علم چرخش خودکار: راهنمای مبتدیان

در دنیای مهندسی، همه چیز در مورد ساخت ماشین هایی است که می توانند حتی در سخت ترین شرایط کار کنند.

چرخش خودکار یک مانور بسیار مهم برای هلیکوپترها است که می تواند به معنای تفاوت بین مرگ و زندگی باشد.

من در این پست وبلاگ توضیح خواهم داد که چرخش خودکار چیست، چگونه کار می کند و چرا برای خلبانان و مهندسان هلیکوپتر بسیار مهم است.

بنابراین، آماده شوید تا در مورد یکی از مهمترین بخش های پرواز با هلیکوپتر بیاموزید.

مقدمه ای بر چرخش خودکار در مهندسی

تعریف رسمی:

1. چرخش حول هر محور جسمی که متقارن است و در معرض جریان هوای یکنواخت است و تنها توسط ممان های آیرودینامیکی حفظ می شود. 2. چرخش یک ایرفویل متقارن متوقف شده به موازات جهت باد.

چرخش خودکار نوعی پرواز است که در آن سیستم روتور اصلی یک هلیکوپتر یا سایر هواپیماهای بال دوار بدون اینکه موتور آن را تامین کند می چرخد.

این شبیه به نحوه عملکرد اتوژیرو است.

هنگامی که موتور یا دم روتور از کار می افتد، این روش اغلب برای فرود سریع هلیکوپتر استفاده می شود. اما همچنین می تواند برای خارج شدن از حلقه گرداب و به عنوان یک ابزار آموزشی زمانی که یک خلبان در حال یادگیری نحوه پرواز است استفاده شود.

چرخش خودکار چگونه کار می کند

در حین چرخش خودکار، خلبان موتور را از سیستم روتور اصلی جدا می کند. این اجازه می دهد تا جریان هوا به سمت بالا، پره های روتور را به تنهایی هدایت کند.

برای کنترل چرخش خودکار RPM، پیلوت اندازه ناحیه چرخش خودکار را در رابطه با مناطق رانده و استال تغییر می دهد.

برای جزئیات بیشتر به این صفحه مراجعه کنید:

ardupilot

آیرودینامیک چرخش خودکار

چرخش خودکار یک روش اضطراری بسیار مهم در پرواز هلیکوپتر است. این اجازه می دهد تا روتور اصلی هلیکوپتر فقط به دلیل فشار هوا حرکت کند، نه به دلیل موتور.

متغیرهای مؤثر بر چرخش خودکار

موارد اصلی که بر نحوه عملکرد چرخش خودکار تأثیر می گذارد عبارتند از:

• ارتفاع تراکم: در ارتفاعات با تراکم بالا، که در آن هوا تراکم کمتری دارد، سرعت فرود سریعتر خواهد بود.
• وزن ناخالص: هلیکوپترهایی با وزن بیشتر سریعتر سقوط می کنند.
• سرعت هوا: خلبان بیشترین کنترل را بر سرعت فرود در حین چرخش خودکار از طریق سرعت هوایی دارد.

درست مانند پروازهای معمولی، کنترل چرخه زمین باعث می شود هواپیما سریعتر یا کندتر حرکت کند.

فرودهای خودکار در سرعت های بسیار کم یا بسیار زیاد خطرناک تر از فرودهای با حداقل سرعت هوای فرود است.

• سرعت چرخش روتور: با افزایش سرعت چرخش روتور، سرعت نزول کاهش می یابد.

منطقه رانندگی خودکار

در حین چرخش خودکار، ناحیه رانندگی یا ناحیه خودگردان معمولاً بین 25 تا 70 درصد شعاع تیغه است. در اینجا نیروهایی ایجاد می شود که تیغه ها را می چرخانند.

در این ناحیه نسبت به کل نیروی آیرودینامیکی زاویه وجود دارد.

فرود مشعل و جذب انرژی

هنگام فرود از یک چرخش خودکار، انرژی جنبشی ذخیره شده در پره های چرخان و حرکت رو به جلو هواپیما برای کاهش سرعت فرود و ایجاد یک فرود نرم استفاده می شود.

