Videnskaben Om Autorotation: En Begyndervejledning

I ingeniørverdenen handler det om at lave maskiner, der kan fungere selv i de sværeste situationer.

Autorotation er en meget vigtig manøvre for helikoptere, der kan betyde forskellen mellem liv og død.

Jeg vil forklare, hvad autorotation er, hvordan det virker, og hvorfor det er så vigtigt for helikopterpiloter og ingeniører i dette blogindlæg.

Så gør dig klar til at lære om en af ​​de vigtigste dele af at flyve en helikopter.

Introduktion til autorotation i teknik

Formel definition:

1. Rotation om enhver akse af et legeme, som er symmetrisk og udsat for en ensartet luftstrøm og kun opretholdes af aerodynamiske momenter. 2. Rotation af en stoppet symmetrisk bæreflade parallelt med vindens retning.

Autorotation er en type flyvning, hvor hovedrotorsystemet i en helikopter eller andre roterende vingefly drejer uden at blive drevet af motoren.

Dette svarer til, hvordan en autogyro fungerer.

Når motoren eller halerotoren holder op med at fungere, bruges denne metode ofte til at lande helikopteren hurtigt. Men den kan også bruges til at komme ud af en hvirvelring og som træningsredskab, når en pilot skal lære at flyve.

Sådan fungerer autorotation

Under autorotation afbryder piloten motoren fra hovedrotorsystemet. Dette lader den opadgående luftstrøm drive rotorbladene alene.

For at styre autorotationsomdrejningstallet ændrer piloten størrelsen af ​​autorotationsområdet i forhold til de drevne områder og stallområder.

For flere detaljer besøg denne side:

ardupilot

Aerodynamik af autorotation

Autorotation er en meget vigtig nødprocedure i helikopterflyvning. Det lader hovedrotoren i en helikopter kun bevæge sig på grund af lufttrykket, ikke på grund af motoren.

Variabler, der påvirker autorotation

De vigtigste ting, der påvirker, hvor godt autorotation fungerer, er:

• Tæthedshøjde: Ved højdensitetshøjder, hvor luften er mindre tæt, vil nedstigningshastigheden være hurtigere.
• Bruttovægt: Helikoptre med mere vægt falder hurtigere.
• Lufthastighed: Piloten har mest kontrol over nedstigningshastigheden under autorotation gennem flyvehastigheden.

Ligesom ved normal flyvning får den cykliske pitch-kontrol flyet til at køre hurtigere eller langsommere.

Autorotative nedstigninger ved meget lave eller meget høje flyvehastigheder er farligere end dem, der udføres ved minimumshastigheden for nedstigning.

• Rotorrotationshastighed: Når rotorens rotationshastighed stiger, falder nedstigningshastigheden.

Driving Region of Autorotation

Under autorotation er drivområdet eller autorotationsområdet sædvanligvis mellem 25 og 70 % af bladets radius. Det er her de kræfter skabes, der drejer knivene.

Der er en vinkel til den samlede aerodynamiske kraft i dette område.

Flarelanding og energiabsorbering

Når man lander fra en autorotation, bruges den kinetiske energi, der er lagret i de roterende vinger, og flyets fremadgående bevægelse til at bremse nedstigningshastigheden og lave en blød landing.

En højere nedstigningshastighed betyder, at der kræves mere rotorenergi for at stoppe en helikopter end en lavere hastighed.

Manøvrer i autorotation

Når et fly mister strømmen, skal en pilot gøre tre vigtige ting:

• Autorotation: Denne manøvre dækker skiftet fra normal drevet flyvning til konstant autorotation.
• Konstant autorotation: Under konstant autorotation skal motorens aerodynamiske kræfter alene resultere i nul nettodrejningsmoment.

Fordi flyet er på vej ned, strømmer luft op gennem hovedrotoren. Formen på knivene gør dette også nemmere.

Hovedrotoren er forbundet med halerotoren med tandhjul, så ved normal flyvning driver hovedrotoren halerotoren.

Men under steady-state autorotativ nedstigning, når motoren mister kraft og drejningsmomentet falder til nul, holder halerotoren op med at fungere som en antidrejningsanordning, fordi den får drejningsmoment fra hovedrotorsystemet gennem transmissionssystemet.

• Flarelanding: I denne manøvre bruges de roterende blade og flyets fremadgående bevægelse til at bremse nedstigningshastigheden og lave en blød landing.
• Touch-Down - Køretøjet landes forsigtigt ved hjælp af den energi, der er tilbage i rotorhovedet.

Flyvemanuel lufthastighedsbegrænsning for autorotation

Ved autorotation vil der være en hastighed, over hvilken de dele af rotorbladene, der trækker bag rotoren, vil strække sig så langt langs vingespændet, at rotoren vil begynde at bremse meget.

Denne flyvehastighed er normalt skrevet som den maksimale lufthastighed tilladt for autorotation i flyvemanualen.

