Věda Autorotace: Průvodce Pro Začátečníky

Ve světě strojírenství jde především o výrobu strojů, které dokážou fungovat i v těch nejobtížnějších situacích.

Autorotace je pro vrtulníky velmi důležitým manévrem, který může znamenat rozdíl mezi životem a smrtí.

V tomto blogovém příspěvku vysvětlím, co je to autorotace, jak funguje a proč je tak důležitá pro piloty a inženýry vrtulníků.

Takže se připravte, že se dozvíte o jedné z nejdůležitějších částí létání s vrtulníkem.

Úvod do autorotace ve strojírenství

Formální definice:

1. Rotace kolem libovolné osy tělesa, která je symetrická a vystavená rovnoměrnému proudu vzduchu a udržovaná pouze aerodynamickými momenty. 2. Rotace zastaveného symetrického profilu křídla rovnoběžně se směrem větru.

Autorotace je typ letu, při kterém se systém hlavního rotoru vrtulníku nebo jiného letadla s rotačním křídlem otáčí, aniž by byl poháněn motorem.

Je to podobné, jako funguje autogyro.

Když motor nebo ocasní rotor přestane pracovat, tato metoda se často používá k rychlému přistání vrtulníku. Ale může být také použit k vystupování z vírového prstence a jako tréninkový nástroj, když se pilot učí létat.

Jak funguje autorotace

Během autorotace pilot odpojí motor od systému hlavního rotoru. To umožňuje proudění vzduchu směrem nahoru pohánět samotné listy rotoru.

Pro řízení otáček autorotace pilot mění velikost oblasti autorotace ve vztahu k řízeným a přerušovaným plochám.

Pro více podrobností navštivte tuto stránku:

ardupilot

Aerodynamika autorotace

Autorotace je velmi důležitým nouzovým postupem při letu vrtulníku. Umožňuje pohyb hlavnímu rotoru vrtulníku pouze kvůli tlaku vzduchu, nikoli kvůli motoru.

Proměnné ovlivňující autorotace

Hlavní věci, které ovlivňují, jak dobře funguje autorotace, jsou:

• Hustota nadmořské výšky: Ve výškách s vysokou hustotou, kde je vzduch méně hustý, bude rychlost klesání rychlejší.
• Hrubá hmotnost: Vrtulníky s větší hmotností padají rychleji.
• Rychlost letu: Pilot má největší kontrolu nad rychlostí klesání během autorotace prostřednictvím vzdušné rychlosti.

Stejně jako při normálním letu, cyklické řízení sklonu způsobí, že letadlo jede rychleji nebo pomaleji.

Autorotativní klesání při velmi nízkých nebo velmi vysokých rychlostech je nebezpečnější než při minimální rychlosti klesání.

• Rychlost otáčení rotoru: Jak rychlost otáčení rotoru stoupá, klesá rychlost klesání.

Oblast řízení autorotace

Během autorotace je oblast řízení nebo oblast autorotace obvykle mezi 25 a 70 % poloměru čepele. Zde vznikají síly, které otáčejí lopatky.

V této oblasti je úhel k celkové aerodynamické síle.

Flare Landing a Energy Absorpce

Při přistání z autorotace se kinetická energie uložená v rotujících lopatkách a dopředný pohyb letadla využívá ke zpomalení rychlosti klesání a měkkému přistání.

Vyšší rychlost klesání znamená, že k zastavení vrtulníku je potřeba více energie rotoru než nižší rychlost.

Manévry v Autorotace

Když letadlo ztratí výkon, pilot musí udělat tři důležité věci:

• Autorotace: Tento manévr zahrnuje změnu z normálního motorového letu na ustálenou autorotace.
• Stabilní autorotace: Během ustálené autorotace musí samotné aerodynamické síly motoru vést k nulovému čistému točivému momentu.

Protože letadlo klesá, vzduch proudí nahoru přes hlavní rotor. Usnadňuje to také tvar lopatek.

Hlavní rotor je spojen s ocasním rotorem pomocí převodů, takže při normálním letu pohání ocasní rotor hlavní rotor.

Ale během ustáleného autorotačního klesání, kdy motor ztratí výkon a točivý moment klesne na nulu, přestane ocasní rotor fungovat jako zařízení proti točivému momentu, protože točivý moment získává ze systému hlavního rotoru přes převodový systém.

• Flare Landing: V tomto manévru se rotující lopatky a pohyb letadla vpřed používají ke zpomalení rychlosti klesání a měkkému přistání.
• Touch-Down - Vozidlo jemně přistane s využitím energie zbývající v hlavě rotoru.

Letová příručka Omezení rychlosti vzduchu pro autorotace

Při autorotaci bude rychlost, nad kterou se části listů rotoru, které se táhnou za rotorem, roztáhnou tak daleko po rozpětí listů, že rotor začne hodně zpomalovat.

Tato rychlost je v letové příručce obvykle zapsána jako maximální povolená rychlost pro autorotace.

