Az Autorotáció Tudománya: Útmutató Kezdőknek

A mérnöki világban minden arról szól, hogy olyan gépeket készítsünk, amelyek a legnehezebb helyzetekben is működnek.

Az autorotáció egy nagyon fontos manőver a helikoptereknél, ami az élet és a halál közötti különbséget jelentheti.

Ebben a blogbejegyzésben elmagyarázom, mi az autorotáció, hogyan működik, és miért olyan fontos a helikopterpilóták és mérnökök számára.

Tehát készülj fel, hogy megismerd a helikopterrepülés egyik legfontosabb részét.

Bevezetés a mérnöki autorotációba

Formális meghatározás:

1. A test bármely tengelye körüli forgása, amely szimmetrikus és egyenletes légáramnak van kitéve, és csak aerodinamikai nyomatékok tartják fenn. 2. Elakadt szimmetrikus szárnyszelvény forgatása a szél irányával párhuzamosan.

Az autorotáció egy olyan repülési típus, amelyben a helikopter vagy más forgószárnyú repülőgép főrotorrendszere megfordul anélkül, hogy a motor hajtaná.

Ez hasonló az autogiro működéséhez.

Amikor a motor vagy a farokrotor leáll, ezt a módszert gyakran használják a helikopter gyors leszállására. De használható az örvénygyűrűből való kijutáshoz és kiképzőeszközként is, amikor a pilóta repülni tanul.

Hogyan működik az autorotáció

Az autorotáció során a pilóta leválasztja a motort a főrotor rendszerről. Ez lehetővé teszi, hogy a levegő felfelé áramlása egyedül hajtsa a rotorlapátokat.

Az autorotációs fordulatszám szabályozásához a pilóta megváltoztatja az autorotációs terület méretét a hajtott és a leállási területekhez képest.

További részletekért látogasson el erre az oldalra:

ardupilot

Az autorotáció aerodinamikája

Az autorotáció nagyon fontos vészhelyzeti eljárás a helikopteres repülés során. Csak a légnyomás miatt engedi mozgatni a helikopter főrotorát, nem a motor miatt.

Az autorotációt befolyásoló változók

A főbb dolgok, amelyek befolyásolják az autorotáció működését:

• Sűrűség magasság: Nagy sűrűségű magasságokban, ahol kevésbé sűrű a levegő, a süllyedés sebessége gyorsabb lesz.
• Bruttó tömeg: A nagyobb tömegű helikopterek gyorsabban esnek.
• Légsebesség: A pilóta irányítja leginkább a süllyedés sebességét a légsebességen keresztüli autorotáció során.

Csakúgy, mint a normál repülésnél, a ciklikus magasságszabályozás gyorsabban vagy lassabban haladja a gépet.

A nagyon alacsony vagy nagyon nagy légsebességgel végzett autorotatív süllyedés veszélyesebb, mint a minimális ereszkedési sebességgel végzett süllyedés.

• Rotor forgási sebessége: A rotor forgási sebességének növekedésével a süllyedés sebessége csökken.

Az autorotáció vezetési régiója

Az autorotáció során a hajtási tartomány vagy az autorotatív tartomány általában a penge sugarának 25 és 70%-a között van. Itt jönnek létre azok az erők, amelyek forgatják a pengéket.

Ezen a területen a teljes aerodinamikai erővel egy szög van.

Fáklyás leszállás és energiaelnyelés

Az autorotációból történő leszálláskor a forgó lapátokban tárolt kinetikus energia és a sík előremozgása a süllyedés sebességének lassítására és a lágy leszállásra szolgál.

A nagyobb süllyedési sebesség azt jelenti, hogy több forgórész energiára van szükség a helikopter megállításához, mint az alacsonyabb sebességhez.

