Wie gehen moderne Helikopter mit dem Vortex Ring State um?

Helikopterfahrer hier.

Mir sind keine technischen Features bekannt, die das verhindern könnten. Ganz einfach, die Scheibe muss Luft nach unten beschleunigen, um Auftrieb zu erzeugen. Wenn der Helikopter in diese nach unten beschleunigende Luft absinkt, wird sie durch die Scheibe zurückgeführt, was zu einem katastrophalen Auftriebsverlust führt.

Die vorbeugenden Maßnahmen sind:

1. Beachten Sie die Flugbedingungen, unter denen ein Wirbelringzustand auftreten kann.
2. Fliegen Sie nicht unter diesen Bedingungen.
3. In der Lage sein, die Symptome des Wirbelringzustands zu erkennen.
4. Verstehe und übe dich darin, die richtige Erholungstechnik, die meistens darin besteht, in jede Richtung weg vom Wirbel zu fliegen.

Ich bin kein Aerodynamiker, aber ich bezweifle, dass es dafür eine physikalische Lösung gibt - und wenn es eine gäbe, wäre sie wahrscheinlich inzwischen implementiert worden.

Es gibt einen interessanten Artikel über die Gefahren bei Wikipedia .

Die in diesem Artikel erwähnte Vermeidungstaktik besteht darin, schnelle Sinkflüge bei niedriger Vorwärtsfluggeschwindigkeit zu vermeiden - dies erscheint sinnvoll, da die Rotoren dort ihrem eigenen Abwind ausgesetzt sind.

Und die dort ebenfalls beschriebene bevorzugte Reaktion besteht darin, den Zykliker zu verwenden, um vorwärts zu fliegen, um sich in weniger gestörte Luft zu bewegen.

(Ich habe gehört, dass eine andere Ursache für den Zustand darin besteht, in enge Räume zwischen hohen Gebäuden zu fliegen, aber leider konnte ich keine Referenz finden.)

Späte Antwort, aber ich wollte die Aufmerksamkeit auf dieses sehr hervorragende Video lenken, das den Zustand des Wirbelrings zeigt, indem ein Hubschrauber mit einem Sprühgerät einen Wassernebel sprüht, um den Luftstrom um die Rotoren herum zu visualisieren. Bei etwa 2:28 im Video tritt dieser Hubschrauber in den Wirbelringzustand ein, und Sie können genau sehen, was mit dem Luftstrom über den Rotoren passiert.

Wenn der Helikopter mit geringer oder keiner Vorwärtsfluggeschwindigkeit zu schnell absinkt, kräuselt sich der Abwind und unterbricht den Luftstrom auf der Oberseite der Rotoren. Das Endergebnis ist ähnlich wie das Aufbrechen des Luftstroms über einem Flugzeugflügel, wie bei einem Flugzeug mit unzureichender Vorwärtsgeschwindigkeit und einem hohen Anstellwinkel ... es tötet den größten Teil des Auftriebs. Im Wesentlichen bleiben die Blätter stehen und der Hubschrauber fällt noch schneller ab.

Das Hochziehen des Kollektivs würde dasselbe bewirken wie das Zurückziehen des Steuerknüppels eines festgefahrenen Flugzeugs ... es würde eine schlechte Situation nur verschlimmern.

Die Lösung besteht darin, aus dem turbulenten Luftstrom herauszukommen, indem Sie den Hubschrauber entweder nach vorne neigen oder in dem Video, das die Vulchard-Technik demonstriert, zur Seite neigen. Wie Sie im Video sehen können, erholt sich der Helikopter ziemlich schnell, und der Nebel veranschaulicht, wie das Kippen zu einer Seite einen gleichmäßigen Luftstrom auf den Oberseiten der Rotoren wiederherstellt, der ausreicht, um den zu schnellen Sinkflug zu stoppen.

Oder, wie Simon anmerkt ... die bessere Lösung ist, Ihr Flugzeug zu kennen und es gar nicht erst in VRS kommen zu lassen ... genau wie bei Starrflüglern ist es gut beraten, es nicht in VRS kommen zu lassen festgefahrener Zustand.

Das linke Bild oben von J. Gordon Leishman, Principles of Helicopter Aerodynamics, zeigt den Zustand des Wirbelrings, in dem das Kielwasser unter dem Rotor darüber wieder aufgenommen wird. In der Tat eine gefährliche Situation, da das Hinzufügen von Leistung möglicherweise nur zu höheren Wirbelgeschwindigkeiten führt.

In Abschnitt 5.3 des Leishman-Buches findet sich eine weitere ausführliche Diskussion des VRS. Eine Quantifizierung wird als induzierter Leistungsverlust in VRS angegeben: Messdaten zeigen unter Umständen einen Leistungsverlustfaktor von fast 2, und hier liegt eines der Probleme beim Versuch, sich durch Hinzufügen von Leistung zu erholen. Der Motor ist einfach nicht dimensioniert, um mit einem solchen effektiven Leistungsverlust fertig zu werden.

Ein weiteres Problem sind Strömungsschwankungen, die je nach Scheibenbelastung zu Schubschwankungen von bis zu 40 % führen:

Die VRS wird von einem extrem instationären (aperiodischen) Strömungsfeld begleitet, das den Rotor umgibt.

Alles in allem eine gefährliche Situation, da die Strömungsschwankungen mit einem Verlust an Vorhersagbarkeit einhergehen. Am besten vermeiden, obwohl eine der Methoden zur Wiederherstellung darin besteht, den Anstellwinkel des Rotors zu verringern:

Beachten Sie, dass die Schwankungen schnell abfallen, wenn die AoA der Scheibe unter 50° abnimmt, und mit der Pilotenerfahrung auf Hubschraubern übereinstimmen, was zeigt, dass eine Vorwärtsgeschwindigkeitskomponente dazu führt, dass der Rotor den VRS schnell verlässt.

Nachdem ich die Flugsteuerung eines CH-53-Hubschraubersimulators eingestellt und eine Testfahrt unternommen hatte, bekam ich die Simulation versehentlich in einem VRS in der dünnen Bergluft, die den modellierten Luftwaffenstützpunkt umgab. Der Instruktor sagte mir, ich solle ganz links seitlich geben, warten, bis der Hubschrauber einen beträchtlichen Rollwinkel erreicht, dann ganz rechts seitlich und dann wieder in der Mitte; dann die horizontale Haltung wiedererlangen, während Sie zyklisch nach vorne drücken. Die anfängliche seitliche Bewegung veränderte die AoA der Scheibe tatsächlich ausreichend, um den VRS ziemlich schnell zu verlassen.

Ich weiß jedoch nicht, ob dies als Wiederherstellungspraxis im echten Hubschrauber gelehrt wird oder ob es nur im (High-Fidelity-Militär-)Simulator funktioniert.

Es gibt vier Faktoren: niedrige Fluggeschwindigkeit von weniger als 20 Knoten, Teilleistung, hohe Sinkgeschwindigkeit von mehr als 300 bis 500 Fuß/Minute und steiler Sinkwinkel von mehr als 30 Grad. Irgendwie muss das Flugzeug sinken, entweder durch Absetzen oder auf andere Weise bei mehr als 30 Grad. Wenn Sie eines dieser vier Elemente entfernen, ist VRS nicht möglich.