Kann ein Helikopter in einer kleinen, abgeschlossenen, versiegelten Umgebung ununterbrochen operieren?

Vor vielen Jahren hatte ich eine interessante Diskussion mit einem Freund (beim Trinken). Wir diskutierten darüber, was passieren würde, wenn ein Helikopter in eine Sphäre einer gewissen Größe platziert würde (etwas größer als der Helikopter, ein paar Mal größer als der Helikopter usw.). Angenommen, die Kugel ist mit Luft bei Standardtemperatur und -druck gefüllt und es gibt eine Standard-Schwerkraft von 1 G, die in eine Richtung zieht.

Kann der Hubschrauber den Flug aufrechterhalten?

Ich glaube, es könnte für eine sehr kurze Zeit sein, bis die Luft (relativ) stabil zu zirkulieren beginnt, wodurch der "natürliche Luftstrom" bereits abfällt, wenn er auf die Rotorscheibe trifft, wodurch der Auftrieb auf fast nichts reduziert wird.

Ich bin gespannt, was ein Experte dazu sagen könnte. Wenn dies nicht zum Thema gehört, markieren Sie es als solches und ich werde die Frage löschen. Es kann auch hilfreich sein, weitere nützliche Tags hinzuzufügen, von denen ich nichts weiß. :)

Ich nehme an, dies könnte auch für einen Hubschrauber gelten, der versucht, in einem Hangar zu fliegen.
Nein, sie fliegt nicht, es sei denn, die Kugel ist so groß, dass die Umwälzung der Luft kein Problem darstellt, da sie, wie Sie richtig sagen, kurzzeitig fliegt, bis die Luft über dem Rotor bereits absinkt und damit der Winkel Der Angriff wird so reduziert, dass nicht genug Auftrieb erzeugt wird, um den Flug aufrechtzuerhalten. Ich habe nicht die Mathematik, die erforderlich ist, um herauszufinden, wie groß die Kugel für einen bestimmten Hubschrauber sein muss, aber ein Masochist könnte eine postulieren, um ein paar Punkte zu sammeln :)
Die andere Frage bleibt, würden Sie den Piloten und die Triebwerke mit atembarem/brennbarem Sauerstoff verhungern lassen, bevor die Luftströmungsmuster zu einem Problem würden?
@Simon: Die Antwort ist also, dass die Rotorblätter stehen bleiben?
Ich habe nie daran gedacht, dass die Motoren den Sauerstoff verbrauchen usw. Ich habe nur die aerodynamischen Aspekte berücksichtigt. Ich denke, dass der Motoraussetzer wegen Luftmangel den Spaß verdirbt und vernachlässigt werden könnte. Interessanter Gedanke.
Ich glaube nicht. Wenn die Luft herausgedrückt und dann von der Kugel unterstützt wird, wird sie zunehmend schneller, so dass ein Auftriebsverlust auftritt und der Hubschrauber auf den Boden der Kugel sinkt. Wenn ich darüber nachdenke, zirkuliert die Luft bereits, bevor sie abhebt! Oh nein, es ist eine Laufbandfrage ! Ich stimme jetzt dafür, dass es nicht einmal abheben kann, es sei denn, die Kugel ist groß genug, dass keine Rezirkulation auftritt.
Apropos Laufbanddebatten: Die Mythbuster-Folge „Birds in a Truck“ ist durchaus relevant. Ich denke, sie haben es mit einer Drohne getestet, und das Ergebnis ist ja, Sie können etwas in einem geschlossenen Raum fliegen, wenn es im Vergleich zu dem, was Sie fliegen, relativ groß ist. Darüber hinaus ändert sich das Gewicht dieses Space+Heli beim Start aufgrund des von Ihnen erzeugten Druckunterschieds nicht.
Schlagen Sie „Vortex Ring State“ und „Settling with Power“ nach.
@Riccati Das sind ganz andere Phänomene. Sie treten auf, wenn der Helikopter in seinen eigenen Wirbel absinkt. Das Endergebnis ist das gleiche, aber sie werden nicht dadurch verursacht, dass beschleunigte Luft von oben in die Scheibe gesaugt wird, wie dies hier der Fall wäre.
Quadcopter in einer (trockenen) Duschkabine?.. Ich sehe eine Mythbusters-Folge...
Was wäre, wenn Sie sich nur den linearen Impuls ansehen und die Rotorblätter ignorieren? Um Schub zu erzeugen, muss die Luft durch den Rotor beschleunigt werden. Wenn die Luft ohne Energie- und damit Geschwindigkeitsverluste zirkuliert, muss man die Luft mit zunehmender Anfangsgeschwindigkeit beschleunigen, was wegen [1] Motorleistungsbegrenzungen [2] aerodynamischer Grundeffekte (Überschallströmung -> Erschütterungen) nicht lange funktioniert etc.) [3] mechanische Einwirkungen (Fliehkräfte etc.) [4] aerodynamische Einwirkungen auf die Flügel des Rotors

