Науката За Авторотацията: Ръководство За Начинаещи

В света на инженерството всичко се свежда до създаването на машини, които могат да работят дори в най-трудните ситуации.

Авторотацията е много важна маневра за хеликоптери, която може да означава разликата между живота и смъртта.

Ще обясня какво е авторотация, как работи и защо е толкова важна за пилотите и инженерите на хеликоптери в тази публикация в блога.

И така, пригответе се да научите за една от най-важните части на управлението на хеликоптер.

Въведение в авторотацията в инженерството

Официална дефиниция:

1. Въртене около която и да е ос на тяло, което е симетрично и е изложено на равномерен въздушен поток и се поддържа само от аеродинамични моменти. 2. Въртене на закъсал симетричен профил успоредно на посоката на вятъра.

Авторотацията е вид полет, при който основната роторна система на хеликоптер или друг вертолет се върти, без да се задвижва от двигателя.

Това е подобно на това как работи автожир.

Когато двигателят или опашният ротор спрат да работят, този метод често се използва за бързо приземяване на хеликоптера. Но може да се използва и за излизане от вихров пръстен и като инструмент за обучение, когато пилот се учи как да лети.

Как работи авторотацията

По време на авторотация пилотът изключва двигателя от системата на главния ротор. Това позволява на възходящия въздушен поток да задвижва роторните перки сам.

За да контролира оборотите в минута на авторотацията, пилотът променя размера на зоната на авторотация по отношение на задвижваните и сриващите зони.

За повече подробности посетете тази страница:

ardupilot

Аеродинамика на авторотацията

Авторотацията е много важна аварийна процедура при полет с хеликоптер. Той позволява на главния ротор на хеликоптер да се движи само поради налягането на въздуха, а не поради двигателя.

Променливи, влияещи върху авторотацията

Основните неща, които влияят върху това колко добре работи авторотацията, са:

• Височина по плътност: При височини с висока плътност, където въздухът е по-малко плътен, скоростта на спускане ще бъде по-бърза.
• Брутно тегло: Хеликоптери с по-голямо тегло падат по-бързо.
• Въздушна скорост: Пилотът има най-голям контрол върху скоростта на снижаване по време на авторотация чрез въздушна скорост.

Точно както при нормален полет, цикличното управление на тангажа кара самолета да се движи по-бързо или по-бавно.

Авторотативните спускания при много ниски или много високи въздушни скорости са по-опасни от тези, извършвани при минимална скорост на спускане.

• Скорост на въртене на ротора: Тъй като скоростта на въртене на ротора се увеличава, скоростта на спускане намалява.

Задвижващ регион на авторотация

По време на авторотация, задвижващата област или авторотативната област обикновено е между 25 и 70% от радиуса на острието. Това е мястото, където се създават силите, които въртят остриетата.

В тази зона има ъгъл към общата аеродинамична сила.

Кацане с факел и поглъщане на енергия

При кацане от авторотация, кинетичната енергия, съхранена във въртящите се лопатки, и движението напред на самолета се използват за забавяне на скоростта на снижаване и извършване на меко кацане.

По-високата скорост на снижаване означава, че е необходима повече енергия на ротора, за да спре хеликоптер, отколкото по-ниската скорост.

Маневри при авторотация

Когато самолетът загуби мощност, пилотът трябва да направи три важни неща:

• Авторотация: Тази маневра обхваща промяната от нормален двигателен полет към постоянна авторотация.
• Стабилна авторотация: По време на стабилна авторотация само аеродинамичните сили на двигателя трябва да доведат до нулев нетен въртящ момент.

Тъй като самолетът се спуска, въздухът тече нагоре през главния ротор. Формата на остриетата също улеснява това.

Основният ротор е свързан с опашния ротор със зъбни колела, така че при нормален полет главният ротор задвижва опашния ротор.

Но по време на авторотативно спускане в стационарно състояние, когато двигателят загуби мощност и въртящият момент падне до нула, опашният ротор спира да работи като устройство против въртящ момент, защото получава въртящ момент от системата на главния ротор през трансмисионната система.

• Flare Landing: При тази маневра въртящите се перки и движението напред на самолета се използват за забавяне на скоростта на снижаване и меко кацане.
• Тъч надолу - превозното средство се приземява леко, като се използва енергията, останала в главата на ротора.

Ръчно ограничение на скоростта на полета за авторотация

При авторотация ще има скорост, над която частите от лопатките на ротора, които се плъзгат зад ротора, ще се простират толкова далеч по обхвата на лопатките, че роторът ще започне да се забавя много.

Тази въздушна скорост обикновено се записва като максимална въздушна скорост, разрешена за авторотация в ръководството за полети.