Manévr autorotace vrtulníku

Základní autorotace a její čtyři části

Základní autorotace má čtyři části:

• Klouzání: Během této části je vrtulník ve stabilním autorotativním klesání a pilot mění dráhu letu otáčením vrtulníku nebo změnou rychlosti letu.
• Flare: V této sekci je rychlost klesání zpomalena využitím kinetické energie uložené v rotujících lopatkách a dopředného pohybu letadla.
• Přistání nebo obnovení síly: V poslední části vrtulník buď přistane tiše, nebo mu pilot dá sílu, aby se dostal zpět.

Praktická aplikace a pokročilé autorotace

Využití výcviku autorotace v reálném světě je podobné tomu, co dělají piloti, když cvičí vynucená přistání bez napájení.

Stejně jako v letadle, vše, co musí pilot vrtulníku udělat, aby mohl zahájit průlet, je opětovné zapnutí napájení. Je ale velmi důležité být přesný a vědět, jak s vrtulníkem pohybovat, když je v autorotaci.

Kolektiv pro řízení otáček rotoru

Piloti vrtulníků potřebují vědět, jak používat kolektiv k ovládání rychlosti rotorů během autorotací při vypínání v zatáčce.

Když se kolektiv posune nahoru, otáčky rotoru se zvýší, a když se posune dolů, otáčky se sníží.

Bezpečnostní limity a rizika

Existují rizika, která s sebou přináší provádění autorotací během tréninku.

V poslední části autorotace může dojít k vyčerpání kinetické energie vrtulníku, takže bude mít jen malý nebo žádný tlumící účinek.

To by mohlo vést k tvrdému přistání, které poškodí vrtulník.

Diagram výšky letadla versus rychlost nám říká, jaký je nejbezpečnější způsob provedení tohoto manévru.

Modelování a simulace autorotace

Simulace a modely na počítačích se staly populárními způsoby, jak studovat a zlepšovat výkon autorotace ve vrtulnících.

Pomocí počítačových simulací lze zjistit, jak různé konstrukce vrtulníku nebo tvary listů rotoru ovlivňují, jak dobře může vrtulník létat sám.

Vědci také vyrobili a otestovali na simulátoru řadu pilotních podnětů, které pilotovi usnadní ovládání vrtulníku, když se sám otáčí.

Během autorotace je definována sada diskrétních a spojitých podnětů, které pilotovi pomáhají vědět, co se děje a co má dělat.

Výhody počítačového simulačního modelování

Počítačové simulační modelování je užitečné, když je provádění změn ve skutečném systému obtížné, drahé nebo prostě není dobrý nápad.

Využívá počítačový software k modelování skutečného nebo navrhovaného systému a návrháři, programoví manažeři, analytici a inženýři jej používají k pochopení a vyhodnocení případových scénářů „co kdyby“.

Například automobilky místo toho, aby skutečně nabouraly desítky nových aut, používají počítačové simulace k testování svých nových řad vozidel.

Omezení počítačového simulačního modelování

Obecně je jedním z problémů počítačových modelů to, že nemohou přesně zohlednit všechny faktory, které by mohly ovlivnit fungování systému.

To platí zejména při snaze porozumět komplikovaným aerodynamickým jevům, jako je to, jak se vrtulník dokáže sám otočit.

Další věcí, kterou je třeba sledovat, je, jak počítačové simulace ovlivňují širokou veřejnost. Takže použití modelování a simulace bez opatrnosti by mohlo vést k nesprávným závěrům.

Některá pravidla, jako je zjištění, kde obranný systém nefunguje správně, je třeba vzít v úvahu při posuzování platnosti jakéhokoli simulovaného systému.

Počítačové simulace mají nakonec mnoho výhod, ale mají také některé problémy, které je třeba pečlivě promyslet, než dojde k nějakým závěrům.

Příklady autorotace ze skutečného světa

Reálné příklady autorotace ukazují, jak důležité je pro piloty vrtulníků vědět, jak tento manévr provést v případě nouze.

Autorotace Robinson Heli Down

Robinson Heli Down Autorotation je způsob, jak vrtulník bezpečně přistát, pokud jeho motor přestane fungovat.

Piloti vrtulníků Robinson to často používají jako součást svého výcviku a zde jsou kroky:

• Pilot si nejprve musí uvědomit, že motor přestal pracovat, a poté ihned zahájit autorotační manévr snížením kolektivu a přechodem do autorotačního klesání.
• Aby se pilot dostal do zóny bezpečného přistání, musí poté nastavit plynulou rychlost klesání a při zatáčení udržovat konstantní rychlost rotorů.
• Během klesání by měl pilot sledovat rychlost letu a otáčky rotoru a používat cyklické řízení sklonu k provádění změn podle potřeby a přitom udržet kontrolu nad letadlem.
• Když se vrtulník přiblíží k zemi, pilot by ho měl otočit na stranu, aby zmírnil přistání a zpomalil rychlost klesání.

