Состояние вихревого кольца - Vortex ring state

Состояние вихревого кольца, при котором воздушный поток направлен вверх по внутренней секции лопасти, создавая вторичный вихрь в дополнение к нормальным вихрям на законцовках крыла. Это приводит к турбулентному потоку воздуха и снижению эффективности ротора. Если разрешить продолжить, могут возникать неуправляемые колебания по тангажу и крену с большой скоростью снижения.[1]

В состояние вихревого кольца это опасное аэродинамическое состояние, которое может возникнуть в вертолет полет, когда вихревое кольцо система охватывает ротор вызывая серьезную потерю поднимать. Состояние вихревого кольца иногда называют расчет с властью. В Федеральная авиационная администрация (FAA) рассматривает эти термины как синонимы, тогда как Транспорт Канады видит в них два разных явления.[2]

Это состояние также возникает при конвертопланы, и отвечал за несчастный случай с участием V-22 Osprey. Состояние вихревого кольца привело к потере сильно модифицированного Вертолет МН-60 в течение Операция Нептун Копье, рейд 2011 г., в котором Усама бен Ладен был убит.[3]

Описание

Изогнутые стрелки указывают на циркуляцию воздушного потока вокруг диска ротора. Показанный вертолет - это RAH-66 Comanche.

В прямом полете нет восходящего потока (восходящий поток) воздуха в зоне ступицы. По мере уменьшения скорости полета вперед и увеличения скорости вертикального снижения начинается восходящий поток, поскольку в области захвата мачты и лопасти нет аэродинамических поверхностей. По мере увеличения объема восходящего потока индуцированный поток (воздух, вытянутый или «индуцированный» вниз через роторную систему) внутренних секций лопастей преодолевается, и лопасти начинают двигаться. ларек возле хаба. Когда внутренние секции лопастей останавливаются, второй набор вихрей, подобных вихрям на конце ротора, формируется в центре роторной системы и в сочетании с внешним набором вихрей приводит к серьезной потере подъемной силы. Неспособность пилота вертолета распознать это состояние и отреагировать на него может привести к высокой скорости снижения и удару о землю.

Вхождение

Вертолет обычно сталкивается с этим состоянием при попытке зависнуть эффект земли над парящим потолком для летательного аппарата, зависания вне зоны влияния земли без поддержания точного контроля высоты и во время захода на посадку с подветренной или крутой подачей двигателя, когда скорость полета падает почти до нуля.

Обнаружение и исправление

Признаки стабилизации мощности - это вибрация в системе несущего винта.[4] с последующим увеличением скорости снижения и, возможно, уменьшением циклический орган власти.[5]

В одновинтовых вертолетах состояние вихревого кольца может быть исправлено перемещением циклическое управление в любом направлении, которое контролирует угол наклона лопасти несущего винта, слегка наклоняя нос вниз и устанавливая полет вперед. В вертолетах с тандемными винтами подъем осуществляется за счет бокового циклического нажатия или нажатия педали. Самолет вылетит из вихревого кольца на «чистый воздух» и сможет набрать подъемную силу.

Еще одно исправление, методика восстановления Вуйхарда, было разработано Клодом Вуйхардом, инспектором Федерального управления гражданской авиации (FOCA) в Швейцарии. Этот метод использует поддержку тяги рулевого винта: применяйте циклическую тягу в направлении тяги рулевого винта и увеличивайте общую мощность для набора высоты, согласованную с педалью мощности для поддержания курса (перекрестное управление). Восстановление завершено, когда диск ротора достигает наветренной части вихря.[1][6][7]

Выход из состояния вихревого кольца

Можно отключить питание из состояния вихревого кольца, но для этого потребуется примерно вдвое больше энергии, чем требуется для зависания. Только один полномасштабный вертолет, Sikorsky S-64 Skycrane, задокументирована возможность делать это в порожнем состоянии.[8]

