מדע האוטורוטציה: מדריך למתחילים

בעולם ההנדסה, הכל עוסק בייצור מכונות שיכולות לעבוד גם במצבים הקשים ביותר.

אוטורוטציה היא תמרון חשוב מאוד עבור מסוקים שיכול להיות ההבדל בין חיים למוות.

אני אסביר מה זה אוטורוטציה, איך זה עובד, ולמה זה כל כך חשוב לטייסי מסוקים ומהנדסים בפוסט זה בבלוג.

אז, התכונן ללמוד על אחד החלקים החשובים ביותר של הטסת מסוק.

מבוא לאוטרוטציה בהנדסה

הגדרה פורמלית:

1. סיבוב סביב כל ציר של גוף שהוא סימטרי וחשוף לזרם אוויר אחיד ונשמר רק על ידי מומנטים אווירודינמיים. 2. סיבוב של ציר סימטרי נתקע במקביל לכיוון הרוח.

סיבוב אוטומטי הוא סוג של טיסה שבה מערכת הרוטורים הראשית של מסוק או מטוס כנף סיבובי אחר מסתובבת מבלי להיות מופעלת על ידי המנוע.

זה דומה לאופן שבו פועל אוטוגירו.

כאשר המנוע או הרוטור הזנב מפסיקים לעבוד, לרוב משתמשים בשיטה זו כדי להנחית את המסוק במהירות. אבל זה יכול לשמש גם כדי לצאת מטבעת מערבולת וככלי אימון כאשר טייס לומד איך לטוס.

איך עובד רוטציה אוטומטית

במהלך סיבוב אוטומטי, הטייס מנתק את המנוע ממערכת הרוטור הראשית. זה מאפשר לזרימת האוויר כלפי מעלה להניע את להבי הרוטור לבד.

כדי לשלוט בסל"ד האוטומטי, הטייס משנה את גודל אזור הסיבוב האוטומטי ביחס לאזורי המונעים והדוכן.

לפרטים נוספים בקר בדף זה:

ardupilot

אווירודינמיקה של סיבוב אוטומטי

סיבוב אוטומטי הוא הליך חירום חשוב מאוד בטיסת מסוק. הוא מאפשר לרוטור הראשי של מסוק לנוע רק בגלל לחץ אוויר, לא בגלל המנוע.

משתנים המשפיעים על רוטציה אוטומטית

הדברים העיקריים שמשפיעים על יעילות האוטורוטציה הם:

• גובה צפיפות: בגבהים בצפיפות גבוהה, שבהם האוויר פחות צפוף, קצב הירידה יהיה מהיר יותר.
• משקל ברוטו: מסוקים בעלי משקל רב יותר נופלים מהר יותר.
• מהירות אוויר: לטייס יש את השליטה הגדולה ביותר על קצב הירידה במהלך סיבוב אוטומטי דרך מהירות האוויר.

בדיוק כמו בטיסה רגילה, בקרת הגובה המחזורית גורמת למטוס לנסוע מהר יותר או לאט יותר.

ירידות אוטומטיות במהירויות אוויר נמוכות מאוד או גבוהות מאוד מסוכנות יותר מאלה הנעשות בקצב המינימלי של מהירות ירידה.

• מהירות סיבוב הרוטור: ככל שמהירות סיבוב הרוטור עולה, קצב הירידה יורד.

נהיגה אזור אוטורוטציה

במהלך סיבוב אוטומטי, אזור ההנעה או האזור האוטורוטטיבי הוא בדרך כלל בין 25 ל-70% מרדיוס הלהב. כאן נוצרים הכוחות המסובבים את הלהבים.

יש זווית לכוח האווירודינמי הכולל באזור זה.

נחיתת התלקחות וספיגת אנרגיה

בעת נחיתה מסיבוב אוטומטי, האנרגיה הקינטית האצורה בלהבים המסתובבים והתנועה קדימה של המטוס משמשות להאטת קצב הירידה ולביצוע נחיתה רכה.

קצב ירידה גבוה יותר אומר שדרושה יותר אנרגיית רוטור כדי לעצור מסוק מאשר קצב נמוך יותר.

תמרונים באוטורוטציה

כאשר מטוס מאבד כוח, טייס חייב לעשות שלושה דברים חשובים:

• סיבוב אוטומטי: תמרון זה מכסה את השינוי מטיסה ממונעת רגילה לסיבוב אוטומטי קבוע.
• סיבוב אוטומטי יציב: במהלך סיבוב אוטומטי יציב, הכוחות האווירודינמיים של המנוע בלבד חייבים להביא לאפס מומנט נטו.

מכיוון שהמטוס יורד, האוויר זורם למעלה דרך הרוטור הראשי. צורת הלהבים גם מקלה על כך.