Manőverek az autorotációban

Ha egy repülőgép árama kiesik, a pilótának három fontos dolgot kell tennie:

• Autorotáció: Ez a manőver lefedi a normál motoros repülésről a folyamatos autorotációra való átállást.
• Állandó autorotáció: Az állandó autorotáció során a motor aerodinamikai erőinek önmagában nulla nettó nyomatékot kell eredményezniük.

Mivel a gép lefelé halad, a levegő a főrotoron keresztül áramlik felfelé. A pengék formája ezt is megkönnyíti.

A főrotor fogaskerekekkel kapcsolódik a farokrotorhoz, így normál repülésnél a főrotor hajtja a farokrotort.

Ám az állandósult állapotú autorotatív süllyedés során, amikor a motor teljesítménye csökken, és a nyomaték nullára csökken, a farokrotor nem működik nyomatékgátló eszközként, mert nyomatékot kap a főrotorrendszertől az átviteli rendszeren keresztül.

• Fáklyás leszállás: Ebben a manőverben a forgó lapátokat és a gép előrefelé irányuló mozgását használják a süllyedés lassítására és a lágy leszállásra.
• Touch-Down – A jármű finoman leszáll a rotorfejben maradó energiával.

Repülési kézikönyv légsebesség-korlátozás az autorotációhoz

Az autorotációnál lesz egy sebesség, ami felett a forgórészlapátok forgórész mögött húzódó részei olyan messzire nyúlnak a lapáttáv mentén, hogy a rotor nagyon lelassulni kezd.

Ez a légsebesség általában az autorotációhoz megengedett legnagyobb sebességként van írva a repülési kézikönyvben.

Helikopter-autorotációs manőver

Alapvető autorotáció és négy szakasza

Az alapvető autorotáció négy részből áll:

• Siklás: Ebben a részben a helikopter stabil autorotatív süllyedésben van, és a pilóta a helikopter elfordításával vagy a légsebesség változtatásával változtatja a repülési útvonalat.
• Fáklyázás: Ebben a szakaszban a süllyedés sebességét a forgó lapátokban tárolt mozgási energia és a sík előremozgása segítségével lassítják.
• Leszállás vagy energia-visszanyerés: Az utolsó részben a helikopter vagy lágyan landol, vagy a pilóta erőt ad neki a felemelkedéshez.

Gyakorlati alkalmazás és fejlett autorotációk

Az autorotációs képzés valós alkalmazása hasonló ahhoz, amit a pilóták csinálnak, amikor kényszerleszállást gyakorolnak áram nélkül.

Csakúgy, mint egy repülőgépnél, a helikopterpilótának csak annyit kell tennie, hogy újrainduljon az áramellátás. De nagyon fontos, hogy pontosak legyünk, és tudjuk, hogyan kell mozgatni a helikoptert, amikor az autorotációban van.

Kollektív forgórész fordulatszám-szabályozáshoz

A helikopterek pilótáinak tudniuk kell, hogyan használhatják a kollektívát a forgórészek sebességének szabályozására a kanyarban lévő kikapcsolási autorotációk során.

Amikor a kollektívet felfelé mozgatják, a forgórész fordulatszáma megemelkedik, ha pedig lefelé, akkor csökken.

Biztonsági korlátok és kockázatok

Vannak kockázatok, amelyek az edzés közbeni autorotációval járnak.

Az autorotáció utolsó részében előfordulhat, hogy a helikopter kinetikus energiája elfogy, így csillapító hatása csak csekély vagy egyáltalán nem lesz

Ez kemény leszálláshoz vezethet, ami a helikopter károsodását okozhatja.

A repülőgép magasság-sebesség diagramja megmutatja, hogy mi a legbiztonságosabb módja ennek a manővernek.

Az autorotáció modellezése és szimulációja

A számítógépes szimulációk és modellek népszerű módszereivé váltak a helikopterek autorotációjának tanulmányozására és javítására.

A számítógépes szimulációk segítségével kideríthető, hogy a helikopterek különböző kialakításai vagy rotorlapát-formái hogyan befolyásolják a helikopter önálló repülését.

