Wie führt ein Helikopterpilot eine Autorotationslandung durch?

Ich gehe davon aus, dass Sie mit "kritisch" überlebensfähig meinen. Ich gehe auch davon aus, dass der Motorschaden in einer Höhe auftritt, die Sie töten wird.

Es sind nicht so sehr kritische Schritte, es sind kritische Ergebnisse. Das wichtigste Ergebnis ist die Beibehaltung oder Wiedererlangung der Rotordrehzahl. Welche Schritte dazu erforderlich sind, hängt davon ab, was das Flugzeug tut, wenn der Motor ausgeht, und in geringerem Maße vom Typ des Hubschraubers. Ich werde für einen "durchschnittlichen" Hubschrauber im Geradeaus- und Horizontalflug verallgemeinern.

Die unmittelbare Handlung, die jedem von den allerersten Stunden als Student an eingebläut wird, besteht darin, das Kollektiv zu senken. Dies hat drei Effekte. Es entfernt die positive Steigung von den Blättern, wodurch der größte Teil des Luftwiderstands entfernt wird, es richtet den Rotorschubvektor auf die Achse der Rotordrehung aus und verwendet daher keine Rotorenergie für etwas anderes als den Auftrieb, und es bewirkt, dass eine Kupplung den Rotor vom Motor löst, was dies ermöglicht zum Freilauf. Von diesem Punkt an geht es zurück zur Erde.

Die zweite unmittelbare Maßnahme zur gleichen Zeit wie das Absenken des Kollektivs (Vorwärtsflug vorausgesetzt) ​​besteht darin, den zyklischen zum Aufflackern zurückzuziehen. Dadurch wird die Scheibe belastet, was dazu führt, dass sie sich nach oben "kegelt", wodurch der Scheibendurchmesser verringert wird. Dadurch verschiebt sich der Schwerpunkt der Scheibe nach innen und aufgrund der Drehimpulserhaltung erhöht sich die Rotordrehzahl. Aus ziemlich komplizierten Gründen neigt sich die Nase des Hubschraubers auch nach unten, wenn das Kollektiv abgesenkt wird, so dass ein Zurückziehen dieser Tendenz entgegenwirkt.

Die dritte unmittelbare Aktion besteht darin, das Pedal auf der der Rotation der Messer entgegengesetzten Seite zu treten. Wenn sich die Blätter gegen den Uhrzeigersinn drehen (aus Sicht des Piloten nach links), drücken Sie das rechte Pedal, um den Schub zu verringern, der vom Heckrotor erzeugt wird, der dem durch den Widerstand des angetriebenen Rotors verursachten Gieren nicht mehr entgegenwirkt. Dies ist weniger kritisch als die ersten beiden und obwohl es gefährlich sein und Sie in eine unangenehme Haltung bringen kann, ist es normalerweise möglich, sich davon zu erholen, wenn Sie das Pedal nicht sofort durchtreten. Wenn Sie die Rotordrehzahl haben, können Sie sie aussortieren.

Jetzt haben Sie die Autorotation erfolgreich eingegeben. Fliegen Sie von hier mehr oder weniger normal zum nächsten kritischen Punkt, der etwa 50 Fuß über dem Boden liegt.

Was Sie getan haben, ist sicherzustellen, dass der Rotor eine fliegende Drehzahl hat und dass Sie die Energie verwalten, indem Sie potenzielle Energie (Höhe) gegen kinetische Energie (Rotordrehzahl) eintauschen. Die Umwandlung erfolgt durch den Luftstrom, der jetzt unter der Scheibe hervorkommt und den Rotor "antreibt", um die Drehzahl aufrechtzuerhalten. Die Steigung ist neutral oder vielleicht sogar negativ, aber der relative Luftstrom geht jetzt nach oben durch die Scheibe und daher haben die Blätter einen positiven Anstellwinkel und erzeugen etwas Auftrieb. Dies verhindert, dass der Helikopter herunterfällt. Als Folge der Erzeugung dieses Auftriebs wird ein gewisser Luftwiderstand erzeugt, der jedoch leicht durch die Kraft überwunden werden kann, die den Rotor jetzt von diesem aufwärts gerichteten Luftstrom antreibt.

Solange Sie absteigen, findet diese Umwandlung statt und Ihre Drehzahl wird beibehalten. Die Steuerungen sind so eingestellt, dass die Drehzahl bei vollständig heruntergefahrenem Kollektiv im normalen Bereich bleibt. Manchmal muss man es ein wenig mit kleinen Mengen an Kollektiven, Flares und Kurven optimieren, aber im Allgemeinen fliegt man einfach auf seinen Landeplatz zu. Bei Autorotation ist der zulässige Drehzahlbereich größer. Zum Beispiel (und aus dem Gedächtnis) hat der R22 eine Reichweite von 97-103 % im Normalflug und 90-110 % bei Autorotation.

