Znanost O Avtorotaciji: Vodnik Za Začetnike

V svetu inženiringa gre za izdelavo strojev, ki lahko delujejo tudi v najtežjih razmerah.

Avtorotacija je zelo pomemben manever za helikopterje, ki lahko pomeni razliko med življenjem in smrtjo.

V tem blogu bom razložil, kaj je avtorotacija, kako deluje in zakaj je tako pomembna za pilote in inženirje helikopterjev.

Torej, pripravite se, da spoznate enega najpomembnejših delov letenja s helikopterjem.

Uvod v avtorotacijo v tehniki

Formalna opredelitev:

1. Vrtenje okoli katere koli osi telesa, ki je simetrično in izpostavljeno enakomernemu zračnemu toku ter ga vzdržujejo samo aerodinamični momenti. 2. Vrtenje zataknjenega simetričnega aeroprofila vzporedno s smerjo vetra.

Avtorotacija je vrsta leta, pri katerem se sistem glavnega rotorja helikopterja ali drugega letala z rotacijskimi krili vrti, ne da bi ga poganjal motor.

To je podobno delovanju avtožira.

Ko motor ali repni rotor preneha delovati, se ta metoda pogosto uporablja za hitro pristajanje helikopterja. Lahko pa se uporablja tudi za izhod iz vrtinčnega obroča in kot orodje za usposabljanje, ko se pilot uči letenja.

Kako deluje avtorotacija

Med avtorotacijo pilot odklopi motor od sistema glavnega rotorja. To omogoča, da tok zraka navzgor poganja samo lopatice rotorja.

Za nadzor hitrosti avtorotacije pilot spremeni velikost območja avtorotacije glede na območje vožnje in zastoja.

Za več podrobnosti obiščite to stran:

ardupilot

Aerodinamika avtorotacije

Avtorotacija je zelo pomemben postopek v sili pri letenju helikopterja. Omogoča premikanje glavnega rotorja helikopterja samo zaradi zračnega pritiska, ne zaradi motorja.

Spremenljivke, ki vplivajo na avtorotacijo

Glavne stvari, ki vplivajo na to, kako dobro deluje avtorotacija, so:

• Nadmorska višina z gostoto: Na višinah z veliko gostoto, kjer je zrak manj gost, bo hitrost spuščanja hitrejša.
• Bruto teža: Helikopterji z večjo težo padajo hitreje.
• Zračna hitrost: Pilot ima največ nadzora nad hitrostjo spuščanja med avtorotacijo skozi zračno hitrost.

Tako kot pri običajnem letu, ciklično krmiljenje naklona povzroči, da letalo leti hitreje ali počasneje.

Avtorotacijski spuščanji pri zelo nizkih ali zelo visokih zračnih hitrostih so nevarnejši od tistih, ki se izvajajo pri minimalni hitrosti spuščanja.

• Hitrost vrtenja rotorja: Ko se hitrost vrtenja rotorja povečuje, se hitrost spuščanja zmanjšuje.

Pogonsko območje avtorotacije

Med avtorotacijo je pogonsko območje ali avtorotativno območje običajno med 25 in 70 % polmera rezila. Tu nastanejo sile, ki obračajo rezila.

V tem območju je kot do celotne aerodinamične sile.

Pristanek z baklo in absorpcija energije

Pri pristajanju iz avtorotacije se kinetična energija, shranjena v vrtečih se lopaticah, in gibanje letala naprej uporabita za upočasnitev hitrosti spuščanja in mehak pristanek.

Višja hitrost spuščanja pomeni, da je za zaustavitev helikopterja potrebna večja energija rotorja kot nižja hitrost.

Manevri v avtorotaciji

Ko letalo izgubi moč, mora pilot narediti tri pomembne stvari:

• Avtorotacija: Ta manever zajema spremembo od običajnega motoriziranega leta do enakomerne avtorotacije.
• Enakomerna avtorotacija: Med enakomerno avtorotacijo morajo samo aerodinamične sile motorja povzročiti nič neto navora.