A kutatók számos olyan pilóta jelzést is készítettek és teszteltek egy szimulátorban, amelyek megkönnyítik a pilóta számára a helikopter irányítását, amikor az önállóan forog.

Az autorotáció során diszkrét és folyamatos jelzések halmazát határozzák meg, amelyek segítenek a pilótának tudni, hogy mi történik és mit kell tennie.

A számítógépes szimulációs modellezés előnyei

A számítógépes szimulációs modellezés akkor hasznos, ha a valós rendszer módosítása nehéz, költséges vagy egyszerűen nem jó ötlet.

Számítógépes szoftvert használ egy valós vagy javasolt rendszer modellezésére, a tervezők, programmenedzserek, elemzők és mérnökök pedig a „mi lenne, ha” esetforgatókönyvek megértésére és értékelésére használják.

Például ahelyett, hogy több tucat új autót összeütköznének, az autógyártók számítógépes szimulációkat használnak új járműsoraik tesztelésére.

A számítógépes szimulációs modellezés korlátai

Általánosságban elmondható, hogy a számítógépes modellekkel kapcsolatos egyik probléma az, hogy nem tudják pontosan figyelembe venni az összes olyan tényezőt, amely befolyásolhatja a rendszer működését.

Ez különösen igaz, ha bonyolult aerodinamikai jelenségeket próbálunk megérteni, például azt, hogy egy helikopter hogyan tud önállóan fordulni.

Egy másik dolog, amit meg kell vizsgálni, hogy a számítógépes szimulációk hogyan hatnak a nagyközönségre. Tehát a modellezés és a szimuláció óvatosság nélküli alkalmazása téves következtetésekhez vezethet.

Néhány szabályt, például annak megállapítását, hogy hol nem működik megfelelően egy védelmi rendszer, figyelembe kell venni bármely szimulált rendszer érvényességének megítélésekor.

Végeredményben a számítógépes szimulációk számos előnnyel járnak, de vannak olyan problémák is, amelyeket alaposan át kell gondolni, mielőtt bármilyen következtetést levonnánk.

Valós példák az autorotációra

Az autorotáció valós példái megmutatják, mennyire fontos a helikopterpilóták számára, hogy tudják, hogyan kell ezt a manővert vészhelyzetben elvégezni.

Robinson Heli Down Autorotation

A Robinson Heli Down Autorotation egy módja annak, hogy a helikopter biztonságosan leszálljon, ha a motorja leáll.

A Robinson helikopterpilóták gyakran használják kiképzésük részeként, és íme a lépések:

• A pilótának először észre kell vennie, hogy a motor leállt, majd azonnal meg kell kezdenie az autorotációs manővert úgy, hogy leengedi a kollektívát, és autorotációs süllyedésbe megy.
• A biztonságos leszállási zónához való eljutáshoz a pilótának egyenletes süllyedési sebességet kell beállítania, és a forgórészek sebességét egyenletesen kell tartania fordulás közben.
• Az ereszkedés során a pilótának figyelnie kell a légsebességet és a rotor fordulatszámát, és a ciklikus dőlésszög-szabályozás segítségével szükség szerint változtatásokat kell végrehajtania, miközben megtartja a gép irányítását.
• Amikor a helikopter közel kerül a talajhoz, a pilótának oldalra kell fordítania, hogy lágyítsa a leszállást és lassítsa a süllyedés sebességét.

Autorotáció a drónokban

Az autorotáció nem csak a teljes méretű helikoptereknél hasznos, hanem a távirányítós helikoptereknél és drónoknál is.

Az autorotáció mögött meghúzódó gondolat nem változott: a főrotor azért fordul, mert a levegő felfelé áramlik rajta, nem pedig azért, mert a motor forgatja.

Autorotáció a távirányítású helikopterekben és drónokban

A legtöbb kollektív távvezérlésű (RC) helikopter automatikusan is képes, ha a motor kialszik, vagy a motor valamilyen okból leáll.