Sie steigen jetzt mit einer hohen Sinkrate und normalerweise einer beträchtlichen Vorwärtsgeschwindigkeit ab. Sie müssen beide reduzieren, um sicher anzukommen. Dazu gibt es drei weitere kritische Schritte.

Beginnend bei etwa 50 Fuß (abhängig von vielen Faktoren, aber bleiben wir bei dem durchschnittlichen Hubschrauber, der aus gerader und ebener Höhe in die Autorotation eingetreten ist), zünden Sie das Flugzeug, indem Sie den Zykliker zurückziehen. Dadurch wird das Flugzeug sofort langsamer. Es wird auch beginnen, die Drehzahl zu erhöhen (Sie wandeln jetzt die Geschwindigkeit in kinetische Energie des Rotors um).

Gleichzeitig erhöhen Sie das Kollektiv, um die Sinkgeschwindigkeit zu verringern, indem Sie den erzeugten Auftrieb erhöhen. Dies wird den Luftwiderstand schnell erhöhen, aber jetzt kommt die Energie, die benötigt wird, um die Drehzahl aufrechtzuerhalten, von der Fackel, die Geschwindigkeit in Drehzahl umwandelt. Sie müssen auch das Pedal treten, um das Flugzeug am Gieren zu hindern, wenn der Luftwiderstand am Rotor zunimmt.

Vorausgesetzt, Sie haben den richtigen Einstieg und Ihre Fackel reduziert die Geschwindigkeit und Geschwindigkeit des Abstiegs auf ein überlebensfähiges Maß, dann werden Sie weggehen. Sie könnten den Helikopter zerstören und sich ein paar Knochen brechen, aber kommen Sie bei 10 Fuß mit nur 20 Knoten und einer Geschwindigkeit von 150 Fuß pro Minute an, und Sie werden damit davonkommen.

Wenn Sie gut trainiert und geübt sind, landen Sie sicher und reibungslos, ohne Schäden an Maschine oder Personen.

Zusammenfassend wichtige Schritte:

Eintrag. Hebel runter, zyklisch zurück, Pedal rein.

Ankunft. Zyklisch zurück, Hebel hoch, Pedal rein.

Dies soll keine vollständige Antwort sein, sondern ein Kommentar eines Laieningenieurs, der auf Simons sehr schöne Erklärung hinweist.

Im Abstiegsmodus mit zyklischem Herunterfahren befinden sich die Rotorblätter in negativer Neigung zu normal und der Luftstrom durch sie fügt ihnen Energie hinzu (bis zu einer bestimmten kontrollierten Grenze), anstatt Energie von ihnen zu übertragen. Der Rotor wird zum Energiespeicher – einem „geflügelten Schwungrad“. Wenn der Rotor in diesem Modus bei maximal zulässiger Drehzahl ist, wird die gespeicherte Energie maximiert. Sobald Sie die maximal zulässige Drehzahl erreicht haben, können die Blätter betrieben werden, um den Fallwiderstand zu maximieren, sofern die Drehzahl beibehalten wird – der Rotor ähnelt einer großen flachen Platte. Die Maschine fällt jetzt mit Endgeschwindigkeit* für die maximale Luftwiderstandskombination.

Wenn Sie das Kollektiv „abfackeln“ und anheben, wird die Blattneigung wieder positiv und Sie haben wieder einen angetriebenen Hubschrauber. ABER es wird von der Trägheitsenergie angetrieben, die in der Masse der rotierenden Blattanordnung gespeichert ist, und Sie werden diese extrem schnell aufbrauchen – Sie haben einige Sekunden Flugzeit, wobei die Rotorgeschwindigkeit abfällt, wenn ihm Energie entnommen wird. Das Abfackelverfahren ist dafür ausgelegt, die gespeicherte Rotationsenergie in einer Weise zu nutzen, die den Übergang von Geschwindigkeiten vor dem Abfackeln zu Geschwindigkeiten nach dem Abfackeln optimiert.

* Endgeschwindigkeit der Autorotation:

Ich habe dies nicht untersucht, daher kann es Gründe dafür geben, dass es falsch ist, aber basierend auf vielen anderen Szenarien für stumpf fallende Objekte scheint es wahrscheinlich, dass die Fallrate nahe an dem liegt, was von der klassischen Widerstandsgleichung vorhergesagt wird, also dem Fallwiderstand des Rotors oder der Maschinenmasse ist definiert durch

wo

• $\rho =$Luftdichte ($1.2\ \mathrm{kg/m^3}$in der Nähe des Meeresspiegels)
• $A =$Bereich ($\mathrm{m}^2$)
• $V =$Geschwindigkeit ($\mathrm{m/s}$)
• $C_d =$Luftwiderstandsbeiwert relativ zur flachen Platte, sagen wir in diesem Fall 0,8

Deshalb$\mathrm{mass} \cdot g = 0.6 \cdot 0.8 \cdot A \cdot V^2$

und Endgeschwindigkeit

Terminal Auto-Rotation-Geschwindigkeit in$\mathrm{m/s}$ist dann

Während dies eine Schätzung ist, die auf einer Reihe von Annahmen basiert, liefert das allgemeine Prinzip zufriedenstellend gute, wenn auch ungefähre Ergebnisse für so unterschiedliche Objekte wie Felder, Mäuse, Bowlingkugeln, Fallschirmspringer und Frachtfallschirme. (Es funktioniert nur für Regentropfen, wenn Sie erkennen, dass sie bei Endgeschwindigkeit im Allgemeinen als abgeflachte, scheibenähnliche Form fallen.)