Маневра за авторотация на хеликоптер

Основна авторотация и нейните четири секции

Има четири части на основната авторотация:

• Плъзгане: По време на тази част хеликоптерът е в стабилно авторотативно снижаване и пилотът променя траекторията на полета чрез завъртане на хеликоптера или промяна на въздушната скорост.
• Flare: В тази секция скоростта на снижаване се забавя чрез използване на кинетичната енергия, съхранявана във въртящите се перки и движението напред на самолета.
• Кацане или възстановяване на мощността: В последната част хеликоптерът или се приземява меко, или пилотът му дава сила да се изправи.

Практическо приложение и напреднали авторотации

Реалното използване на обучението за авторотация е подобно на това, което правят пилотите, когато практикуват принудително кацане без захранване.

Точно както в самолет, всичко, което пилотът на хеликоптера трябва да направи, за да започне връщане на кръг, е да включи отново захранването. Но е много важно да сте точни и да знаете как да движите хеликоптера, когато е в авторотация.

Колектив за управление на оборотите на ротора

Пилотите на хеликоптери трябва да знаят как да използват колектива, за да контролират скоростта на роторите по време на авторотация при изключване на захранването в завой.

Когато колективът се премести нагоре, оборотите на ротора се повишават, а когато се премести надолу, оборотите в минута намаляват.

Граници и рискове за безопасност

Има рискове, които идват с извършването на авторотации по време на тренировка.

В последната част от авторотацията кинетичната енергия на хеликоптера може да се изчерпи, оставяйки го с малък или никакъв омекотяващ ефект

Това може да доведе до твърдо кацане, което да повреди хеликоптера.

Диаграмата на височината на самолета спрямо скоростта ни казва кой е най-безопасният начин да направим тази маневра.

Моделиране и симулация на авторотация

Симулациите и моделите на компютри се превърнаха в популярни начини за изучаване и подобряване на производителността на авторотацията в хеликоптери.

Компютърни симулации могат да се използват, за да се разбере как различните дизайни на хеликоптери или форми на роторни перки влияят върху това колко добре хеликоптерът може да лети сам.

Изследователите също така са направили и тествали в симулатор редица пилотски сигнали, които ще улеснят пилота да управлява хеликоптера, когато той се върти сам.

По време на авторотация се дефинират набор от дискретни и непрекъснати сигнали, за да помогнат на пилота да знае какво се случва и какво да прави.

Предимства на компютърното симулационно моделиране

Компютърното симулационно моделиране е полезно, когато извършването на промени в реалната система е трудно, скъпо или просто не е добра идея.

Той използва компютърен софтуер за моделиране на реална или предложена система, а дизайнери, програмни мениджъри, анализатори и инженери го използват, за да разберат и оценят сценариите на „какво ако“.

Например, вместо действително да катастрофират десетки нови коли, автомобилните компании използват компютърни симулации, за да тестват своите нови линии превозни средства.

Ограничения на компютърното симулационно моделиране

Като цяло, един от проблемите с компютърните модели е, че те не могат точно да вземат предвид всички фактори, които биха могли да повлияят на това как работи една система.

Това е особено вярно, когато се опитвате да разберете сложни аеродинамични явления, като например как хеликоптер може да се обърне сам.

Друго нещо, което трябва да се разгледа, е как компютърните симулации влияят на широката публика. Така че използването на моделиране и симулация, без да сте внимателни, може да доведе до грешни заключения.

Някои правила, като определяне къде защитната система не работи правилно, трябва да бъдат взети под внимание, когато се преценява валидността на всяка симулирана система.

В крайна сметка компютърните симулации имат много предимства, но имат и някои проблеми, които трябва да бъдат внимателно обмислени, преди да се направят каквито и да било заключения.

Примери за авторотация от реалния свят

Примери за авторотация в реалния свят показват колко е важно за пилотите на хеликоптери да знаят как да направят тази маневра в случай на авария.

Robinson Heli Down Авторотация

Robinson Heli Down Autorotation е начин хеликоптерът да кацне безопасно, ако двигателят му спре да работи.

Пилотите на хеликоптери Robinson често го използват като част от обучението си и ето стъпките:

• Пилотът първо трябва да осъзнае, че двигателят е спрял да работи и след това веднага да започне маневрата за авторотация, като свали колектива и премине към снижаване с авторотация.
• За да стигне до безопасна зона за кацане, пилотът трябва да зададе постоянна скорост на снижаване и да поддържа постоянна скоростта на роторите, докато завива.
• По време на снижаването пилотът трябва да следи въздушната скорост и оборотите на ротора и да използва цикличното управление на тангажа, за да прави необходимите промени, като същевременно запазва контрола над самолета.
• Когато хеликоптерът се доближи до земята, пилотът трябва да го завърти настрани, за да смекчи кацането и да забави скоростта на снижаване.

