Warum sollte ein Helikopter in einer Spirale steigen?

Ich habe mir gerade den Toy Stories Christmas Special Flight Club von James May angesehen , und darin kommentierte er, dass der Helikopter einen spiralförmigen Steigflug auf 8.000 Fuß mache. Warum sollte die Pilotspirale nicht im Wesentlichen gerade nach oben gehen?

* Eine ausgezeichnete Serie, wenn Sie ein großes Kind sind, das Spielzeug mag, und als ein Haufen GA-Piloten denke ich, dass dies die meisten von Ihnen abdeckt!

Antworten (3)

Ein Helikopter erreicht seine beste Steigrate bei moderater Vorwärtsgeschwindigkeit. Das Klettern in einer Spirale hilft, Vorwärtsgeschwindigkeit in einem im Wesentlichen vertikalen Aufstieg zu haben.

Bei einem Schwebeflug muss der gesamte zur Auftriebserzeugung verfügbare Luftstrom durch die Rotation des Hauptrotors erzeugt werden. Das bedeutet, dass eine kleine Luftmenge stark beschleunigt werden muss. Wenn der Helikopter Vorwärtsgeschwindigkeit hinzufügt, kann er einen höheren Massenstrom durch den Rotor erreichen, und jetzt ist weniger Beschleunigung erforderlich, um den gleichen Auftrieb zu erreichen. Dies verbessert die Effizienz der Auftriebserzeugung. Wenn der Helikopter schneller als seine Geschwindigkeit für die maximale Steiggeschwindigkeit fährt, wird der Luftwiderstand zu hoch und verringert die Effizienz erneut.

Der Unterschied kann dramatisch sein: Unten ist ein Diagramm der Geschwindigkeit über der Höhe eines generischen Hubschraubers und eines Turboprop-Flugzeugs im Vergleich zum V-22-Neigungsrotor. Denken Sie daran, dass die verfügbare Leistung ungefähr proportional zur Luftdichte ist, und Sie können sehen, wie viel mehr Leistung zum Steigen verfügbar ist, wenn der Hubschrauber mit einer mäßigen Vorwärtsgeschwindigkeit fliegt.

Flugumschläge

Flughüllen eines generischen Hubschraubers, eines Turboprop-Flugzeugs und des V-22-Tiltrotors ( Bildquelle ). Danke an @mins für die Inspiration, die Antwort ein wenig zu erweitern.

Trägt der oben erwähnte "spiralförmige" Aspekt des Aufstiegs etwas zur Effizienz bei, im Gegensatz zum geradeaus Klettern? Es scheint, als gäbe es einen leichten Effizienzverlust, da ein kleiner Teil des Auftriebsvektors verwendet wird, um die Kurve zu erreichen. (Offensichtlich ein viel weniger ausgeprägter Verlust bei einer 10-Grad-Bank als bei einer 45-Grad-Bank.)
@RalphJ: Ein gerader Aufstieg wäre wahrscheinlich effizienter. Aber das bedeutet, dass der Heli seine geografische Position nicht beibehält.
Glaubst du, das Gleiche gilt mit einer Vierteldrehung für horizontale Propeller? Mit anderen Worten, würde sich die Effizienz eines Flugzeugpropellers theoretisch verbessern, wenn der Vorwärtsbewegung des Flugzeugs eine gewisse seitliche Bewegung hinzugefügt würde? Es ist wahr, dass es nicht praktikabel erscheint, aber wäre es theoretisch effizienter, wenn sich Propeller sagen würden, um sich um den Rumpf zu drehen und eine spiralförmige Flugbahn durch die Luft zu machen?
@MarcvanLeeuwen klingt nach einer Gelegenheit für eine ganz neue Frage!
Wie groß darf der translatorische Auftrieb sein (im Vergleich zum Schwebeauftrieb)?
@mins: Ich würde die maximale Flughöhe mit der maximalen Höhe im Schweben vergleichen. Normalerweise ist die maximale Höhe vielleicht doppelt so hoch wie die Schwebeflughöhe. Schauen Sie hier für ein Beispiel. Beachten Sie, dass der Auftrieb in beiden Fällen derselbe ist (der Hubschrauber ist schließlich derselbe), aber die zur Erzeugung dieses Auftriebs erforderliche Leistung sinkt proportional zu den Dichten in den jeweiligen Höhen. Man kann also sagen, dass der maximale Auftrieb höher sein kann, da mehr Leistung zur Verfügung steht, aber die Zunahme geringer ist als das Dichteverhältnis.
Atemberaubend! Danke.
@ Minuten. Ich weiß es nicht und werde weiterhin nach empirischen Referenzen suchen, aber der Übersetzungslift ist sehr signifikant. Es ist möglich, dass Sie nicht genug Kraft haben, um in einen stabilen Schwebeflug zu gelangen (heißer Tag, voller Treibstoff, ein paar klobige Kerle im Cockpit), aber Sie können über den Boden kriechen. Bei ein paar Knoten, etwa 7/8, geht das Boot leicht auf die Kufen/Räder. Bei ca. 10-15 Knoten können Sie dann abheben und mit einem Leistungsspielraum (variiert je nach QNH und OAT) in einen sicheren Steigflug übergehen. Mit anderen Worten, Sie können nur mit Translationsauftriebsunterstützung in die Luft gelangen.
Es wird vom QFI simuliert und trainiert und sagt: "Sie können nicht mehr als xx Zoll Ladedruck oder xx% Drehmoment verwenden. Jetzt ab in die Luft". Es kann viel Platz einnehmen - ich habe manchmal etwa 50 Meter dafür gebraucht.

In der Spirale erzeugt der Helikopter translatorischen Auftrieb , der sich zum Auftrieb durch den Abwind des Rotorsystems hinzuaddiert und so seine Steigfähigkeit verbessert.

Siehe meine Frage hier .

Der Grund, warum ich einen spiralförmigen Aufstieg durchgeführt habe, sind die oben genannten Gründe plus ein paar mehr.

  1. Vorwärtsgeschwindigkeit ist Sicherheit. Für den Fall, dass der Motor ausgehen sollte, bietet Ihnen die Vorwärtsgeschwindigkeit viel mehr Möglichkeiten. Beim senkrechten Steigen hat man viel mehr Pitch auf den Blättern als im Vorwärtsflug. Wenn der Motor ausgeht, verlangsamen sich die Rotorblätter sehr schnell und reduzieren die Zeit, die dem Piloten zur Verfügung steht, um das Kollektiv abzuwerfen und in die Autorotation überzugehen. Sie speichern auch kinetische Energie sowie potenzielle Energie im System und haben daher mehr Energie zum Spielen, wenn der Esel still wird.

    In der R22, die ich flog, hätte ich wahrscheinlich etwa eine Sekunde Zeit, um bei einem vertikalen Steigflug richtig zu reagieren. Vielleicht 2-2,5 im Vorwärtsflug.

  2. Ich wollte den Gefahrenbereich meiden, da ich keine Freigabe hatte und nur eingeschränkte Möglichkeiten hatte, um die Seiten herumzufliegen. Ich stellte sicher, dass ich nicht über irgendwelchen Häusern war und bewegte die Spirale ein paar Mal, damit mein Lärmteppich nicht über der gleichen Stelle war.

Warum sollte ein Helikopter in einer Spirale steigen?
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