Antworten (4)

Ein Hubschrauber entwickelt Auftrieb, indem er Luft durch seine Rotoren nach unten beschleunigt. Dies beruht darauf, dass die Luft über den Rotoren langsam genug ist, damit die Rotoren diese Luft genug beschleunigen können, um einen ausreichenden Auftrieb bereitzustellen. Beim Schweben in ruhender Luft hat die einströmende Luft relativ zum Helikopter eine Nullgeschwindigkeit. Während natürlich die Luft gespart wird, kann sich der Abwind in einem großen Luftvolumen viel stärker ausbreiten, und ein Großteil davon zirkuliert nicht sofort wieder nach oben über den Hubschrauber.

Wenn der Helikopter in einer Kugel eingeschlossen wäre, je kleiner die Kugel, desto weniger würde die Luft diffundieren können. Der Abwind würde zurück zur Spitze der Kugel zirkulieren, wo die Rotoren diese Luft wieder aufnehmen würden. Die Rotoren würden die mit erheblicher Geschwindigkeit einströmende Luft weniger effektiv beschleunigen, so wie ein Propeller mit zunehmender Vorwärtsgeschwindigkeit weniger Schub entwickelt. Ein erfolgreicher Schwebeflug würde davon abhängen, dass der Hubschrauber in der Lage ist, einen Auftrieb mit einer Zirkulationsrate zu entwickeln, bei der die Luft ausreichend langsam werden kann, damit die Rotoren wirksam sind.

Dies scheint ein Experiment zu sein, das so handhabbar ist, dass jemand es zu Hause ausprobieren könnte ...

Also ist dieser Kommentar richtig?
@Thesis ja, ich würde auch Simons Qualifikation hinzufügen: unless the sphere is sufficiently large that recirculation does not occur.Es wird eine Kugel geben, die groß genug ist, dass die Verluste der vom Hubschrauber hinzugefügten Energie entsprechen.

Eine ernsthafte Gefahr für den Hubschrauberflug ist das Fliegen in einem Wirbelringzustand , der einen Strömungsabriss verursacht.

Im Wesentlichen sinkt der Hubschrauber in seinen eigenen Abwind ab. Wenn die Bedingung eintritt, speist die Erhöhung der Rotorleistung lediglich die Wirbelbewegung, ohne zusätzlichen Auftrieb zu erzeugen

Dabei sind mehrere Helikopter abgestürzt.

Dieser Zustand würde sich bei einem Hubschrauber in einem geschlossenen Container sehr schnell einstellen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Ich glaube, ich bin anderer Meinung. Im Wirbelringzustand sinkt der Helikopter in seinen eigenen Abwind, der die Geschwindigkeit der nach unten beschleunigten Luft verringert, eine Aufwärtsströmung durch die Nabe verursacht und daher den Auftrieb verringert, wenn das Blatt von der Wurzel abreißt. Rezirkulation ist ein anderes Phänomen. Bei der Rezirkulation besteht das Problem darin, dass der Zufluss von oben nach unten beschleunigt wird. Der Anfangszustand von VRS ist ein Aufwärtsfluss durch den Hub.
Stellen Sie es sich anders vor, VRS kann NUR auftreten, wenn der Hubschrauber absteigt. Eine Rezirkulation kann beim Sinkflug, Steigflug oder Schweben auftreten, z. B. beim Schweben in der Nähe eines Gebäudes, und dies geschieht auch.
Ich würde diese Antwort gerne akzeptieren, weil sie Sinn macht (vielleicht Bestätigungsfehler meinerseits? :) und wegen der coolen Grafik (Attribution?). Ich werde diesen hier jedoch ein oder zwei Tage laufen lassen, um zu sehen, ob noch etwas Interessantes gepostet wird. Außerdem wird meine Frage hoffentlich nicht geschlossen - 2 Stimmen im Moment! heh...
@Steve: Das Bild wurde laut WikiMedia von Xmnemonic (James Cho) als gemeinfrei freigegeben .

Wenn die Antwort nein wäre, könnten Indoor-Modellhubschrauber nicht fliegen.

Natürlich kann es, aber das Gehäuse muss groß oder klein genug sein, um zu vermeiden, dass sich um den Rotor herum ein toroidaler Wirbel entwickelt. Um meine Antwort zusammenzufassen, drei Bedingungen machen es möglich:

  1. Ein sehr großes Gehäuse, das genügend Vorwärtsgeschwindigkeit zulässt, damit der Hubschrauber niemals in seinem eigenen Kielwasser fliegt,
  2. eine sehr niedrige Decke bzw
  3. ein sehr enges Gehege.