سرعت نزول بیشتر به این معنی است که برای توقف هلیکوپتر به انرژی روتور بیشتری نسبت به سرعت پایین تر نیاز است.

مانور در چرخش خودکار

هنگامی که یک هواپیما قدرت خود را از دست می دهد، یک خلبان باید سه کار مهم را انجام دهد:

• چرخش خودکار: این مانور تغییر از پرواز با نیروی معمولی به چرخش خودکار ثابت را پوشش می دهد.
• چرخش خودکار ثابت: در طول چرخش خودکار ثابت، نیروهای آیرودینامیکی موتور به تنهایی باید منجر به گشتاور خالص صفر شوند.

از آنجایی که هواپیما در حال سقوط است، هوا از طریق روتور اصلی به بالا جریان می یابد. شکل تیغه ها نیز این کار را آسان می کند.

روتور اصلی با چرخ دنده به روتور دم متصل است، بنابراین در پرواز عادی، روتور اصلی روتور دم را به حرکت در می آورد.

اما در هنگام فرود خودگردان حالت ثابت، زمانی که موتور قدرت را از دست می دهد و گشتاور به صفر می رسد، روتور دم به عنوان یک دستگاه ضد گشتاور کار نمی کند زیرا گشتاور را از سیستم روتور اصلی از طریق سیستم انتقال می گیرد.

• Flare Landing: در این مانور از تیغه های چرخان و حرکت رو به جلو هواپیما برای کاهش سرعت فرود و ایجاد یک فرود نرم استفاده می شود.
• تاچ داون - وسیله نقلیه با استفاده از انرژی باقی مانده در سر روتور به آرامی فرود می آید.

محدودیت سرعت هوایی دستی برای چرخش خودکار

در چرخش خودکار، سرعتی بالاتر از آن وجود خواهد داشت که قسمت‌هایی از پره‌های روتور که به پشت روتور کشیده می‌شوند، در امتداد دهانه تیغه آنقدر امتداد می‌یابند که روتور شروع به کند شدن زیادی می‌کند.

این سرعت هوایی معمولاً به عنوان حداکثر سرعت مجاز برای چرخش خودکار در دفترچه راهنمای پرواز نوشته می شود.

مانور چرخش خودکار هلیکوپتر

چرخش خودکار پایه و چهار بخش آن

چهار بخش برای چرخش خودکار اصلی وجود دارد:

• سر خوردن: در این قسمت هلیکوپتر در یک فرود خودگردان پایدار است و خلبان با چرخاندن هلیکوپتر یا تغییر سرعت پرواز مسیر پرواز را تغییر می دهد.
• شعله ور شدن: در این قسمت با استفاده از انرژی جنبشی ذخیره شده در پره های چرخان و حرکت هواپیما به جلو، سرعت فرود کاهش می یابد.
• فرود یا بازیابی نیرو: در قسمت آخر، هلیکوپتر یا به آرامی فرود می آید یا خلبان به آن قدرت می دهد تا دوباره بلند شود.

کاربرد عملی و چرخش خودکار پیشرفته

استفاده در دنیای واقعی از آموزش چرخش خودکار شبیه کاری است که خلبانان هنگام فرود اجباری بدون برق انجام می دهند.

درست مانند یک هواپیما، تنها کاری که خلبان هلیکوپتر برای شروع دور زدن باید انجام دهد این است که برق را دوباره روشن کند. اما بسیار مهم است که دقت کنید و بدانید که چگونه هلیکوپتر را در حالت چرخش خودکار حرکت دهید.

مجموعه ای برای کنترل RPM روتور

خلبانان هلیکوپترها باید بدانند که چگونه از کلکتیو برای کنترل سرعت روتورها در حین چرخش خودکار خاموش در یک نوبت استفاده کنند.

هنگامی که کلکتیو به سمت بالا حرکت می کند، RPM روتور بالا می رود و زمانی که به پایین حرکت می کند، RPM پایین می آید.

