Vo svete strojárstva ide o výrobu strojov, ktoré dokážu fungovať aj v tých najťažších situáciách.
Autorotácia je pre vrtuľníky veľmi dôležitý manéver, ktorý môže znamenať rozdiel medzi životom a smrťou.
V tomto blogovom príspevku vysvetlím, čo je autorotácia, ako funguje a prečo je taká dôležitá pre pilotov a inžinierov vrtuľníkov.
Takže sa pripravte na to, že sa dozviete o jednej z najdôležitejších častí lietania na helikoptére.
Úvod do autorotácie v inžinierstve
Formálna definícia:
1. Rotácia okolo akejkoľvek osi telesa, ktorá je symetrická a vystavená rovnomernému prúdu vzduchu a udržiavaná iba aerodynamickými momentmi. 2. Rotácia zastaveného symetrického profilu krídla paralelne so smerom vetra.
Autorotácia je typ letu, pri ktorom sa systém hlavného rotora vrtuľníka alebo iného lietadla s rotačným krídlom otáča bez toho, aby bol poháňaný motorom.
Je to podobné, ako funguje autogyro.
Keď motor alebo chvostový rotor prestane fungovať, táto metóda sa často používa na rýchle pristátie vrtuľníka. Môže sa však použiť aj na výstup z vírivého kruhu a ako tréningový nástroj, keď sa pilot učí lietať.
Ako funguje autorotácia
Počas autorotácie pilot odpojí motor od systému hlavného rotora. To umožňuje prúdeniu vzduchu nahor poháňať samotné listy rotora.
Na riadenie otáčok autorotácie pilot mení veľkosť oblasti autorotácie vo vzťahu k oblasti jazdy a zastavenia.
Pre viac podrobností navštívte túto stránku:
Aerodynamika autorotácie
Autorotácia je veľmi dôležitý núdzový postup pri lete vrtuľníka. Umožňuje pohyb hlavného rotora vrtuľníka iba kvôli tlaku vzduchu, nie kvôli motoru.
Premenné ovplyvňujúce autorotáciu
Hlavné veci, ktoré ovplyvňujú, ako dobre funguje autorotácia, sú:
- Hustota nadmorskej výšky: Vo výškach s vysokou hustotou, kde je vzduch menej hustý, bude rýchlosť klesania rýchlejšia.
- Hrubá hmotnosť: Vrtuľníky s väčšou hmotnosťou padajú rýchlejšie.
- Rýchlosť vzduchu: Pilot má najväčšiu kontrolu nad rýchlosťou klesania počas autorotácie prostredníctvom rýchlosti vzduchu.
Rovnako ako pri normálnom lete, cyklické ovládanie sklonu spôsobí, že lietadlo ide rýchlejšie alebo pomalšie.
Autorotatívne zostupy pri veľmi nízkych alebo veľmi vysokých rýchlostiach vzduchu sú nebezpečnejšie ako tie, ktoré sa vykonávajú pri minimálnej rýchlosti klesania.
- Rýchlosť otáčania rotora: Keď rýchlosť otáčania rotora stúpa, rýchlosť klesania klesá.
Riadiaca oblasť autorotácie
Počas autorotácie je hnacia oblasť alebo autorotačná oblasť zvyčajne medzi 25 a 70 % polomeru čepele. Tu vznikajú sily, ktoré otáčajú čepele.
V tejto oblasti je uhol celkovej aerodynamickej sily.
Pristátie vzplanutia a absorpcia energie
Pri pristávaní z autorotácie sa kinetická energia uložená v rotujúcich lopatkách a pohyb lietadla vpred využíva na spomalenie rýchlosti klesania a mäkké pristátie.
Vyššia rýchlosť klesania znamená, že na zastavenie vrtuľníka je potrebná väčšia energia rotora ako nižšia rýchlosť.
Manévre v autorotácii
Keď lietadlo stratí energiu, pilot musí urobiť tri dôležité veci:
- Autorotácia: Tento manéver zahŕňa zmenu z normálneho motorového letu na stabilnú autorotáciu.
- Stabilná autorotácia: Počas stabilnej autorotácie musia samotné aerodynamické sily motora spôsobiť nulový čistý krútiaci moment.