Fall 1 ist trivial, deshalb beschränke ich mich hier auf Fall 2: Wenn Sie einen Indoor-Modellhubschrauber geflogen sind, wissen Sie wahrscheinlich, dass es nicht ratsam ist, der Decke zu nahe zu kommen: Der Hubschrauber wird instabil und wird direkt hineingesaugt . Dies wird durch den Bodeneffekt (oder besser in diesem Fall den Deckeneffekt ) verursacht: Die Effizienz der Blätter steigt, je näher sie an einer horizontalen Fläche sind, und der Hubschrauber benötigt weniger Drehmoment für den gleichen Auftrieb. Sobald der Rotorkopf die Decke berührt, müssen Sie die Stromversorgung fast auf Null reduzieren, um ihn wieder zu befreien. Derselbe Effekt kann nun genutzt werden, um im beengten Raum zu fliegen, da er verhindert, dass sich der toroidale Wirbel des Wirbelringzustands entwickelt.

Nun die Erklärung zu Fall 3: Wenn Sie darauf bestehen, keine Oberfläche zu berühren, wird sich der Wirbel bald entwickeln und den Auftrieb verringern. Wie lange Sie schweben können, hängt von der Luftmenge ab, und es gibt ein Minimum, wenn der Durchmesser des Gehäuses ungefähr doppelt so groß ist wie der Rotordurchmesser. Sobald der Durchmesser kleiner wird, wird der Wirbel wieder gehemmt, und wenn das Gehäuse klein genug ist, sieht der Rotor aus wie ein Ventilator in einem Kanal. Jetzt wird wieder weniger Energie für den Auftrieb benötigt – gerade genug, um die notwendige Druckdifferenz durch die Rotorscheibe aufrechtzuerhalten.

Ich sollte hinzufügen, dass diese Lösung am besten mit einem koaxialen Rotor funktioniert und kein Schwanz an einem Ende herausragt.

Interessant. Ich habe den dritten Fall nie in Betracht gezogen, in dem sich der Hubschrauber im Wesentlichen wie eine Pumpe verhält. Ja, es sollte funktionieren, weil wir wissen, dass einige Axialkompressorkonstruktionen funktionieren (mit etwas Leckage). Die Enge stoppt im Wesentlichen die Rezirkulation und die Scheibe wird im Wesentlichen zu einem sehr ineffizienten Kolben. :D

Wenn ich mich recht erinnere, gibt es im Film 1982 Deadly Encounter eine Szene, in der ein Hugh 500 in einem großen Hangar fliegt. Kein CGI in '82, glaube nicht, dass Spezialeffekte verwendet wurden, also ja, Indoor-Flug möglich. Mein Gedanke, die beschleunigte Luft über Rotoren zu sein, würde durch den Bodeneffekt etwas ausgeglichen.

Willkommen bei AviationStackExchange. Bitte geben Sie einen Zeitstempel des Stunts an, den Sie gerade erwähnt haben. Das einzige, was ich ähnlich finden konnte, war ein Stunt, bei dem der Hughes 500C Loach einen Aérospatiale SA 315B Lama durch ein langes, offenes, scheunenartiges Gehege ohne Wände jagte. Es hatte nur ein Dach und Dachstützen. Der in dieser Frage beschriebene Wirbelringzustand würde aus zwei Gründen nicht realisiert werden. 1) Oberhalb der Rotorblätter könnte die Luft aufgrund der offenen Seiten nicht zirkulieren. 2) Das Flugzeug hat die Vorwärtsbewegung nie gestoppt. Ohne anzuhalten würden sie nicht in den Strudel geraten.
Sie haben Recht, ich ging zurück und suchte auf Youtube nach dem Film, mein Gedächtnis war fehlerhaft, ja, der Stunt wurde durch eine Struktur mit offenen Wänden geflogen, nicht wirklich „drinnen“. Zu Beginn des Films feuert er jedoch seinen kleinen Hughs ab und fliegt ihn aus dem Kleiderbügel vor dem Kleiderbügel und spielt dann mit den einheimischen mexikanischen Jungen einen kleinen Tritt gegen die Dose, indem er mit einem der Kufen auf die Dose schlägt, nicht sicher über diesen Stunt , aber der Rest des Films hat ein erstaunlich geschicktes Fliegen, gefährlich so.
Kann ein Helikopter in einer kleinen, abgeschlossenen, versiegelten Umgebung ununterbrochen operieren?
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