محدودیت ها و خطرات ایمنی

انجام چرخش خودکار در طول آموزش خطراتی دارد.

در آخرین بخش چرخش خودکار، انرژی جنبشی هلیکوپتر ممکن است تمام شود، و آن را با اثر بالشتک اندک یا بدون اثر بالگرد باقی بگذارد.

این می تواند منجر به فرود سخت شود که به هلیکوپتر آسیب می رساند.

نمودار ارتفاع در مقابل سرعت هواپیما به ما می گوید که ایمن ترین راه برای انجام این مانور چیست.

مدلسازی و شبیه سازی چرخش خودکار

شبیه‌سازی‌ها و مدل‌ها بر روی رایانه به روش‌های رایجی برای مطالعه و بهبود عملکرد چرخش خودکار در هلیکوپترها تبدیل شده‌اند.

شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای را می‌توان برای فهمیدن اینکه چگونه طراحی‌های مختلف هلیکوپتر یا شکل‌های تیغه‌های روتور تأثیر می‌گذارد، چگونه هلیکوپتر می‌تواند به تنهایی پرواز کند، استفاده شود.

محققان همچنین تعدادی نشانه خلبان را در شبیه ساز ساخته و آزمایش کرده اند که کنترل هلیکوپتر را برای خلبان در زمانی که به تنهایی در حال چرخش است آسان تر می کند.

در حین چرخش خودکار، مجموعه‌ای از نشانه‌های گسسته و پیوسته تعریف می‌شوند تا به خلبان کمک کنند تا بداند چه اتفاقی می‌افتد و چه کاری باید انجام دهد.

مزایای مدل سازی شبیه سازی کامپیوتری

مدل سازی شبیه سازی کامپیوتری زمانی مفید است که ایجاد تغییرات در سیستم واقعی سخت، پرهزینه یا ایده خوبی نیست.

از نرم‌افزار رایانه‌ای برای مدل‌سازی یک سیستم واقعی یا پیشنهادی استفاده می‌کند و طراحان، مدیران برنامه، تحلیل‌گران و مهندسان از آن برای درک و ارزیابی سناریوهای موردی «چه می‌شد» استفاده می‌کنند.

برای مثال، شرکت‌های خودروسازی به‌جای تصادف با ده‌ها خودروی جدید، از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای برای آزمایش خطوط جدید خودروهای خود استفاده می‌کنند.

محدودیت های مدل سازی شبیه سازی کامپیوتری

به طور کلی، یکی از مشکلات مدل‌های کامپیوتری این است که نمی‌توانند تمام عواملی را که می‌توانند بر نحوه عملکرد یک سیستم تأثیر بگذارند، به‌دقت در نظر بگیرند.

این امر به ویژه در هنگام تلاش برای درک پدیده های آیرودینامیکی پیچیده، مانند اینکه چگونه یک هلیکوپتر می تواند به تنهایی بچرخد، صادق است.

نکته دیگری که باید به آن توجه شود این است که چگونه شبیه سازی های کامپیوتری بر عموم مردم تاثیر می گذارد. بنابراین، استفاده از مدل سازی و شبیه سازی بدون دقت می تواند به نتایج اشتباه منجر شود.

برخی از قوانین، مانند تشخیص اینکه کجا یک سیستم دفاعی درست کار نمی کند، باید هنگام قضاوت درباره اعتبار هر سیستم شبیه سازی شده در نظر گرفته شود.

در پایان، شبیه سازی های کامپیوتری مزایای بسیاری دارند، اما مشکلاتی نیز دارند که باید قبل از نتیجه گیری به دقت در مورد آنها فکر کرد.

نمونه های واقعی از چرخش خودکار

نمونه های واقعی از چرخش خودکار نشان می دهد که چقدر مهم است خلبانان هلیکوپتر بدانند که چگونه این مانور را در مواقع اضطراری انجام دهند.

