Wie wirkt sich das Bruttogewicht auf die Autorotation des Hubschraubers aus?

Zu den Faktoren, die die Aerodynamik der Hubschrauber-Autorotation beeinflussen, gehören die Fluggeschwindigkeit, das Bruttogewicht, die Rotordrehzahl und die Dichtehöhe. Die Wirkungen dieser Faktoren können während einiger Phasen der Autorotation untersucht werden, einschließlich Eintritt, stetiger Sinkflug, Flare und Aufsetzen. Die Auswirkungen des Bruttogewichts erscheinen mir sehr unintuitiv, daher hätte ich gerne eine Klarstellung darüber, wie sich das Bruttogewicht insbesondere auf den stationären Abstieg und das Aufflackern auswirkt.

Steady-State-Abstieg

In meinem Helikopter-Aerodynamik-Buch steht folgendes:

Das Bruttogewicht bestimmt die Drehzahl bei einem bestimmten kollektiven Pitch. Bei hohem Bruttogewicht ist eine größere Blattsteigung erforderlich, um eine gewünschte Drehzahl aufrechtzuerhalten, sodass ein höheres Bruttogewicht zu einer langsameren Sinkgeschwindigkeit führt, vorausgesetzt, alle anderen Variablen bleiben gleich.

Ein hohes Bruttogewicht verringert also die Sinkgeschwindigkeit. Das ist für mich nicht intuitiv, also versuche ich, einen logischen Pfad zu bauen. Ich weiß aus Erfahrung, dass enge Kurven während eines Autofahrens zu einer Erhöhung der Drehzahl führen. Enge Kurven erhöhen das positive G des Flugzeugs, was einer Gewichtszunahme entspricht. Ein höheres Bruttogewicht erhöht also tendenziell die Drehzahl, sodass der Pilot das Kollektiv (Blattsteigung) erhöhen muss, um die Drehzahl aufrechtzuerhalten. Es gibt Frage 1: Warum erhöht eine Erhöhung des Gewichts (oder der G-Belastung) die Rotordrehzahl tendenziell?

Der zweite logische Schritt ist, wie diese erforderliche Erhöhung der Blattsteigung die Sinkgeschwindigkeit verringern wird. Ich verstehe, dass eine erhöhte Blattsteigung die AOA erhöht und somit den von den Rotoren erzeugten Auftrieb erhöht. Diesem erhöhten Auftrieb steht jedoch das erhöhte Gewicht gegenüber, das diese ganze Diskussion ausgelöst hat. Hier ist Frage 2: Ist die resultierende Erhöhung des Auftriebs bei einer bestimmten Gewichtszunahme größer? Dies scheint die einzige Möglichkeit zu sein, eine geringere Sinkgeschwindigkeit zu erreichen.

Flare und Touchdown

Das Flughandbuch meines Hubschraubers enthält das folgende Diagramm mit dem Titel „ Mindesthöhe für eine sichere Landung nach einem Triebwerksausfall “ .

Hubschrauber-Autorotationsdiagramm

Dieses Diagramm zeigt, dass es bei einer bestimmten Dichtehöhe unsicher ist, während einer Autofahrt zu schwer zu sein. Ich gehe davon aus, dass die Gefahr mit dem Aufflackern und Aufsetzen zusammenhängt, da es beim Sinkflug sicherer erscheint, eine geringere Sinkrate zu haben. Meine Intuition sagt mir etwas darüber, wie die Rotoren während des Sinkflugs Energie als Drehzahl speichern, und das Aufflackern und Aufsetzen zerstreut diese Energie, um die Vorwärts- und Vertikalgeschwindigkeit des Hubschraubers zu verlangsamen. Es scheint intuitiv, dass ein schwererer Helikopter mehr Energie zum Abbremsen benötigt, was bedeutet, dass der Helikopter bei und über einem bestimmten Schwellengewicht nicht in der Lage sein wird, genug abzufackeln, um sanft aufzusetzen. Aber gibt es eine strengere Erklärung dafür, dass ein hohes Bruttogewicht am "Boden" der Autorotation gefährlich ist, dh wie Energie in den Rotoren gespeichert und dissipiert wird?