Ker se letalo spušča, teče zrak skozi glavni rotor navzgor. To olajša tudi oblika rezil.

Glavni rotor je z zobniki povezan z repnim rotorjem, tako da pri normalnem letu glavni rotor poganja repni rotor.

Toda med avtorotativnim spuščanjem v stabilnem stanju, ko motor izgubi moč in navor pade na nič, repni rotor preneha delovati kot naprava proti navoru, ker dobi navor iz sistema glavnega rotorja prek prenosnega sistema.

• Flare Landing: Pri tem manevru se vrteče lopatice in premikanje letala naprej uporabljajo za upočasnitev hitrosti spuščanja in mehak pristanek.
• Dotik navzdol – vozilo nežno pristane z uporabo energije, ki ostane v glavi rotorja.

Ročna omejitev hitrosti leta za avtorotacijo

Pri avtorotaciji bo hitrost, nad katero se deli lopatic rotorja, ki se vlečejo za rotorjem, tako razširili vzdolž razpona lopatic, da se bo rotor začel močno upočasnjevati.

Ta zračna hitrost je običajno zapisana kot največja dovoljena zračna hitrost za avtorotacijo v letalskem priročniku.

Avtorotacijski manever helikopterja

Osnovna avtorotacija in njeni štirje deli

Obstajajo štirje deli osnovne avtorotacije:

• Drsenje: Med tem delom je helikopter v stabilnem avtorotativnem spuščanju, pilot pa spreminja pot leta z obračanjem helikopterja ali spreminjanjem zračne hitrosti.
• Flare: V tem delu se hitrost spuščanja upočasni z uporabo kinetične energije, shranjene v vrtečih se lopaticah, in premikanja letala naprej.
• Pristanek ali obnovitev moči: V zadnjem delu helikopter ali mehko pristane ali pa mu pilot da moč, da se vrne.

Praktična uporaba in napredne avtorotacije

Uporaba treninga avtorotacije v resničnem svetu je podobna tistemu, kar počnejo piloti, ko izvajajo prisilne pristanke brez napajanja.

Tako kot pri letalu mora pilot helikopterja za začetek letenja znova vklopiti napajanje. Vendar je zelo pomembno biti natančen in znati premikati helikopter, ko je v avtorotaciji.

Skupina za krmiljenje vrtljajev rotorja

Piloti helikopterjev morajo znati uporabljati kolektiv za nadzor hitrosti rotorjev med avtorotacijami v zavoju ob izklopu.

Ko je kolektiv premaknjen navzgor, se vrtljaji rotorja dvignejo, ko se premakne navzdol, pade vrtljaji na minuto.

Varnostne omejitve in tveganja

Obstajajo tveganja, povezana z izvajanjem avtorotacije med treningom.

V zadnjem delu avtorotacije lahko helikopterju zmanjka kinetične energije, zaradi česar ima le malo ali nič blaženja

To lahko privede do trdega pristanka, ki poškoduje helikopter.

Diagram višine letala v odvisnosti od hitrosti nam pove, kateri je najvarnejši način za izvedbo tega manevra.

Modeliranje in simulacija avtorotacije

Simulacije in modeli na računalnikih so postali priljubljeni načini za preučevanje in izboljšanje delovanja avtorotacije v helikopterjih.

Z računalniškimi simulacijami je mogoče ugotoviti, kako različne konstrukcije helikopterjev ali oblike lopatic rotorja vplivajo na to, kako dobro lahko helikopter leti sam.

Raziskovalci so prav tako izdelali in preizkusili v simulatorju številne pilotske znake, ki bodo pilotu olajšali upravljanje helikopterja, ko se sam vrti.

Med avtorotacijo je določen niz diskretnih in neprekinjenih znakov, ki pilotu pomagajo vedeti, kaj se dogaja in kaj mora storiti.

Prednosti računalniškega simulacijskega modeliranja

Računalniško simulacijsko modeliranje je uporabno, kadar je spreminjanje resničnega sistema težko, drago ali preprosto ni dobra ideja.