הרוטור הראשי מחובר לרוטור הזנב עם גלגלי שיניים, כך שבטיסה רגילה, הרוטור הראשי מניע את רוטור הזנב.

אבל במהלך ירידה אוטומטית במצב יציב, כאשר המנוע מאבד כוח והמומנט יורד לאפס, רוטור הזנב מפסיק לעבוד כהתקן נגד מומנט מכיוון שהוא מקבל מומנט ממערכת הרוטור הראשית דרך מערכת ההילוכים.

• נחיתת התלקחות: בתמרון זה, הלהבים המסתובבים והתנועה קדימה של המטוס משמשים כדי להאט את קצב הירידה ולבצע נחיתה רכה.
• טאצ'-דאון - הרכב נוחת בעדינות תוך שימוש באנרגיה שנותרה בראש הרוטור.

הגבלת מהירות אוויר ידנית בטיסה עבור סיבוב אוטומטי

באוטורוטציה תהיה מהירות שמעליה חלקי להבי הרוטור הנגררים מאחורי הרוטור ימשכו כל כך רחוק לאורך טווח הלהבים שהרוטור יתחיל להאט מאוד.

מהירות אוויר זו כתובה בדרך כלל כמהירות האוויר המרבית המותרת לסיבוב אוטומטי במדריך הטיסה.

תמרון סיבוב אוטומטי של מסוק

אוטורוטציה בסיסית וארבעת החלקים שלה

ישנם ארבעה חלקים לאוטרוטציה הבסיסית:

• גלישה: במהלך חלק זה, המסוק נמצא בירידה אוטומטית יציבה, והטייס משנה את מסלול הטיסה על ידי סיבוב המסוק או שינוי מהירות האוויר.
• התלקחות: בקטע זה, קצב הירידה מואט על ידי שימוש באנרגיה הקינטית האצורה בלהבים המסתובבים ובתנועה קדימה של המטוס.
• נחיתה או שחזור כוח: בחלק האחרון, המסוק נוחת ברכות או שהטייס נותן לו כוח לקום בחזרה.

יישום מעשי ואוטורוטציות מתקדמות

השימוש בעולם האמיתי באימון אוטומטי דומה למה שעושים טייסים כשהם מתרגלים נחיתות כפויות ללא חשמל.

בדיוק כמו במטוס, כל מה שטייס המסוק צריך לעשות כדי להתחיל בסיבוב הוא להפעיל מחדש את החשמל. אבל חשוב מאוד לדייק ולדעת להזיז את המסוק כשהוא באוטורוטציה.

קולקטיבי לבקרת סל"ד רוטור

טייסי מסוקים צריכים לדעת איך להשתמש בקולקטיב כדי לשלוט על מהירות הרוטורים במהלך סיבובים אוטומטיים של כיבוי בסיבוב.

כאשר הקולקטיב מוזז למעלה, הסל"ד של הרוטור עולה, וכאשר מזיזים אותו למטה, הסל"ד יורד.

מגבלות וסיכונים בטיחותיים

ישנם סיכונים הנלווים לביצוע אוטורוטציות במהלך האימון.

בחלק האחרון של סיבוב אוטומטי, האנרגיה הקינטית של המסוק עלולה להיגמר, ולהשאיר אותו עם מעט או ללא אפקט ריפוד

הדבר עלול להוביל לנחיתה קשה שתפגע במסוק.

דיאגרמת גובה המטוס לעומת מהירות אומרת לנו מהי הדרך הבטוחה ביותר לבצע את התמרון הזה.

דוגמנות וסימולציה של אוטורוטציה

סימולציות ומודלים במחשבים הפכו לדרכים פופולריות ללמוד ולשפר את הביצועים של רוטציה אוטומטית במסוקים.

ניתן להשתמש בהדמיות מחשב כדי להבין כיצד עיצובים שונים של מסוקים או צורות להבי רוטור משפיעים על מידת היכולת של המסוק לטוס בעצמו.

חוקרים גם עשו ובדקו בסימולטור מספר רמזים של טייס שיקלו על הטייס לשלוט במסוק כשהוא מסתובב בעצמו.

במהלך רוטציה אוטומטית, קבוצה של רמזים בדידים ומתמשכים מוגדרים כדי לעזור לטייס לדעת מה קורה ומה לעשות.

היתרונות של דוגמנות הדמיית מחשב

מודל הדמיית מחשב שימושי כאשר ביצוע שינויים במערכת האמיתית הוא קשה, יקר או פשוט לא רעיון טוב.

