Состояние вихревого кольца (VRS) - это опасное аэродинамическое состояние, которое может возникнуть в полете вертолета , когда система вихревых колец захватывает ротор, вызывая серьезную потерю подъемной силы . Состояние вихревого кольца иногда называют установкой с помощью мощности , хотя последнее также является терминологией, по-разному используемой для состояний с низким числом оборотов, вызванных быстрым увеличением общего числа оборотов, приводящим к чрезмерному наклону лопастей несущего винта и / или из-за превышения мощности двигателя во время быстрое замедление и / или спуск. Федеральное управление гражданской авиации (FAA) рассматривает эти термины как синонимы, в то время как Министерство транспорта Канады рассматривает их как два разных явления.[2]
Это состояние также встречается с конвертопланом и стало причиной аварии с участием V-22 Osprey . Состояние вихревого кольца привело к потере сильно модифицированного вертолета MH-60 во время операции «Копье Нептуна» , рейда 2011 года, в ходе которого был убит Усама бен Ладен . [3]
Описание
В прямом полете в зоне ступицы нет восходящего ( восходящего ) потока воздуха. По мере уменьшения скорости полета вперед и увеличения скорости вертикального снижения начинается восходящий поток, поскольку в зоне захвата мачты и лопасти нет аэродинамических поверхностей. По мере увеличения объема восходящего потока индуцированный поток (воздух, вытянутый или «индуцированный» вниз через роторную систему) внутренних секций лопастей преодолевается, и лопасти начинают останавливаться возле ступицы. Когда внутренние секции лопастей останавливаются, второй набор вихрей, подобных вихрям на конце ротора, формируется в центре роторной системы и в сочетании с внешним набором вихрей приводит к серьезной потере подъемной силы. Неспособность пилота вертолета распознать это состояние и отреагировать на него может привести к высокой скорости снижения и удару о землю.
Вхождение
Вертолет обычно сталкивается с этим условием при попытке зависнуть из-за влияния земли над парящим потолком самолета, зависать вне зоны влияния земли без поддержания точного контроля высоты, а также во время захода на посадку с подветренной или крутой механической подачей, когда скорость полета падает почти до нуля.
Обнаружение и исправление
Признаки VRS - это вибрация в системе несущего винта [4], за которой следует увеличение скорости снижения и, возможно, уменьшение циклической нагрузки . [5]
В вертолетах с одним винтом состояние вихревого кольца традиционно корректируется путем небольшого опускания коллектива, чтобы восстановить циклическую власть, и использования циклического управления для применения бокового движения, часто с опусканием носовой части для установления полета вперед. В вертолетах с тандемным ротором восстановление достигается за счет бокового циклического нажатия или нажатия педали, либо и того, и другого. Самолет вылетит из вихревого кольца на «чистый воздух» и сможет набрать подъемную силу.
Еще одно исправление, получившее недавно широкую известность как метод восстановления Вуйхарда, было проведено Клодом Вуйхардом, инспектором Федерального управления гражданской авиации (FOCA) в Швейцарии. В этом методе используется комбинация всех трех элементов управления вместе, чтобы уменьшить потерю высоты и более быстрое восстановление: применить циклический режим в направлении тяги рулевого винта, увеличить общую мощность для набора высоты и координировать с педалью мощности для поддержания курса (перекрестное управление). Восстановление завершено, когда диск ротора достигает наветренной части вихря. [1] [6] [7] [8]
Выход из состояния вихревого кольца
Можно отключиться от состояния вихревого кольца, но для этого требуется вдвое больше энергии, чем требуется для зависания. Документально подтверждено, что только один полномасштабный вертолет, Sikorsky S-64 Skycrane , способен делать это в порожнем состоянии. [9]
Реакция пилота или оператора
Пилотов вертолетов обычно учат избегать VRS, отслеживая скорость снижения на более низких скоростях. При столкновении с VRS пилотов учат применять циклическое движение вперед, чтобы выйти из условий и / или снизить общий шаг . [5] В то время как переход к прямому или боковому полету облегчит состояние само по себе, снижение совокупности для уменьшения потребности в мощности уменьшает размер вихрей и сокращает количество времени, необходимое для того, чтобы освободиться от этого состояния. Однако, поскольку состояние часто возникает у земли, снижение коллектива не может быть вариантом; потеря высоты будет происходить пропорционально скорости снижения, разработанной до начала подъема. В некоторых случаях встречается состояние вихревого кольца, и ему разрешается продвигаться до такой степени, что пилот может серьезно потерять управление циклом из-за нарушенного воздушного потока. В этих случаях единственным выходом пилота может быть включение авторотации, чтобы вывести роторную систему из состояния вихревого кольца.