Pretože lietadlo klesá, vzduch prúdi nahor cez hlavný rotor. Uľahčuje to aj tvar čepelí.
Hlavný rotor je spojený s chvostovým rotorom pomocou ozubených kolies, takže pri normálnom lete hlavný rotor poháňa chvostový rotor.
Ale počas ustáleného autorotačného klesania, keď motor stratí výkon a krútiaci moment klesne na nulu, chvostový rotor prestane fungovať ako zariadenie proti krútiacemu momentu, pretože dostane krútiaci moment zo systému hlavného rotora cez prevodový systém.
- Flare Landing: Pri tomto manévri sa rotujúce lopatky a pohyb lietadla dopredu používajú na spomalenie rýchlosti klesania a mäkké pristátie.
- Touch-Down - Vozidlo jemne pristane s využitím energie zostávajúcej v hlave rotora.
Letová príručka Obmedzenie rýchlosti vzduchu pre autorotáciu
Pri autorotácii bude rýchlosť, nad ktorou sa časti lopatiek rotora, ktoré sa ťahajú za rotorom, roztiahnu tak ďaleko po rozpätí lopatiek, že rotor začne veľmi spomaľovať.
Táto vzdušná rýchlosť je zvyčajne zapísaná ako maximálna vzdušná rýchlosť povolená pre autorotáciu v letovej príručke.
Manéver autorotácie vrtuľníka
Základná autorotácia a jej štyri časti
Základná autorotácia má štyri časti:
- Kĺzanie: Počas tejto časti je vrtuľník v stabilnom autorotatívnom klesaní a pilot mení dráhu letu otáčaním vrtuľníka alebo zmenou rýchlosti letu.
- Vzplanutie: V tejto sekcii je rýchlosť klesania spomalená využitím kinetickej energie uloženej v rotujúcich lopatkách a dopredného pohybu lietadla.
- Pristátie alebo obnovenie sily: V poslednej časti helikoptéra buď pristane potichu, alebo jej pilot dá silu, aby sa mohla vrátiť späť.
Praktická aplikácia a pokročilé autorotácie
Využitie výcviku autorotácie v reálnom svete je podobné tomu, čo robia piloti, keď cvičia vynútené pristátia bez napájania.
Rovnako ako v lietadle, všetko, čo musí pilot helikoptéry urobiť, aby spustil let okolo, je opätovné zapnutie napájania. Ale je veľmi dôležité byť presný a vedieť pohybovať vrtuľníkom, keď je v autorotácii.
Kolektív pre riadenie otáčok rotora
Piloti vrtuľníkov musia vedieť, ako používať kolektív na ovládanie rýchlosti rotorov počas autorotácií pri vypínaní v zákrute.
Keď sa kolektív posunie nahor, otáčky rotora sa zvýšia a keď sa posunie nadol, otáčky sa znížia.
Bezpečnostné limity a riziká
Existujú riziká, ktoré so sebou prináša vykonávanie autorotácií počas tréningu.
V poslednej časti autorotácie sa kinetická energia helikoptéry môže vyčerpať, takže má malý alebo žiadny tlmiaci účinok.
To by mohlo viesť k tvrdému pristátiu, ktoré poškodí vrtuľník.
Diagram výšky a rýchlosti lietadla nám hovorí, aký je najbezpečnejší spôsob vykonania tohto manévru.
Modelovanie a simulácia autorotácie
Simulácie a modely na počítačoch sa stali populárnymi spôsobmi štúdia a zlepšovania výkonu autorotácie vo vrtuľníkoch.
Počítačové simulácie možno použiť na zistenie, ako rôzne konštrukcie vrtuľníkov alebo tvary listov rotora ovplyvňujú, ako dobre môže vrtuľník lietať sám.
Výskumníci tiež vyrobili a otestovali na simulátore množstvo pilotných podnetov, ktoré pilotovi uľahčia ovládanie vrtuľníka, keď sa sám otáča.
Počas autorotácie je definovaný súbor diskrétnych a súvislých signálov, ktoré pilotovi pomáhajú vedieť, čo sa deje a čo má robiť.
Výhody počítačového simulačného modelovania
Počítačové simulačné modelovanie je užitočné, keď je vykonávanie zmien v reálnom systéme ťažké, drahé alebo jednoducho nie je dobrý nápad.