Uporablja računalniško programsko opremo za modeliranje resničnega ali predlaganega sistema, oblikovalci, vodje programov, analitiki in inženirji pa jo uporabljajo za razumevanje in ocenjevanje scenarijev "kaj če".

Na primer, namesto da bi dejansko sesuli desetine novih avtomobilov, avtomobilska podjetja uporabljajo računalniške simulacije za testiranje svojih novih linij vozil.

Omejitve računalniškega simulacijskega modeliranja

Na splošno je ena od težav z računalniškimi modeli ta, da ne morejo natančno upoštevati vseh dejavnikov, ki bi lahko vplivali na delovanje sistema.

To še posebej velja, ko poskušamo razumeti zapletene aerodinamične pojave, na primer, kako se lahko helikopter obrne sam.

Druga stvar, ki jo je treba pogledati, je, kako računalniške simulacije vplivajo na splošno javnost. Torej lahko uporaba modeliranja in simulacije brez previdnosti vodi do napačnih zaključkov.

Nekatera pravila, kot je ugotavljanje, kje obrambni sistem ne deluje pravilno, je treba upoštevati pri presojanju veljavnosti katerega koli simuliranega sistema.

Konec koncev imajo računalniške simulacije številne prednosti, vendar imajo tudi nekaj težav, o katerih je treba skrbno razmisliti, preden se sprejmejo kakršni koli zaključki.

Primeri avtorotacije iz resničnega sveta

Primeri avtorotacije iz resničnega sveta kažejo, kako pomembno je, da piloti helikopterjev vedo, kako narediti ta manever v nujnih primerih.

Avtorotacija Robinson Heli Down

Avtorotacija Robinson Heli Down je način varnega pristanka helikopterja, če njegov motor preneha delovati.

Piloti helikopterjev Robinson ga pogosto uporabljajo kot del svojega usposabljanja in tukaj so koraki:

• Pilot mora najprej ugotoviti, da je motor prenehal delovati, nato pa mora takoj začeti manever avtorotacije, tako da spusti skupino in preide v avtomatsko spuščanje.
• Da pride do območja varnega pristanka, mora pilot nato nastaviti enakomerno hitrost spuščanja in ohranjati enakomerno hitrost rotorjev med obračanjem.
• Med spuščanjem mora pilot paziti na zračno hitrost in število vrtljajev rotorja ter uporabiti ciklično kontrolo naklona, ​​da po potrebi izvede spremembe, medtem ko ohranja nadzor nad letalom.
• Ko se helikopter približa tlom, ga mora pilot obrniti vstran, da ublaži pristanek in upočasni hitrost spuščanja.

Avtorotacija v dronih

Avtorotacija ni uporabna le za helikopterje polne velikosti, ampak tudi za helikopterje na daljinsko vodenje in brezpilotna letala.

Ideja za avtorotacijo se ni spremenila: glavni rotor se vrti, ker se zrak premika skozenj navzgor, ne pa zato, ker ga vrti motor.

Avtorotacija v daljinsko vodenih helikopterjih in dronih

Večina helikopterjev s kolektivnim nagibom na daljinsko vodenje (RC) lahko deluje tudi samodejno, če motor zagori ali motor iz nekega razloga preneha delovati.

Da lahko helikopter izvaja avtorotacijo, mora biti gred glavnega rotorja mogoče vzeti iz preostalega pogona ali zobniškega sklopa.

Nekateri majhni brezpilotni letalniki lahko uporabljajo majhen električni motor, da ohranjajo vrtenje rotorja pri enaki hitrosti med avtorotacijo, medtem ko se drugi lahko zanašajo le na sile zraka, da ohranijo vrtenje rotorja pri enaki hitrosti.

Pri daljinsko vodenih helikopterjih in dronih je ključ do uspešnega avtorotacijskega pristanka ohranjanje konstantne hitrosti rotorja in uporaba naklona, ​​cikličnih in skupnih kontrol za nadzor spuščanja letala in hitrosti naprej.