Helikopter autorotationsmanøvre

Grundlæggende autorotation og dens fire sektioner

Der er fire dele til den grundlæggende autorotation:

• Glide: Under denne del er helikopteren i en stabil autorotativ nedstigning, og piloten ændrer flyvevejen ved at dreje helikopteren eller ændre flyvehastigheden.
• Flare: I dette afsnit bremses nedstigningshastigheden ved at bruge den kinetiske energi, der er lagret i de roterende blade, og flyets fremadgående bevægelse.
• Landing eller Power Recovery: I den sidste del lander helikopteren enten blødt, eller piloten giver den kraft til at komme op igen.

Praktisk anvendelse og avancerede autorotationer

Den virkelige verdens brug af autorotationstræning svarer til, hvad piloter gør, når de øver sig på tvangslandinger uden strøm.

Ligesom i et fly er alt, hvad helikopterpiloten skal gøre for at starte en go-around, at sætte strømmen på igen. Men det er meget vigtigt at være præcis og vide, hvordan man flytter helikopteren, når den er i autorotation.

Kollektiv for Rotor RPM Control

Piloter af helikoptere skal vide, hvordan man bruger kollektivet til at kontrollere rotorernes hastighed under autorotationer i et sving.

Når kollektivet flyttes op, går rotorens omdrejninger op, og når det flyttes ned, falder omdrejningstallet.

Sikkerhedsgrænser og -risici

Der er risici, der følger med at lave autorotationer under træning.

I den sidste del af en autorotation kan helikopterens kinetiske energi løbe tør, hvilket efterlader den med ringe eller ingen dæmpningseffekt

Dette kan føre til en hård landing, der skader helikopteren.

Flyhøjde versus hastighed diagrammet fortæller os, hvad den sikreste måde at udføre denne manøvre er.

Modellering og simulering af autorotation

Simuleringer og modeller på computere er blevet populære måder at studere og forbedre ydeevnen af ​​autorotation i helikoptere.

Computersimuleringer kan bruges til at finde ud af, hvordan forskellige helikopterdesigns eller rotorbladsformer påvirker, hvor godt helikopteren kan flyve alene.

Forskere har også lavet og testet i en simulator en række pilotsignaler, der skal gøre det nemmere for piloten at styre helikopteren, når den roterer på egen hånd.

Under autorotation defineres et sæt diskrete og kontinuerlige signaler for at hjælpe piloten med at vide, hvad der foregår, og hvad han skal gøre.

Fordele ved computersimuleringsmodellering

Computersimuleringsmodellering er nyttig, når det er svært, dyrt eller bare ikke en god idé at lave ændringer i det rigtige system.

Den bruger computersoftware til at modellere et rigtigt eller foreslået system, og designere, programledere, analytikere og ingeniører bruger det til at forstå og evaluere "hvad-hvis"-casescenarier.

For eksempel, i stedet for faktisk at styrte snesevis af nye biler, bruger bilfirmaer computersimuleringer til at teste deres nye serier af køretøjer.

Begrænsninger ved computersimuleringsmodellering

Generelt er et af problemerne med computermodeller, at de ikke nøjagtigt kan tage højde for alle de faktorer, der kan påvirke, hvordan et system fungerer.

Dette gælder især, når man forsøger at forstå komplicerede aerodynamiske fænomener, som hvordan en helikopter kan tænde for sig selv.

En anden ting, der skal ses på, er, hvordan computersimuleringer påvirker den brede offentlighed. Så brug af modellering og simulering uden at være forsigtig kan føre til forkerte konklusioner.

Nogle regler, som at finde ud af, hvor et forsvarssystem ikke fungerer korrekt, skal tages i betragtning, når man bedømmer gyldigheden af ​​et simuleret system.

I sidste ende har computersimuleringer mange fordele, men de har også nogle problemer, der skal gennemtænkes nøje, før der drages konklusioner.

Eksempler fra den virkelige verden på autorotation

Eksempler fra den virkelige verden på autorotation viser, hvor vigtigt det er for helikopterpiloter at vide, hvordan man udfører denne manøvre i tilfælde af en nødsituation.

Robinson Heli Down Autorotation

Robinson Heli Down Autorotation er en måde, hvorpå en helikopter kan lande sikkert, hvis dens motor holder op med at fungere.

Robinson helikopterpiloter bruger det ofte som en del af deres træning, og her er trinene:

• Piloten skal først indse, at motoren er holdt op med at fungere og derefter starte autorotationsmanøvren med det samme ved at sænke kollektivet og gå ind i en autorotationsnedstigning.
• For at komme til en sikker landingszone skal piloten derefter indstille en stabil nedstigningshastighed og holde rotorens hastighed konstant, mens han drejer.
• Under nedstigningen bør piloten holde øje med lufthastigheden og rotoromdrejningstallet og bruge den cykliske pitch-kontrol til at foretage ændringer efter behov, mens han bevarer kontrollen over flyet.
• Når helikopteren kommer tæt på jorden, skal piloten dreje den til siden for at blødgøre landingen og bremse nedstigningshastigheden.