Používa počítačový softvér na modelovanie skutočného alebo navrhovaného systému a dizajnéri, programoví manažéri, analytici a inžinieri ho používajú na pochopenie a vyhodnotenie prípadových scenárov „čo ak“.
Napríklad automobilky namiesto toho, aby skutočne havarovali desiatky nových áut, používajú počítačové simulácie na testovanie svojich nových radov vozidiel.
Obmedzenia počítačového simulačného modelovania
Vo všeobecnosti je jedným z problémov počítačových modelov to, že nedokážu presne zohľadniť všetky faktory, ktoré by mohli ovplyvniť fungovanie systému.
Platí to najmä vtedy, keď sa snažíme porozumieť komplikovaným aerodynamickým javom, ako napríklad to, ako sa helikoptéra dokáže sama otočiť.
Ďalšou vecou, na ktorú sa treba pozrieť, je to, ako počítačové simulácie ovplyvňujú širokú verejnosť. Takže používanie modelovania a simulácie bez opatrnosti by mohlo viesť k nesprávnym záverom.
Pri posudzovaní platnosti akéhokoľvek simulovaného systému je potrebné vziať do úvahy niektoré pravidlá, ako je zisťovanie, kde obranný systém nefunguje správne.
Počítačové simulácie majú v konečnom dôsledku veľa výhod, ale majú aj niektoré problémy, ktoré je potrebné dôkladne premyslieť, kým sa vyvodia nejaké závery.
Príklady autorotácie zo skutočného sveta
Reálne príklady autorotácie ukazujú, aké dôležité je pre pilotov vrtuľníkov vedieť, ako urobiť tento manéver v prípade núdze.
Autorotácia Robinson Heli Down
Robinson Heli Down Autorotation je spôsob, ako môže helikoptéra bezpečne pristáť, ak jej motor prestane fungovať.
Piloti vrtuľníkov Robinson to často používajú ako súčasť svojho výcviku a tu sú kroky:
- Pilot si najprv musí uvedomiť, že motor prestal pracovať a potom hneď spustiť manéver autorotácie znížením kolektívu a prechodom do autorotačného klesania.
- Aby sa pilot dostal do bezpečnej pristávacej zóny, musí potom nastaviť stabilnú rýchlosť klesania a počas otáčania udržiavať stabilnú rýchlosť rotorov.
- Počas klesania by mal pilot sledovať rýchlosť vzduchu a otáčky rotora a používať cyklické riadenie sklonu na vykonanie zmien podľa potreby, pričom má lietadlo pod kontrolou.
- Keď sa vrtuľník priblíži k zemi, pilot by ho mal otočiť nabok, aby zmiernil pristátie a spomalil rýchlosť jeho klesania.
Autorotácia v dronoch
Autorotácia je užitočná nielen pre vrtuľníky plnej veľkosti, ale aj pre diaľkovo ovládané vrtuľníky a drony.
Myšlienka autorotácie sa nezmenila: hlavný rotor sa otáča skôr preto, že ním prúdi vzduch, než preto, že ho otáča motor.
Autorotácia v diaľkovo ovládaných helikoptérach a dronoch
Väčšina hromadných diaľkovo ovládaných (RC) helikoptér sa môže tiež automaticky spustiť, ak motor zhasne alebo motor z nejakého dôvodu prestane fungovať.
Aby mohol vrtuľník vykonávať autorotácie, hriadeľ hlavného rotora sa musí dať vybrať zo zvyšku zostavy pohonu alebo prevodovky.
Niektoré malé drony môžu používať malý elektromotor na udržanie rotácie rotora pri rovnakej rýchlosti počas autorotácie, zatiaľ čo iné sa môžu spoliehať iba na sily vzduchu, aby sa rotor točil rovnakou rýchlosťou.
Pre diaľkovo ovládané helikoptéry a drony je kľúčom k úspešnému pristátiu s autorotáciou udržanie konštantnej rýchlosti rotora a používanie náklonu, cyklického a kolektívneho ovládania na ovládanie rýchlosti klesania a dopredu lietadla.
V prípade diaľkovo ovládaných helikoptér a dronov je najlepším spôsobom pristátia s autorotáciou trénovať na bezpečnom, otvorenom priestranstve ďaleko od ľudí, budov a iných prekážok a manévre postupne sťažovať, keď sa budú vaše schopnosti zlepšovať.