Вертолеты с тандемным ротором
В вертолете с тандемным ротором циклическое движение вперед не приведет к снижению скорости снижения, вызванной VRS. В таком вертолете, который использует дифференциальный общий шаг для увеличения воздушной скорости, боковые циклические входы должны выполняться вместе с нажатиями на педали, чтобы скользить горизонтально из возмущенного воздуха в состоянии вихревого кольца.
Мультикоптеры с радиоуправлением
Мультикоптеры (распространенные на дронах) подчиняются нормальной аэродинамике винтокрылого аппарата, включая состояние вихревого кольца. Конструкция рамы, размер и мощность влияют на вероятность входа в состояние и выхода из него. Мультикоптеры, у которых нет функции удержания высоты, также с большей вероятностью поддаются ошибке оператора, когда пилот слишком быстро опускает аппарат, что приводит к смыванию вверх ступиц несущего винта, что может привести к состоянию вихревого кольца. С другой стороны, те, кто оснащен этой функцией, обычно контролируют спуск автоматически и могут (но не всегда) избежать опасного состояния. [10]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ a b Справочник по полетам на вертолете, FAA-H-8083-21A (PDF) . Департамент транспорта США, FAA, Служба стандартов полетов. 2012. С. 11-8–11-12, 11-17–11-20.
- ^ « Руководство по летной подготовке вертолета (TP 9982) - Упражнение 26 - Вихревое кольцо » Transport Canada , 20 мая 2010 г. Дата обращения : 13 сентября 2014 г. Цитата: Есть несколько неосведомленных пилотов, которые используют «установление с помощью мощности» для описания вихревого кольца в Фактически, в некоторых публикациях эти термины используются как синонимы. Путаница возникает, когда связаны симптомы, которые не описывают истинное вихревое кольцо, а скорее описывают «оседание с недостаточной мощностью». Это может произойти, когда пилот пытается остановить быстрое снижение с малой мощностью, но обнаруживает, что у него недостаточно мощности, чтобы привести вертолет в режим зависания или посадки без зависания без превышения предельных значений двигателя. Однако это не ситуация с вихревым кольцом.
- ^ Капаччо, Тони (5 мая 2011 г.). «Вертолет с морскими котиками, сбитыми вихрем, а не механической неисправностью или огнестрельным оружием» . Bloomberg LP
- ^ Джонсон, Уэйн. Теория вертолета, стр. 99 + 106, Courier Dover Publications , 1980.Дата обращения: 25 февраля 2012 г. ISBN 0-486-68230-7
- ^ a b Консультативный циркуляр (AC) 61-13B, Базовое руководство по вертолетам , Министерство транспорта США, Федеральное управление гражданской авиации. 1978 г.
- ^ Такер, Тим. «Полет сквозь вихрь» . Ротор и крыло . Авиация сегодня . Проверено 13 февраля +2016 .
- ^ Robinson R22 / R44 Flight Training Guide, R22 Maneuver guide, Settling-With-Power / Vortex Ring State, page 29, Revised: October 2013.
- ^ «Клод Вуйчард и Тим Такер рассказывают историю, лежащую в основе техники Вуйхарда» . Вертикальный Mag . 29 апреля 2021 года. Архивировано 29 апреля 2021 года.
- ^ http://scs-europe.net/conf/ecms2007/ecms2007-cd/ecms2007/ecms2007%20pdf/ese_0121.pdf
- ^ «Квадрокоптер« Колебание смерти »: восстановление и предотвращение VRS» . YouTube . Проверено 21 сентября 2014 года .
Внешние ссылки
- Расчет свободного вихревого следа при включении и переходе роторов и поворотных роторов вертолетов через состояние вихревого кольца
- Развенчание мифа об архиве MV-22
- Вихревое кольцо на SKYbrary
- Техника восстановления Вуйхарда - как выйти из состояния вихревого кольца