканью), в результате чего продолжать нормальный полет невозможно.
Авторотация – это аварийный режим, который тем не менее необходимо освоить любому пилоту, но только под руководством опытного инструктора. От умения управлять вертолетом в режиме авторотации зависит жизнь экипажа и пассажиров.
Как работает авторотация
Когда несущий винт вертолета раскручивается за счет энергии двигателя, он создает нисходящий воздушный поток и функционирует по принципу пропеллера, который ориентирован в пространстве горизонтально.
Если во время полета перестает работать двигатель, скорость вращения винта начнет падать, а машина ‒ терять скорость и снижаться. В этот момент на лопасти начинает действовать набегающий снизу поток воздуха. Это воздействие, при соблюдении определенных условий, раскручивает несущий винт, который снова создает подъемную силу. В режиме авторотации винт работает как горизонтально ориентированная ветряная мельница.
Чтобы при авторотации кинетическая энергия не тратилась на вращение двигателя, в вертолетах используется обгонная муфта. Это элемент трансмиссии, который блокирует передачу крутящего момента с ведомого вала на ведущий. Обгонные муфты также используются в велосипедах. Благодаря этим устройствам педали не вращаются, когда велосипедист едет с горы по инерции.
Кстати, у гиропланов (автожиров) несущий винт вращается и создает подъемную силу только за счет авторотации. Воздушные суда этого типа похожи на вертолеты внешне, но летают они скорее по принципу самолетов.
Как посадить вертолет в режиме авторотации
Аварийная посадка в режиме авторотации входит в курс подготовки пилотов гражданских вертолетов. Алгоритм действия летчика зависит от типа воздушного судна, высоты и скорости полета, места посадки и других факторов. Схематически его можно описать так:
Легкие вертолеты, например, Robinson R44, в режиме авторотации под управлением опытного пилота могут ненадолго зависать в воздухе. Благодаря этому посадка получается мягкой. Управлять тяжелыми воздушными судами при отказе двигателя сложнее. Поэтому посадить их с помощью авторотации без повреждений удается не всегда, но такие вертолеты всегда снабжены двумя двигателями, что значительно повышает уровень безопасности.
Видео посадки вертолета в режиме авторотации
Двойной рекорд Жана Буле
Французский пилот Жан Буле в 1972 году установил за один полет сразу два рекорда, которые не побиты до настоящего времени. Летчик рассчитывал достичь рекордной высоты на своем Aérospatiale SA.315B Lama. Это ему удалось: машина поднялась на фантастическую высоту ‒ 12 442 метра над уровнем моря.
А вот второй рекорд получился спонтанным. У Жана Буле не оставалось выбора, так как на огромной высоте из-за перегрузок вышел из строя двигатель. Пилот перешел в режим авторотации и посадил машину. Летчик и его машина даже не получили повреждений.
После необычного полета Жан Буле остался в авиации. До выхода на пенсию он работал летчиком-испытателем ВВС Франции.
Авторотация – «штатный внештатный режим»
Режим авторотации позволяет мягко посадить вертолет в случае отказа двигателя. Выход из строя силовой установки – это, без сомнения, крайне опасная аварийная ситуация. В таких условиях у летчиков остается единственный шанс избежать катастрофы, но действовать необходимо быстро. Именно поэтому в программу подготовки пилотов вертолетов входит тренировка посадки в режиме авторотации. Конечно, для гарантированно мягкой посадки в тренировочных полетах за несколько метров до земли двигатель вновь запускают, но навык закрепляется и совершенствуется без малейшего вреда для воздушного судна и его экипажа.
Пилотов готовят к посадке со свободно вращающимся винтом в расчете на то, что они будут действовать в аварийной ситуации так же уверенно и спокойно, как и во время штатного полета. А это повышает безопасность пассажиров и вероятность мягкой посадки.