הוא משתמש בתוכנת מחשב כדי ליצור מודל של מערכת אמיתית או מוצעת, ומעצבים, מנהלי תוכניות, אנליסטים ומהנדסים משתמשים בה כדי להבין ולהעריך תרחישי מקרה של "מה יקרה אם".

לדוגמה, במקום להתרסק בפועל של עשרות מכוניות חדשות, חברות רכב משתמשות בהדמיות ממוחשבות כדי לבדוק את קווי הרכב החדשים שלהן.

מגבלות של דוגמנות הדמיית מחשב

באופן כללי, אחת הבעיות בדגמי מחשב היא שהם לא יכולים לקחת בחשבון במדויק את כל הגורמים שיכולים להשפיע על אופן פעולת המערכת.

זה נכון במיוחד כשמנסים להבין תופעות אווירודינמיות מסובכות, כמו איך מסוק יכול להסתובב בעצמו.

דבר נוסף שצריך להסתכל עליו הוא איך הדמיות ממוחשבות משפיעות על הציבור הרחב. לכן, שימוש בדוגמנות וסימולציה מבלי להיות זהיר עלול להוביל למסקנות שגויות.

כמה כללים, כמו להבין היכן מערכת הגנה לא עובדת כמו שצריך, צריכים להילקח בחשבון כאשר שופטים את התוקף של כל מערכת מדומה.

בסופו של דבר, להדמיות ממוחשבות יש יתרונות רבים, אבל יש להן גם כמה בעיות שצריך לחשוב היטב לפני שמסקנות כלשהן מתקבלות.

דוגמאות בעולם האמיתי לאוטרוטציה

דוגמאות מהעולם האמיתי של רוטציה אוטומטית מראות כמה חשוב לטייסי מסוקים לדעת איך לעשות את התמרון הזה במקרה חירום.

רובינסון הלי למטה אוטומטית

ה-Robinson Heli Down Autorotation הוא דרך של מסוק לנחות בבטחה אם המנוע שלו מפסיק לעבוד.

טייסי מסוקי רובינסון משתמשים בו לעתים קרובות כחלק מההכשרה שלהם, והנה השלבים:

• על הטייס להבין תחילה שהמנוע הפסיק לעבוד ולאחר מכן להתחיל את תמרון הסיבוב האוטומטי מיד על ידי הורדת הקולקטיב ויציאה לירידה אוטומטית.
• כדי להגיע לאזור נחיתה בטוח, על הטייס להגדיר קצב ירידה קבוע ולשמור על מהירות הרוטורים יציבה בזמן הפנייה.
• במהלך הירידה, על הטייס לפקוח עין על מהירות האוויר וסל"ד הרוטור ולהשתמש בבקרת הגובה המחזורית כדי לבצע שינויים לפי הצורך תוך שמירה על השליטה במטוס.
• כשהמסוק מתקרב לקרקע, על הטייס להפנות אותו הצידה כדי לרכך את הנחיתה ולהאט את קצב הירידה שלו.

אוטורוטציה ברחפנים

סיבוב אוטומטי שימושי לא רק עבור מסוקים בגודל מלא, אלא גם עבור מסוקים הנשלטים מרחוק ומזל"טים.

הרעיון מאחורי סיבוב אוטומטי לא השתנה: הרוטור הראשי מסתובב בגלל שהאוויר נע דרכו למעלה מאשר בגלל שהמנוע מסובב אותו.

סיבוב אוטומטי במסוקים ובמל"טים הנשלטים מרחוק

רוב המסוקים הקולקטיביים עם שליטה מרחוק (RC) יכולים גם לבצע אוטומטית אם המנוע מתלקח או שהמנוע מפסיק לעבוד מסיבה כלשהי.

על מנת שהמסוק יבצע סיבובים אוטומטיים, צריך להוציא את גל הרוטור הראשי משאר מכלול ההנעה או ההילוכים.

כמה מל"טים קטנים עשויים להשתמש במנוע חשמלי קטן כדי לשמור על סיבוב הרוטור באותה מהירות במהלך סיבוב אוטומטי, בעוד שאחרים עשויים להסתמך רק על כוחות האוויר כדי לשמור על סיבוב הרוטור באותה מהירות.

עבור מסוקים ומזל"טים הנשלטים מרחוק, המפתח לנחיתה מוצלחת של סיבוב אוטומטי הוא לשמור על מהירות הרוטור קבועה ולהשתמש בבקרות הגובה, המחזוריות והקולקטיביות כדי לשלוט במהירות הירידה והקדמה של המטוס.

עבור מסוקים ומזל"טים הנשלטים מרחוק, הדרך הטובה ביותר לבצע נחיתות אוטומטיות היא להתאמן בשטח בטוח ופתוח הרחק מאנשים, מבנים ומכשולים אחרים, ולהקשות בהדרגה את התמרונים ככל שהכישורים שלך משתפרים.