Za daljinsko vodene helikopterje in brezpilotna letala je najboljši način za izvajanje avtorotacijskih pristankov ta, da vadite na varnem, odprtem območju stran od ljudi, zgradb in drugih ovir ter postopoma otežujete manevre, ko se vaše sposobnosti izboljšujejo.

Prav tako je pomembno, da vzdržujete letalo v dobri formi in izvajate redno vzdrževanje ter preglede, da se prepričate, da dobro deluje. Piloti morajo upoštevati vse zakone in pravila o upravljanju letala na daljinsko vodenje.

Avtopilot VECTOR, ki so ga izdelali pri UAV Navigation, je eden od le majhnega števila avtopilotov, ki se lahko v celoti vrti sam.

Da postanete dobri v avtorotacijah, je pomembno, da jih pogosto izvajate na varnem mestu.

Ključ do uspešnega pristanka z avtorotacijo je časovna razporeditev in vedenje o tem, kdaj upočasniti spuščanje in hitrost naprej, tako da povečate s cikličnim ukazom zadaj, uporabite pozitiven skupni naklon in nato izravnate letalo tik pred dotikom s cikličnim naprej, da nežno pristanete.

Pomembno je tudi, da izberete dobro mesto za pristanek in se mu približate pod pravim kotom in hitrostjo.

Video in reference

Nasvet: Vklopite gumb za napise, če ga potrebujete. V gumbu z nastavitvami izberite »samodejno prevajanje«, če niste seznanjeni z angleškim jezikom. Morda boste morali najprej klikniti jezik videoposnetka, preden postane vaš najljubši jezik na voljo za prevod.

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

Primeri uporabe

Uporablja se v:	Opis:
Zasilni pristanek	Eden najpomembnejših načinov uporabe avtorotacije je, ko motor helikopterja preneha delovati v sili. Ko se to zgodi, lahko pilot sproži avtorotacijo, kar omogoča, da helikopter varno zdrsne na tla. Ta poteza lahko reši življenja tako pilotu kot ljudem na krovu.
Vojaški	Avtorotacija je koristna veščina za pilote vojaških helikopterjev, ki vodijo vojaške operacije. V boju se bo moral helikopter morda hitro spustiti na tla, da ga ne zadene sovražnikov ogenj. Z uporabo avtorotacije lahko pilot hitro in varno pristane s helikopterjem.
Iskanje in reševanje	Helikopterji se pogosto uporabljajo za iskanje in reševanje, zlasti na težko dostopnih ali oddaljenih območjih. V takih situacijah lahko avtorotacija pomaga helikopterju varno in nadzorovano pristati, tudi na neravnem terenu.
Kmetijstvo	Avtorotacija se lahko uporablja tudi v kmetijstvu, predvsem pri prašenju pridelkov.
Snemanje in fotografiranje	Helikopterji se pogosto uporabljajo za snemanje posnetkov od zgoraj v filmski in fotografski industriji.
Vzdrževanje električnih vodov	Včasih se helikopterji uporabljajo za vzdrževanje električnih vodov, na primer za popravljanje ali zamenjavo pretrganih vodov. Avtorotacija lahko pomaga, da helikopter varno in natančno pristane na mestih, do katerih je težko priti drugače.

Zaključek

Za zaključek, zamisel o avtorotaciji kaže, kako močan je lahko inženiring in kako ustvarjalni so lahko ljudje.

Daje nam samozavest za letenje s helikopterji in drugimi letali, saj vemo, da lahko še vedno varno zdrsnemo nazaj na tla, če motor preneha delovati.

Avtorotacija nam tudi pokaže, da ko premaknemo meje možnega, lahko naredimo neverjetne stvari.

Inženirji in piloti so že od nekdaj gnali k iskanju novih in boljših načinov letenja, od prvih letov ljudi do najsodobnejše tehnologije, ki se uporablja v sodobnem letalstvu.

Avtorotacija je samo ena od neverjetnih stvari, ki jih lahko naredimo, ko se na to osredotočimo.

Torej, ko naslednjič pogledate navzgor in vidite helikopter, ki leti, pomislite na avtorotacijo, inženirski podvig, ki vse to omogoča.