Beispiel:

Robinson R22 Beta II , 620 kg Bruttogewicht, 151 Zoll Rotorradius. Nutzen Sie 600 kg und 46 Quadratmeter Rotor-Scheiben-Fläche:

Weiter schauen …

Ich sehe, ich hätte nicht damit anfangen sollen. Faszinierend. Mal essen.
Es stellt sich heraus, dass die obige Formel eine etwas hohe Autorotationsgeschwindigkeit ergibt, was gut ist. Wahrscheinlich 50%+ höher als tatsächlich. Möglicherweise aufgrund des Auftriebs von der Scheibe im Vorwärtsgleitflug.

1.000 Fuß pro Minute$\approx 5\ \mathrm{m/s}$. Verschiedene Seiten erwähnen automatisch rotierte Sinkflugwerte von 1.300 bis 1.800 fpm.

Autorotationsbezogener Rechner und VIEL VIEL mehr - hervorragend . Enthält Kommentare -

• Ein Rotor in vertikaler Autorotation hat den gleichen Widerstand wie ein Fallschirm mit gleichem Durchmesser. Diese Sinkgeschwindigkeit ist auch ungefähr doppelt so hoch wie die durch Schweben verursachte Geschwindigkeit.

• 2500 ft/min ist eine vernünftige Obergrenze für größere Hubschrauber, dh 13 m/s

• Das$t/k$Verhältnis, das ist die Zeit in Sekunden, die ein Rotor den Häcksler anheben kann, wenn der Motor stoppt. Es ist das Verhältnis von$J\cdot\Omega^2$dividiert durch die 4-fache Leistung, die beim Schweben benötigt wird. (Die 4 kommt daher, dass man nur die Hälfte der im Rotorsystem gespeicherten kinetischen Energie nutzen kann). Prouty verwendet eine komplexere Formel, die berücksichtigt$C_l$und$C_d$des Rotorsystems, aber wenn Sie die Gleichung [$\mathrm{Power\ OGE} = (61\cdot10^{-3}/Dia_{rot}) \cdot \sqrt{m^3/ro})$alles in metrisch (mit$ro = 1.225\ \mathrm{kg/m^3}$auf Meereshöhe] und teilen Sie den erhaltenen Wert durch 0,84 (für TR-Leistung und Übertragungsverluste) und setzen Sie diesen Wert in die t / k-Berechnung ein, es funktioniert ...

  Damit$t/k = \frac{J\cdot\Omega^2}{4\cdot\mathrm{Power\ OGE}}$in Sekunden.

  Das$t/k$des Robinson R22 ist 0,8 (viel zu niedrig, da stimme ich zu), und praktisch, Sie wollen$t/k$etwa 1,2 bis 1,7 Sek., also etwa doppelt so viel wie Robinson.

• Der UltraSport-254-Hubschrauber hat eine extrem geringe Scheibenbelastung und eine Autorotations-Sinkgeschwindigkeit von 900 ft/min. Es wird gesagt, dass es bei Autorotation landen, dann abheben und wieder landen kann, indem nur die Trägheit in den Rotoren verwendet wird. Der Osprey V-22 hat eine extrem hohe Festplattenbelastung. Die Testdaten zeigen, dass das Flugzeug mit einer Sinkgeschwindigkeit von etwa 3700 ft/min auf den Boden aufschlagen würde.

Robinson R22 Diskussion - informativ. Kommentare zur automatischen Drehung und vieles mehr.

• Aufgrund seines geringen Gewichts und seines Rotorsystems mit geringer Trägheit verzeiht der R22 keine Pilotenfehler oder Trägheit. Nach einem Motorausfall, real oder simuliert, haben Sie und der Instruktor 1,6 Sekunden Zeit, um das Kollektiv zu senken und eine Autorotation einzugeben. Jede Verzögerung von mehr als 1,6 Sekunden ist fatal, da die Rotorgeschwindigkeit, sobald sie unter 80 Prozent abgesunken ist, nicht wiederhergestellt werden kann. :-(

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Die Kunst der Autorotation
Extrem gutes Autorotations-Tutorial und Diskussion mit einer Reihe von Hinweisen auf arkanes Wissen.

Video - R22 {fast} Null Fluggeschwindigkeit Autorotation Landung Benutzerkommentare nützlich.

R22 Preisliste - nur bei Interesse