Tiež je dôležité udržiavať lietadlo v dobrom stave a vykonávať pravidelnú údržbu a kontroly, aby ste sa uistili, že funguje dobre. Piloti by mali dodržiavať všetky zákony a pravidlá o tom, ako ovládať diaľkovo ovládané lietadlá.
Autopilot VECTOR, ktorý vyrobila spoločnosť UAV Navigation, je jedným z mála autopilotov, ktoré sa dokážu samostatne otáčať.
Aby ste sa zdokonalili v autorotáciách, je dôležité ich často cvičiť na bezpečnom mieste.
Kľúčom k úspešnému pristátiu s autorotáciou je načasovanie a vedieť, kedy spomaliť rýchlosť zostupu a vpred, a to vzplanutím zadným cyklickým povelom, použitím pozitívneho kolektívneho sklonu a následným vyrovnaním lietadla tesne pred pristátím pomocou cykliky vpred, aby pristálo jemne.
Dôležité je tiež vybrať si dobré miesto na pristátie a priblížiť sa k nemu v správnom uhle a rýchlosti.
Video a referencie
Tip: Ak potrebujete, zapnite tlačidlo titulkov. Ak nie ste oboznámení s anglickým jazykom, vyberte v tlačidle nastavení „automatický preklad“. Možno budete musieť najskôr kliknúť na jazyk videa, až potom bude váš obľúbený jazyk dostupný na preklad.
https://en.wikipedia.org/wiki/Autorotation
Prípady použitia
| Použité v: | Popis: |
|---|---|
| Núdzové pristátie | Jedným z najdôležitejších spôsobov použitia autorotácie je, keď v núdzi prestane fungovať motor vrtuľníka. Keď k tomu dôjde, pilot môže spustiť autorotáciu, ktorá umožňuje vrtuľníku bezpečne skĺznuť k zemi. Tento krok môže zachrániť životy pilota aj ľudí na palube. |
| Vojenské | Autorotácia je užitočná zručnosť pre pilotov vojenských vrtuľníkov, ktorí majú na starosti vojenské operácie. V boji môže vrtuľník rýchlo padnúť na zem, aby ho nezasiahla nepriateľská paľba. Pomocou autorotácie môže pilot rýchlo a bezpečne pristáť s vrtuľníkom. |
| Nájsť a zachrániť | Helikoptéry sa často používajú na pátranie a záchranu, najmä v ťažko dostupných alebo odľahlých oblastiach. V takýchto situáciách môže autorotácia pomôcť vrtuľníku pristáť bezpečne a pod kontrolou, dokonca aj na nerovnom teréne. |
| poľnohospodárstvo | Autorotáciu je možné využiť aj v poľnohospodárstve, najmä pri poprašovaní plodín. |
| Filmovanie a fotografovanie | Vrtuľníky sa vo filmovom a fotografickom priemysle často používajú na získanie záberov zhora. |
| Údržba elektrického vedenia | Niekedy sa helikoptéry používajú na údržbu elektrických vedení, ako je oprava alebo výmena prerušených vedení. Autorotácia môže pomôcť vrtuľníku bezpečne a presne pristáť na miestach, ktoré je ťažké dostať iným spôsobom. |
Záver
Na záver myšlienka autorotácie ukazuje, aké silné môže byť inžinierstvo a akí kreatívni môžu byť ľudia.
Dáva nám istotu, že môžeme lietať v helikoptérach a iných lietadlách s vedomím, že ak motor prestane fungovať, stále môžeme bezpečne kĺzať späť na zem.
Autorotácia nám tiež ukazuje, že keď posúvame hranice možného, dokážeme úžasné veci.
Inžinieri a piloti boli vždy vedení k tomu, aby našli nové a lepšie spôsoby lietania, od prvých letov ľudí až po najmodernejšie technológie používané v modernom letectve.
Autorotácia je len jednou z úžasných vecí, ktoré môžeme urobiť, keď sa na to zameriame.
Keď sa teda nabudúce pozriete hore a uvidíte letieť helikoptéru, premýšľajte o autorotácii, inžinierskom výkone, ktorý to všetko umožňuje.
Zdieľať na…
