Warum wirkt die Nickbewegung bei einem Helikopter um 90 Grad später?

Wenn Sie einen elektrischen Ventilator auf einem Tisch einschalten und einen Tischtennisball daran vorbeiwerfen, sehen Sie, wie die Luft den Tischtennisball in eine andere Richtung drückt, als Sie geworfen haben.

Sie werfen es in eine Richtung, es wird in eine andere Richtung geschoben, und am Ende geht es in eine Kombination der beiden Richtungen. Physiker nennen dies Vektoraddition, weil sowohl die Geschwindigkeiten als auch die Richtungen scheinbar addiert werden.

Stellen Sie sich Hubschrauberblätter vor, die sich so schnell drehen, dass sie verschwommen werden. Sie sieht aus wie eine Scheibe und wird von Hubschrauberpiloten als Rotorscheibe bezeichnet.

Hoffentlich hilft Ihnen dieses Bild zu erkennen, dass die Kraft auf die Rotorscheibe die Bewegung der rotierenden Scheibe in eine andere Richtung drückt, so wie die Luft den Tischtennisball in eine andere Richtung drückt

Die Vs stehen für „Velocity“, was ein Name für Geschwindigkeit ist, wenn Sie eine Richtung angeben. F steht für die „Kraft“ unseres Vorstoßes.

(1.) Ist eine Ansicht von oben nach unten einer Rotorscheibe gegen den Uhrzeigersinn, wie der Robinson R44. (1.) soll uns dabei helfen, uns an diesem 2-dimensionalen Bild unserer 3-dimensionalen Welt zu orientieren.

(2.) ist eine seitliche Winkelansicht der gleichen Rotorscheibe, mit einer Kraft, die auf der uns am nächsten liegenden Seite nach oben drückt. Diese Kraft bewirkt, dass sich die Scheibe in (3.)

(3.) Zeigt, dass, obwohl sich die Scheibe nicht in die Richtung drehte, die die meisten von uns erwartet hatten, der Teil der Scheibe, den wir drückten, die Richtung genau so änderte, wie es der Tischtennisball getan hätte. Es ging in eine Richtung, es wurde in eine andere Richtung geschoben, und es endet in einer Kombination aus beidem. Beachten Sie, dass V2 und V4 die Richtung nicht geändert haben. V2 entfernt sich immer noch von uns und V4 kommt immer noch auf uns zu. V1 ging nach rechts, es wurde nach oben geschoben, und am Ende ging es nach oben und nach rechts. Da die Mitte der Rotorscheibe an einer Antriebswelle befestigt ist, bewirkt das Hochdrücken auf unserer Seite, dass die andere Seite nach unten gedrückt wird, und die Richtung von V3 ändert sich nach unten.

Ich habe das Bild mit MS Paint gemacht und hoffe auf mehr Ansehen, damit ich Links und Kommentare hinzufügen kann, also war es hoffentlich hilfreich :)

ÜBER DIE ANDEREN ANTWORTEN: Die Antwort von Benutzer10851 ist richtig, aber jeder, der sich nicht mit Physik auskennt (und kein großartiges räumliches Bewusstsein hat), wird sie nicht verstehen. Außerdem sagt seine Antwort im Grunde, dass es passiert, weil das Kreuzprodukt es sagt, was nicht sehr hilfreich ist. NeuroFuzzy und HelloGoodbye sind falsch.