Реакция пилота или оператора

Пилотов вертолетов обычно учат избегать использования мощности, контролируя скорость снижения на более низких скоростях полета. Когда вы сталкиваетесь с установкой с помощью мощности, пилотов учат применять циклический режим вперед, чтобы вылететь из условия или снизить коллективный шаг.[5] В то время как переход к прямому или боковому полету сам по себе облегчит состояние, снижение совокупности для уменьшения потребности в мощности уменьшает размер вихрей и сокращает количество времени, необходимое для того, чтобы избавиться от этого состояния. Однако, поскольку состояние часто возникает у земли, снижение коллектива не может быть вариантом; потеря высоты будет происходить пропорционально скорости снижения, разработанной до начала восстановления. В некоторых случаях встречается состояние вихревого кольца, и ему позволяют продвинуться до такой степени, что пилот может потерять управление циклом из-за нарушенного воздушного потока. В этих случаях единственным выходом пилота может быть вход в Автоматический поворот чтобы вывести роторную систему из состояния вихревого кольца.

Вертолеты с тандемным ротором

В тандемный ротор Вертолет, циклический режим движения вперед не остановит скорость снижения, вызванную установкой мощности. В таком вертолете, который использует дифференциальный общий шаг для увеличения воздушной скорости, боковые циклические входы должны выполняться вместе с нажатиями на педали, чтобы скользить горизонтально из возмущенного воздуха в состоянии вихревого кольца.

Мультикоптеры с радиоуправлением

Мультикоптеры (также известные как дроны) подчиняются нормальной аэродинамике винтокрылого аппарата, включая состояние вихревого кольца. Конструкция рамы, размер и мощность влияют на вероятность входа в состояние и выхода из него. Мультикоптеры, у которых нет функции удержания высоты, также с большей вероятностью поддаются ошибке оператора, когда пилот слишком быстро опускает аппарат, что приводит к смыву вверх на ступицах ротора, что может привести к состоянию вихревого кольца. С другой стороны, те, кто оснащен этой функцией, обычно контролируют спуск автоматически и обычно (но не всегда) могут избежать опасного состояния.[9]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Справочник по полетам на вертолете, FAA-H-8083-21A (PDF). Департамент транспорта США, FAA, Служба стандартов полетов. 2012. С. 11-8–11-12, 11-17–11-20.
  2. ^ "Руководство по летной подготовке вертолета (TP 9982) - Упражнение 26 - Вихревое кольцо " Транспорт Канады, 20 мая 2010 г. Дата обращения: 13 сентября 2014 г. Цитата: Есть несколько неосведомленных пилотов, которые используют «установление с помощью мощности» для описания вихревого кольца, на самом деле в некоторых публикациях эти термины используются как синонимы. Путаница возникает, когда связаны симптомы, которые не описывают истинное вихревое кольцо, а скорее описывают «оседание с недостаточной мощностью». Это может произойти, когда пилот пытается остановить быстрое снижение с малой мощностью, но обнаруживает, что у него недостаточно мощности, чтобы привести вертолет в режим зависания или посадки без зависания без превышения предельных значений двигателя. Однако это не ситуация с вихревым кольцом.
  3. ^ Капаччо, Тони (5 мая 2011 г.). «Вертолет с морскими котиками, сбитый вихрем, а не из-за механической неисправности или стрельбы». Bloomberg L.P.
  4. ^ Джонсон, Уэйн. Теория вертолета pp99 + 106, Courier Dover Publications, 1980. Дата обращения: 25 февраля 2012 г. ISBN  0-486-68230-7
  5. ^ а б Консультативный циркуляр (AC) 61-13B, Базовое руководство по вертолету, Министерство транспорта США, Федеральное управление гражданской авиации. 1978 г.
  6. ^ Такер, Тим. "Полет сквозь вихрь". Ротор и крыло. Авиация сегодня. Получено 13 февраля 2016.
  7. ^ Robinson R22 / R44 Flight Training Guide, R22 Maneuver Guide, Settling-With-With-Power / Vortex Ring State, page 29, Revised: October 2013
  8. ^ http://scs-europe.net/conf/ecms2007/ecms2007-cd/ecms2007/ecms2007%20pdf/ese_0121.pdf
  9. ^ "Квадрокоптер" Колебание смерти ": восстановление и предотвращение VRS". YouTube. Получено 21 сентября 2014.

внешняя ссылка