چرخش خودکار رابینسون هلی پایین

چرخش خودکار Robinson Heli Down راهی برای فرود ایمن هلیکوپتر در صورت از کار افتادن موتور آن است.

خلبانان هلیکوپتر رابینسون اغلب از آن به عنوان بخشی از آموزش خود استفاده می کنند و در اینجا مراحل زیر آمده است:

• خلبان ابتدا باید متوجه شود که موتور از کار افتاده است و سپس مانور چرخش خودکار را بلافاصله با پایین آوردن دسته و رفتن به یک فرود چرخش خودکار شروع کند.
• برای رسیدن به یک منطقه فرود امن، خلبان باید یک نرخ ثابت برای فرود تنظیم کند و سرعت روتورها را در حین چرخش ثابت نگه دارد.
• در طول فرود، خلبان باید سرعت هوا و دور روتور را زیر نظر داشته باشد و از کنترل چرخه ای زمین برای ایجاد تغییرات در صورت نیاز و در عین حال کنترل هواپیما استفاده کند.
• هنگامی که هلیکوپتر به زمین نزدیک می شود، خلبان باید آن را به پهلو بچرخاند تا فرود نرم شود و سرعت فرود آن کاهش یابد.

چرخش خودکار در هواپیماهای بدون سرنشین

چرخش خودکار نه تنها برای هلیکوپترهای اندازه کامل، بلکه برای هلیکوپترهای کنترل از راه دور و هواپیماهای بدون سرنشین نیز مفید است.

ایده پشت خودکار چرخش تغییر نکرده است: روتور اصلی به جای اینکه موتور آن را بچرخاند، به دلیل حرکت هوا از طریق آن به سمت بالا می چرخد.

چرخش خودکار در هلیکوپترها و پهپادهای کنترل از راه دور

اکثر هلیکوپترهای کنترل از راه دور (RC) در صورت خاموش شدن موتور یا توقف کار موتور به دلایلی، می توانند خودکار شوند.

برای اینکه هلیکوپتر بتواند چرخش های خودکار را انجام دهد، شفت روتور اصلی باید بتواند از بقیه قسمت درایو یا مجموعه دنده خارج شود.

برخی از پهپادهای کوچک ممکن است از یک موتور الکتریکی کوچک برای حفظ چرخش روتور با همان سرعت در حین چرخش خودکار استفاده کنند، در حالی که برخی دیگر ممکن است تنها به نیروهای هوا تکیه کنند تا روتور در همان سرعت بچرخد.

برای هلیکوپترها و پهپادهای کنترل از راه دور، کلید فرود خودکار موفقیت آمیز، ثابت نگه داشتن سرعت روتور و استفاده از کنترل های گام، چرخه ای و جمعی برای کنترل سرعت فرود و جلو هواپیما است.

برای هلیکوپترها و پهپادهای کنترل از راه دور، بهترین راه برای فرود خودکار این است که در یک منطقه امن و باز به دور از افراد، ساختمان‌ها و سایر موانع تمرین کنید و با بهبود مهارت‌های خود، مانورها را به تدریج دشوارتر کنید.

همچنین، مهم است که هواپیما را در وضعیت خوبی نگه دارید و تعمیر و نگهداری و بازرسی های منظم را انجام دهید تا مطمئن شوید که به خوبی کار می کند. خلبانان باید تمام قوانین و قوانین مربوط به نحوه کار با هواپیماهای کنترل از راه دور را رعایت کنند.

خلبان خودکار VECTOR که توسط UAV Navigation ساخته شده است، یکی از تعداد کمی از خلبان های خودکار است که می تواند به طور کامل به تنهایی بچرخد.

برای خوب بودن در چرخش خودکار، مهم است که آنها را اغلب در مکانی امن تمرین کنید.

کلید فرود خودکار موفقیت آمیز زمان بندی و دانستن اینکه چه زمانی باید سرعت فرود و رو به جلو را کاهش دهید، با شعله ور شدن با فرمان چرخه ای عقب، اعمال گام جمعی مثبت، و سپس صاف کردن هواپیما درست قبل از تماس با چرخه رو به جلو برای فرود به آرامی.