ÜBER HUBSCHRAUBER und meine Glaubwürdigkeit: Ich habe eine US FAA Rotorcraft-Hubschrauber-Privatpilotenlizenz und etwas mehr als 100 Flugstunden in kleinen Hubschraubern. Ich bin auch ein Elektroingenieur, der an meiner Universität Physik und Analysis unterrichtet hat. Hubschrauber haben vier Steuerungen, die sich auf ihre Bewegung beziehen, aber Sie verwenden oft nur drei. Das Kollektiv erhöht die Steigung (auch bekannt als Anstellwinkel) aller Blätter während ihrer gesamten Rotation, sodass Sie die vertikale Gesamtkraft ändern und den Auftrieb erhöhen oder verringern können . Die Anti-Torque-Pedale ändern die Anstellung der Heckrotorblätter (alle Blätter ändern sich gemeinsam wie das Kollektiv), sodass Sie die Nase nach links oder rechts drehen können. Die Drosselsteuert den Kraftstofffluss zum Motor und ist oft über einen "Korrelator" mit dem Kollektiv verbunden, so dass es nicht verwendet werden muss. Und schließlich das Zyklische, Gegenstand unserer Diskussion. Der Kreisel verstellt die Blattsteigung überwiegend an einem Punkt ihrer Drehung so, dass dort die Kraft am größten ist. Dies geschieht durch einen genialen Mechanismus namens Taumelscheibe. Bei Verwendung des Zyklikers ändert sich die Tonhöhe jedes Flügels sanft wie eine Sinuswelle, während sie jede 360-Grad-Drehung durchläuft. Jedes Blatt hat nur dann seine höchste Neigung, wenn es 90 Grad hinter der Richtung liegt, in die der Pilot den Zykliker drückt (wie das OP erwähnt). Wenn wir diese Position 0 Grad nennen, nimmt die Neigung ab, wenn sich das Blatt in die 180-Grad-Position bewegt, und steigt dann wieder an und erreicht die maximale Neigung, wenn das Blatt die volle 360 ​​erreicht hat. Fast so, als würden Sie mit den Flügeln schlagen. Voll artikulierte Rotorsysteme sollen flattern, federn, führen und nacheilen.

Wie @NeuroFuzzy betonte, befindet sich die durchschnittliche Position, in der die Aufwärtskräfte während dieser 180 Grad wirken, hinter der Rotationsachse, nicht links davon, da sich die Klinge mit dieser Neigung um 180 Grad dreht, bevor Sie die Neigung erneut ändern , wo die Kraft nur am Anfang dieser 180 Grad wirkt.

Beide Fälle sind gleich.

Lassen Sie uns einige Achsen zuweisen. Sagen$z$zeigt nach oben durch den Helikopter,$y$vorwärts, und$x$Nach rechts. Und stimmen wir zu, dass sich die Klingen von oben gesehen gegen den Uhrzeigersinn drehen. Das heißt, die Winkelfrequenz$\vec{\omega}$und Drehimpuls$\vec{L}$der Klingen sind zunächst beide in der$+z$-Richtung, und der Helikopter schwebt bewegungslos.

Fall 1: Die Taumelscheibe ist so eingestellt, dass der Anstellwinkel links größer und rechts kleiner ist. Auf der Linken ($-x$) es gibt eine nach oben gerichtete Kraft ($+z$), so dass auf das Messersystem ein Drehmoment in Richtung von wirkt$(-\hat{x}) \times (+\hat{z}) = +\hat{y}$. Auf der rechten Seite erhalten wir wieder das gleiche Drehmoment, wie$(+\hat{x}) \times (-\hat{z}) = +\hat{y}$. Infolge$\vec{L}$verschoben wird$L_0 \hat{z}$zu etwas wie$L_0 \hat{z} + L_1 \hat{y}$, Wo$L_0, L_1 > 0$. Dies entspricht einem "Vorwärtsneigen", so dass nun Schub vorhanden ist, der das Fahrzeug vorwärts antreibt.

Fall 2: Beginnen wir nun wieder mit dem Schweben und vergrößern den Anstellwinkel ($+z$Kraft) vorne ($+y$Verdrängung) und verringern ($-z$Kraft) im Rücken ($-y$Verschiebung). Das gleiche Kreuzprodukt induziert$90^\circ$Phasenverschiebung auftritt, wie$(+\hat{y}) \times (+\hat{z}) = (-\hat{y}) \times (-\hat{z}) = +\hat{x}$. Der$+x$Drehmoment verschiebt den Drehimpuls um eine nach oben und rechts geneigte Achse rein$+z$, und der Helikopter bewegt sich nach rechts.

Wo/wann der Effekt stattfindet, ist etwas subtil. Sicherlich wird jeder Impuls auf der Klinge zeitgleich durch den Körper übertragen ( oder zumindest mit Schallgeschwindigkeit im Inneren des Materials). Aber die Wirkung dieses Impulses besteht hauptsächlich darin, die Flugbahn der Klinge zu verändern. Je schneller sich das Blatt dreht, desto weiter wird der vertikale Scheitelpunkt der neuen Flugbahn getragen$90^\circ$stromabwärts. Was bei Helikoptern die Intuition zu Fall bringt, ist die Tatsache, dass Blattwinkel Kräfte direkt ändern, aber nicht Verschiebungen .