Antworten (2)

Mit zunehmendem Gewicht wird die Sinkgeschwindigkeit bei gleichem kollektiven Input (gleicher Hauptrotorblatteinstellwinkel) tatsächlich zunehmen. Die Rotordrehzahl wird zunehmen, ebenso wie die Aufwärtsströmung durch den Rotor zunimmt. Ich denke, Ihre Intuition ist gut damit, oder?

Nehmen wir nun an, Sie möchten die Rotordrehzahl wieder auf das Niveau des geringeren Gewichts reduzieren. Sie müssen das Kollektiv erhöhen, was die Sinkgeschwindigkeit (und die Drehzahl) verlangsamt, indem Sie den Auftrieb an den Hauptrotorblättern erhöhen. Woher wissen Sie, dass die Sinkgeschwindigkeit kleiner als die ursprüngliche Sinkgeschwindigkeit sein wird, wenn Sie die ursprüngliche Rotorgeschwindigkeit halten? Dies ist etwas schwieriger zu erkennen, aber eine Möglichkeit, dies zu erkennen, besteht darin, ein Diagramm eines Flügels auf einem Querschnitt des Hauptrotors sowohl im Originalzustand (geringes Gewicht) als auch im Neuzustand (schwerer, gleiche Drehzahl) zu zeichnen.

(Ich werde später versuchen, hier ein Bild hinzuzufügen.)

Sie wissen, dass der Luftstrom in der Ebene des Rotors gleich ist (gleiche Rotordrehzahl) und das Nettodrehmoment gleich ist (immer noch keine Motorleistung). Die Größe des Luftwiderstands ist für ein vernünftiges Strömungsprofil ebenfalls ungefähr gleich. Was anders ist, ist der längere Auftriebsvektor und der Luftstrom nach oben durch den Rotor. Die einzige Möglichkeit für diesen längeren Auftriebsvektor, den Rotor nicht (auf eine höhere Drehzahl) zu beschleunigen, besteht darin, ihn leicht "nach oben zu kippen". Da dieser Auftriebsvektor senkrecht zur neuen Strömung steht (und die Drehzahl gleich ist), wird er durch Verringern der Sinkrate nach oben geneigt.

Wenn Sie die Situation in Bezug auf die Leistung betrachten, erfordert eine Gewichtserhöhung (oder jede Erhöhung der Belastung) mehr Leistung. Da Sie diese Leistung nicht haben, sinkt der Helikopter schneller, es strömt mehr Luft durch den Rotor, was zu einer Erhöhung der Drehzahl führt. Hoffentlich sorgt diese Erhöhung der Drehzahl für genügend Auftrieb, um die vertikale Geschwindigkeit zu stabilisieren. Das Erhöhen der Tonhöhe, um die Drehzahl innerhalb der Grenzen zu halten, sorgt für einen etwas effizienteren Auftrieb, sodass die vertikale Geschwindigkeit leicht verringert wird (im Vergleich zur Situation des Abstiegs mit der kollektiven Abflachung und der Drehzahl, die über dem Limit liegt).

Allerdings finde ich die Affirmation in Ihrem Buch sehr verwirrend. Vielleicht übersehe ich etwas, aber ein schwererer Hubschrauber sinkt unter den gleichen Bedingungen schneller als ein leichterer. Es braucht mehr Kraft, um zu fliegen, und der einzige Weg, es zu bekommen, ist, schneller abzusteigen. Das macht die Landung gefährlicher, da Sie während des Aufflackerns mehr vertikale Geschwindigkeit ausgleichen und vor dem Aufsetzen mehr Gewicht abfedern müssen. Wenn ein erhöhtes Gewicht und eine erhöhte Rotorbelastung zu einer geringeren Sinkgeschwindigkeit führen würden, würde sich jeder in einem voll beladenen Hubschrauber automatisch drehen und enge Kurven bis zum Boden machen :)

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