Autorotace v dronech

Autorotace je užitečná nejen pro vrtulníky plné velikosti, ale také pro dálkově ovládané vrtulníky a drony.

Myšlenka autorotace se nezměnila: hlavní rotor se otáčí spíše proto, že jím proudí vzduch, než proto, že jej otáčí motor.

Autorotace u dálkově řízených vrtulníků a dronů

Většina hromadných dálkově ovládaných (RC) vrtulníků se může také automaticky, pokud motor zhasne nebo motor z nějakého důvodu přestane fungovat.

Aby vrtulník mohl provádět autorotaci, musí být možné vyjmout hřídel hlavního rotoru ze zbytku sestavy pohonu nebo převodu.

Některé malé drony mohou používat malý elektromotor k udržení rotace rotoru na stejné rychlosti během autorotace, zatímco jiné se mohou spoléhat pouze na síly vzduchu, aby se rotor točil stejnou rychlostí.

U dálkově ovládaných vrtulníků a dronů je klíčem k úspěšnému přistání pomocí autorotace udržování konstantní rychlosti rotoru a používání náklonu, cyklického a kolektivního ovládání k řízení rychlosti klesání a vpřed letadla.

U dálkově řízených vrtulníků a dronů je nejlepší způsob, jak provádět přistání s autorotací, trénovat v bezpečném, otevřeném prostoru daleko od lidí, budov a jiných překážek a postupně ztěžovat manévry, jak se vaše dovednosti zlepšují.

Také je důležité udržovat letadlo v dobrém stavu a provádět pravidelnou údržbu a kontroly, abyste se ujistili, že dobře funguje. Piloti by měli dodržovat všechny zákony a pravidla o tom, jak ovládat dálkově ovládaná letadla.

Autopilot VECTOR, který byl vyroben společností UAV Navigation, je jedním z mála autopilotů, kteří se mohou plně otáčet sami.

Abyste se v autorotacích zdokonalili, je důležité je často cvičit na bezpečném místě.

Klíčem k úspěšnému přistání pomocí autorotace je načasování a vědět, kdy zpomalit rychlost klesání a vpřed, vzplanutím pomocí zadního cyklického příkazu, aplikováním pozitivního kolektivního náklonu a následným vyrovnáním letadla těsně před přistáním pomocí cykliky vpřed, aby přistálo jemně.

Důležité je také vybrat si dobré místo pro přistání a přiblížit se k němu ve správném úhlu a rychlosti.

Video a reference

Tip: Pokud potřebujete, zapněte tlačítko titulků. Pokud neznáte anglický jazyk, vyberte v tlačítku nastavení „automatický překlad“. Než bude váš oblíbený jazyk dostupný pro překlad, možná budete muset nejprve kliknout na jazyk videa.

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

Případy užití

Použito v:	Popis:
Nouzové přistání	Jedním z nejdůležitějších způsobů použití autorotace je, když v nouzi přestane fungovat motor vrtulníku. Když k tomu dojde, pilot může spustit autorotaci, která umožňuje vrtulníku bezpečně sklouznout k zemi. Tento pohyb může zachránit životy pilota i lidí na palubě.
Válečný	Autorotace je užitečná dovednost pro piloty vojenských vrtulníků, kteří mají na starosti vojenské operace. V boji může vrtulník muset rychle spadnout na zem, aby nebyl zasažen nepřátelskou palbou. Pomocí autorotace může pilot rychle a bezpečně přistát s vrtulníkem.
Hledat a zachránit	Helikoptéry se často používají k pátrání a záchraně, zejména v těžko dostupných nebo odlehlých oblastech. V takových situacích může autorotace pomoci vrtulníku přistát bezpečně a pod kontrolou, a to i na nerovném terénu.
Zemědělství	Autorotace se dá využít i v zemědělství, zejména při poprašování plodin.
Natáčení a fotografování	Helikoptéry se často používají k získání záběrů shora ve filmovém a fotografickém průmyslu.
Údržba elektrického vedení	Někdy se vrtulníky používají k údržbě elektrického vedení, jako je oprava nebo výměna přerušených vedení. Autorotace může pomoci vrtulníku bezpečně a přesně přistát na místech, kam se jinak těžko dostanete.

Závěr

Na závěr myšlenka autorotace ukazuje, jak mocné může být inženýrství a jak kreativní mohou být lidé.

Dává nám sebevědomí létat ve vrtulnících a jiných letadlech s vědomím, že pokud motor přestane fungovat, můžeme stále bezpečně sklouznout zpět na zem.

Autorotace nám také ukazuje, že když posuneme hranice možného, ​​dokážeme úžasné věci.

Inženýři a piloti byli vždy vedeni k hledání nových a lepších způsobů létání, od prvních letů lidí až po nejmodernější technologie používané v moderním letectví.

Autorotace je jen jednou z úžasných věcí, které můžeme udělat, když se na to zaměříme.

Takže až se příště podíváte nahoru a uvidíte letět vrtulník, přemýšlejte o autorotaci, technickém výkonu, který to všechno umožňuje.