Авторотация в дронове

Авторотацията е полезна не само за пълноразмерни хеликоптери, но и за хеликоптери с дистанционно управление и дронове.

Идеята зад авторотацията не се е променила: главният ротор се върти, защото въздухът се движи нагоре през него, а не защото двигателят го върти.

Авторотация в хеликоптери и дронове с дистанционно управление

Повечето хеликоптери с дистанционно управление (RC) могат също да работят автоматично, ако двигателят изгори или спре да работи по някаква причина.

За да може хеликоптерът да извършва авторотация, валът на главния ротор трябва да може да бъде изваден от останалата част от задвижващия или зъбния механизъм.

Някои малки дронове могат да използват малък електрически мотор, за да поддържат ротора да се върти със същата скорост по време на авторотация, докато други могат да разчитат само на силите на въздуха, за да поддържат ротора да се върти със същата скорост.

За дистанционно управляваните хеликоптери и дронове, ключът към успешното кацане с авторотация е да се поддържа постоянна скоростта на ротора и да се използват наклонени, циклични и колективни контроли за управление на снижаването и скоростта на движение на самолета.

За хеликоптери и дронове с дистанционно управление най-добрият начин за извършване на кацане с авторотация е да практикувате в безопасна, открита зона, далеч от хора, сгради и други препятствия, и постепенно да правите маневрите по-трудни, докато уменията ви се подобряват.

Освен това е важно да поддържате самолета в добра форма и да правите редовна поддръжка и проверки, за да сте сигурни, че работи добре. Пилотите трябва да спазват всички закони и правила за това как да управляват самолети с дистанционно управление.

Автопилотът VECTOR, създаден от UAV Navigation, е един от малкото автопилоти, които могат напълно да се въртят сами.

За да станете добри в авторотациите, е важно да ги практикувате често на безопасно място.

Ключът към успешното кацане с авторотация е времето и знанието кога да забавите скоростта си на спускане и напред чрез изстрелване със задна циклична команда, прилагане на положителен колективен наклон и след това изравняване на самолета точно преди докосване с цикличен напред, за да кацнете леко.

Също така е важно да изберете добро място за кацане и да се доближите до него под правилния ъгъл и скорост.

Видео и препратки

Съвет: Включете бутона за надписи, ако имате нужда от него. Изберете „автоматичен превод“ в бутона за настройки, ако не сте запознати с английския език. Може да се наложи първо да щракнете върху езика на видеоклипа, преди любимият ви език да стане достъпен за превод.

https://en.wikipedia.org/wiki/Autorotation

Случаи на употреба

Използвано в:	Описание:
Аварийно приземяване	Един от най-важните начини за използване на авторотация е, когато двигателят на хеликоптер спре да работи при спешни случаи. Когато това се случи, пилотът може да започне авторотация, което прави възможно безопасното плъзгане на хеликоптера на земята. Този ход може да спаси живота както на пилота, така и на хората на борда.
Военен	Авторотацията е полезно умение за пилоти на военни хеликоптери, които отговарят за военни операции. В битка може да се наложи хеликоптер бързо да падне на земята, за да избегне удар от вражески огън. Използвайки авторотация, пилотът може бързо и безопасно да приземи хеликоптера.
Търсене и спасяване	Хеликоптерите често се използват за търсене и спасяване, особено в труднодостъпни или отдалечени райони. В този вид ситуации авторотацията може да помогне на хеликоптера да кацне безопасно и контролирано, дори на неравен терен.
селско стопанство	Авторотацията може да се използва и в земеделието, особено при опрашване на посевите.
Заснемане и фотография	Хеликоптерите често се използват за заснемане на снимки отгоре във филмовата и фотографската индустрия.
Поддръжка на електропроводи	Понякога хеликоптерите се използват за извършване на поддръжка на електропроводи, като фиксиране или подмяна на прекъснати линии. Авторотацията може да помогне на хеликоптера да кацне безопасно и точно на места, до които е трудно да се стигне по друг начин.

Заключение

В заключение, идеята за авторотация показва колко мощно може да бъде инженерството и колко креативни могат да бъдат хората.

Дава ни увереност да летим с хеликоптери и други самолети, като знаем, че ако двигателят спре да работи, пак можем безопасно да се плъзнем обратно на земята.

Авторотацията ни показва също, че когато надхвърлим границите на възможното, можем да правим невероятни неща.

Инженерите и пилотите винаги са били тласкани да намират нови и по-добри начини за летене, от първия път, когато хората са летели до авангардните технологии, използвани в съвременната авиация.

Авторотацията е само едно от невероятните неща, които можем да направим, когато се заемем с това.

Така че следващия път, когато погледнете нагоре и видите да лети хеликоптер, помислете за авторотация, инженерно постижение, което прави всичко възможно.