همچنین انتخاب مکان مناسب برای فرود و نزدیک شدن به آن با زاویه و سرعت مناسب بسیار مهم است.

ویدئو و مراجع

نکته: در صورت نیاز دکمه زیرنویس را روشن کنید. اگر با زبان انگلیسی آشنایی ندارید، در دکمه تنظیمات، «ترجمه خودکار» را انتخاب کنید. قبل از اینکه زبان مورد علاقه شما برای ترجمه در دسترس قرار گیرد، ممکن است لازم باشد ابتدا روی زبان ویدیو کلیک کنید.

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

موارد استفاده کنید

مورد استفاده در:	شرح:
فرود اضطراری	یکی از مهم ترین روش های استفاده از چرخش خودکار زمانی است که موتور هلیکوپتر در مواقع اضطراری از کار می افتد. وقتی این اتفاق می‌افتد، خلبان می‌تواند چرخش خودکار را شروع کند، که این امکان را برای هلیکوپتر فراهم می‌کند تا به طور ایمن روی زمین سر بخورد. این حرکت می تواند جان خلبان و سرنشینان هواپیما را نجات دهد.
نظامی	چرخش خودکار یک مهارت مفید برای خلبانان هلیکوپتر نظامی است که مسئولیت عملیات نظامی را بر عهده دارند. در نبرد، یک هلیکوپتر ممکن است نیاز داشته باشد که به سرعت به زمین بیفتد تا مورد اصابت آتش دشمن قرار نگیرد. با استفاده از چرخش خودکار، خلبان می تواند به سرعت و ایمن هلیکوپتر را فرود بیاورد.
جستجو و نجات	هلیکوپترها اغلب برای جستجو و نجات به خصوص در مناطق صعب العبور یا دور از دسترس استفاده می شوند. در این نوع موقعیت‌ها، چرخش خودکار می‌تواند به هلیکوپتر کمک کند حتی در زمین‌های ناهموار فرود بی‌خطر و کنترل شود.
کشاورزی	چرخش خودکار همچنین می تواند در کشاورزی استفاده شود، به ویژه هنگام گردگیری محصولات.
فیلمبرداری و عکاسی	هلیکوپتر اغلب برای گرفتن عکس از بالا در صنایع فیلم و عکاسی استفاده می شود.
تعمیر و نگهداری خطوط برق	گاهی اوقات، هلیکوپترها برای تعمیر و نگهداری خطوط برق مانند تعمیر یا تعویض خطوط شکسته استفاده می شوند. چرخش خودکار می‌تواند به هلیکوپتر کمک کند تا با خیال راحت و با دقت در مکان‌هایی فرود بیاید که دسترسی به آن از راه دیگری دشوار است.

نتیجه

در نتیجه، ایده چرخش خودکار نشان می دهد که مهندسی چقدر می تواند قدرتمند باشد و افراد چقدر می توانند خلاق باشند.

این به ما اعتماد به نفس پرواز با هلیکوپترها و سایر هواپیماها را می دهد، زیرا می دانیم که اگر موتور از کار بیفتد، هنوز می توانیم با خیال راحت به زمین برگردیم.

چرخش خودکار همچنین به ما نشان می دهد که وقتی محدودیت های ممکن را پشت سر بگذاریم، می توانیم کارهای شگفت انگیزی انجام دهیم.

مهندسان و خلبانان همیشه به دنبال یافتن راه‌های جدید و بهتر برای پرواز بوده‌اند، از اولین باری که مردم پرواز کردند تا فناوری پیشرفته مورد استفاده در هوانوردی مدرن.

چرخش خودکار تنها یکی از کارهای شگفت انگیزی است که وقتی ذهن خود را روی آن متمرکز کنیم می توانیم انجام دهیم.

بنابراین، دفعه بعد که به بالا نگاه می کنید و هلیکوپتری را در حال پرواز می بینید، به چرخش خودکار فکر کنید، یک شاهکار مهندسی که همه چیز را ممکن می کند.