כמו כן, חשוב לשמור על המטוס במצב תקין ולעשות תחזוקה ובדיקות שוטפות כדי לוודא שהוא עובד היטב. טייסים צריכים לציית לכל החוקים והכללים לגבי אופן הפעלת כלי טיס הנשלט מרחוק.

הטייס האוטומטי VECTOR, אשר נעשה על ידי UAV Navigation, הוא אחד ממספר קטן בלבד של טייסים אוטומטיים שיכולים להסתובב באופן מלא בכוחות עצמו.

כדי להצליח באוטורוטציות, חשוב לתרגל אותן לעתים קרובות במקום בטוח.

המפתח לנחיתה מוצלחת של סיבוב אוטומטי הוא תזמון וידיעה מתי להאט את הירידה והמהירות קדימה על ידי התלקחות בפקודה מחזורית אחורית, הפעלת גובה קולקטיבי חיובי, ולאחר מכן יישור המטוס ממש לפני הנגיעה עם מהירות מחזורית קדימה כדי לנחות בעדינות.

חשוב גם לבחור מקום טוב לנחיתה ולהתקרב אליו בזווית ובמהירות הנכונות.

וידאו והפניות

טיפ: הפעל את לחצן הכיתוב אם אתה צריך אותו. בחר "תרגום אוטומטי" בכפתור ההגדרות, אם אינך בקי בשפה האנגלית. ייתכן שתצטרך ללחוץ תחילה על שפת הסרטון לפני שהשפה המועדפת עליך תהיה זמינה לתרגום.

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

מקרי שימוש

בשימוש ב:	תיאור:
נחיתת חירום	אחת הדרכים החשובות ביותר שבהן משתמשים ברוטציה אוטומטית היא כאשר מנוע של מסוק מפסיק לעבוד במקרה חירום. כאשר זה קורה, הטייס יכול להתחיל סיבוב אוטומטי, מה שמאפשר למסוק לגלוש בבטחה לקרקע. מהלך זה יכול להציל את חייהם של הטייס וגם של האנשים שעל הסיפון.
צבאי	רוטציה אוטומטית היא מיומנות שימושית עבור טייסי מסוקים צבאיים שאחראים על פעולות צבאיות. במהלך קרב, ייתכן שמסוק יצטרך לרדת במהירות לקרקע כדי להימנע מפגיעה מאש האויב. באמצעות רוטציה אוטומטית, הטייס יכול להנחית במהירות ובבטחה את המסוק.
חיפוש והצלה	מסוקים משמשים לעתים קרובות לחיפוש וחילוץ, במיוחד באזורים קשים לגישה או מרוחקים. במצבים מסוג זה, רוטציה אוטומטית יכולה לעזור למסוק לנחות בבטחה ובשליטה, אפילו בשטח קשה.
חַקלָאוּת	ניתן להשתמש ברוטציה אוטומטית גם בחקלאות, במיוחד בעת ניקוי אבק של יבולים.
צילום וצילום	מסוקים משמשים לעתים קרובות לצילומים מלמעלה בתעשיות הקולנוע והצילום.
תחזוקה של קווי חשמל	לפעמים, מסוקים משמשים לתחזוקה על קווי חשמל, כמו תיקון או החלפת קווים שבורים. סיבוב אוטומטי יכול לעזור למסוק לנחות בצורה בטוחה ומדויקת במקומות שקשה להגיע אליהם בכל דרך אחרת.

סיכום

לסיכום, רעיון האוטורוטציה מראה עד כמה הנדסה יכולה להיות חזקה וכמה אנשים יכולים להיות יצירתיים.

זה נותן לנו את הביטחון לטוס במסוקים ובמטוסים אחרים, בידיעה שאם המנוע יפסיק לעבוד, אנחנו עדיין יכולים לגלוש בבטחה בחזרה לקרקע.

אוטורוטציה גם מראה לנו שכאשר אנו דוחפים את הגבולות של מה שאפשרי, אנו יכולים לעשות דברים מדהימים.

מהנדסים וטייסים תמיד היו מונעים למצוא דרכים חדשות וטובות יותר לטוס, מהפעמים הראשונות שאנשים טסו ועד לטכנולוגיה החדישה המשמשת בתעופה המודרנית.

אוטורוטציה היא רק אחד הדברים המדהימים שאנחנו יכולים לעשות כשאנחנו שמים את דעתנו על זה.

אז בפעם הבאה שאתה מסתכל למעלה ותראה מסוק טס, תחשוב על רוטציה אוטומטית, הישג הנדסי שמאפשר הכל.