Autorotation i droner

Autorotation er nyttig ikke kun for helikoptere i fuld størrelse, men også for fjernstyrede helikoptere og droner.

Ideen bag autorotation har ikke ændret sig: Hovedrotoren drejer, fordi luften bevæger sig op gennem den, snarere end fordi motoren drejer den.

Autorotation i fjernstyrede helikoptere og droner

De fleste kollektive fjernstyrede (RC) helikoptere kan også køre automatisk, hvis motoren flammer ud, eller motoren holder op med at fungere af en eller anden grund.

For at helikopteren kan udføre autorotationer, skal hovedrotorakslen kunne tages ud af resten af ​​drevet eller gearsamlingen.

Nogle små droner kan bruge en lille elektrisk motor til at holde rotoren i gang med samme hastighed under autorotation, mens andre måske kun er afhængige af luftens kræfter for at holde rotoren i samme hastighed.

For fjernstyrede helikoptere og droner er nøglen til en vellykket autorotationslanding at holde rotorhastigheden konstant og bruge pitch, cykliske og kollektive kontroller til at kontrollere flyets ned- og fremadgående hastighed.

For fjernstyrede helikoptere og droner er den bedste måde at udføre autorotationslandinger på at øve sig i et sikkert, åbent område væk fra mennesker, bygninger og andre forhindringer og gradvist at gøre manøvrerne sværere, efterhånden som dine færdigheder forbedres.

Det er også vigtigt at holde flyet i god stand og lave regelmæssig vedligeholdelse og inspektioner for at sikre, at det fungerer godt. Piloter bør følge alle love og regler om, hvordan man betjener fjernstyrede fly.

VECTOR autopiloten, som blev lavet af UAV Navigation, er en af ​​kun et lille antal autopiloter, der kan rotere fuldt ud på egen hånd.

For at blive god til autorotationer er det vigtigt at øve dem ofte på et sikkert sted.

Nøglen til en vellykket autorotationslanding er timing og at vide, hvornår du skal bremse din nedstigning og fremadgående hastighed ved at flare med en bagende cyklisk kommando, anvende positiv kollektiv pitch og derefter udjævne flyet lige før landing med fremad cyklisk for at lande blidt.

Det er også vigtigt at vælge et godt sted at lande og komme tæt på det i den rigtige vinkel og hastighed.

Video og referencer

Tip: Slå billedtekstknappen til, hvis du har brug for det. Vælg "automatisk oversættelse" i indstillingsknappen, hvis du ikke er fortrolig med det engelske sprog. Du skal muligvis først klikke på sproget for videoen, før dit yndlingssprog bliver tilgængeligt til oversættelse.

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

Brug cases

Brugt i:	Beskrivelse:
Nødlanding	En af de vigtigste måder autorotation bruges på er, når en helikopters motor holder op med at fungere i en nødsituation. Når dette sker, kan piloten starte autorotation, hvilket gør det muligt for helikopteren at glide sikkert til jorden. Denne flytning kan redde livet for både piloten og personerne om bord.
Militær	Autorotation er en nyttig færdighed for militære helikopterpiloter, der er ansvarlige for militære operationer. I kamp skal en helikopter muligvis hurtigt falde til jorden for at undgå at blive ramt af fjendens ild. Ved at bruge autorotation kan piloten hurtigt og sikkert lande helikopteren.
Søg og Red	Helikoptere bruges ofte til eftersøgning og redning, især i svært tilgængelige eller fjerntliggende områder. I den slags situationer kan autorotation hjælpe helikopteren til at lande sikkert og under kontrol, selv på ujævnt terræn.
Landbrug	Autorotation kan også bruges i landbruget, især ved støvning af afgrøder.
Optagelser og fotografering	Helikoptere bruges ofte til at få billeder fra oven i film- og fotoindustrien.
Vedligeholdelse af elledninger	Nogle gange bruges helikoptere til at udføre vedligeholdelse på elledninger, som at reparere eller udskifte ødelagte ledninger. Autorotation kan hjælpe helikopteren til at lande sikkert og præcist på steder, der er svære at komme til på anden måde.

Konklusion

Afslutningsvis viser ideen om autorotation, hvor kraftfuld teknik kan være, og hvor kreative mennesker kan være.

Det giver os selvtillid til at flyve i helikoptere og andre fly, vel vidende, at hvis motoren holder op med at fungere, kan vi stadig sikkert glide tilbage til jorden.

Autorotation viser os også, at når vi skubber grænserne for, hvad der er muligt, kan vi gøre fantastiske ting.

Ingeniører og piloter har altid været drevet til at finde nye og bedre måder at flyve på, lige fra de første gange, folk fløj til den banebrydende teknologi, der bruges i moderne luftfart.

Autorotation er blot en af ​​de fantastiske ting, vi kan gøre, når vi sætter os i tankerne.

Så næste gang du kigger op og ser en helikopter flyve, så tænk på autorotation, en ingeniørkunst, der gør det hele muligt.