Ahhoz, hogy a helikopter autorotációt végezhessen, a főrotor tengelyét ki kell tudni venni a hajtás vagy a hajtómű többi részéből.

Egyes kis drónok kis villanymotort használnak, hogy a rotor azonos sebességgel forogjanak az autorotáció során, míg mások csak a levegő erőire hagyatkozhatnak, hogy a rotor azonos sebességgel forogjon.

Távvezérlésű helikopterek és drónok esetében a sikeres autorotációs leszállás kulcsa a rotor sebességének állandó tartása, valamint a dőlésszögű, ciklikus és kollektív vezérlők használata a repülőgép süllyedési és előrehaladási sebességének szabályozására.

Távirányított helikopterek és drónok esetében az autorotációs leszállások legjobb módja, ha biztonságos, nyílt területen gyakorolnak emberektől, épületektől és egyéb akadályoktól távol, és fokozatosan nehezítik a manővereket, ahogy a képességei fejlődnek.

Ezenkívül fontos, hogy a gépet jó állapotban tartsa, és rendszeresen végezzen karbantartást és ellenőrzéseket, hogy megbizonyosodjon arról, hogy jól működik. A pilótáknak minden törvényt és szabályt be kell tartaniuk a távirányítású repülőgépek üzemeltetésére vonatkozóan.

A VECTOR robotpilóta, amelyet az UAV Navigation készített, egyike azon kevés számú robotpilóta közül, amelyek önállóan is teljesen foroghatnak.

Ahhoz, hogy jó autorotációt szerezzen, fontos, hogy ezeket gyakran biztonságos helyen gyakorolja.

A sikeres autorotációs leszállás kulcsa az időzítés, és annak ismerete, hogy mikor kell lelassítani a süllyedést és az előrehaladás sebességét egy hátsó ciklikus paranccsal, pozitív együttes dőlésszöggel, majd közvetlenül az érintés előtt a légi jármű kiegyenlítését ciklikus előremenettel a finom leszállás érdekében.

Az is fontos, hogy jó helyet válasszunk a leszálláshoz, és megfelelő szögben és sebességgel közelítsünk hozzá.

Videó és referenciák

Tipp: Kapcsolja be a felirat gombot, ha szüksége van rá. Válassza az „automatikus fordítás” lehetőséget a beállítások gombban, ha nem ismeri az angol nyelvet. Előfordulhat, hogy először a videó nyelvére kell kattintania, mielőtt kedvenc nyelve elérhetővé válik a fordításhoz.

https://en.wikipedia.org/wiki/Autorotation

Használati esetek

Használt:	Leírás:
Kényszer leszállás	Az autorotáció használatának egyik legfontosabb módja az, amikor a helikopter hajtóműve vészhelyzetben leáll. Amikor ez megtörténik, a pilóta elindíthatja az autorotációt, ami lehetővé teszi, hogy a helikopter biztonságosan lecsússzon a földre. Ez a lépés a pilóta és a fedélzeten tartózkodó emberek életét is megmentheti.
Katonai	Az autorotáció hasznos készség a katonai műveletekért felelős katonai helikopterpilóták számára. Harc közben előfordulhat, hogy a helikopternek gyorsan le kell zuhannia a földre, nehogy eltalálja az ellenséges tűz. Az autorotáció használatával a pilóta gyorsan és biztonságosan le tudja tenni a helikoptert.
Keresés és mentés	A helikoptereket gyakran használják felkutatásra és mentésre, különösen a nehezen elérhető vagy távoli területeken. Ilyen helyzetekben az autorotáció segíthet a helikopter biztonságos és kontrollált leszállásában, még durva terepen is.
Mezőgazdaság	Az autorotáció a gazdálkodásban is alkalmazható, különösen a termények leporolásakor.
Filmezés és fotózás	A film- és fotóiparban gyakran helikoptereket használnak felülről történő felvételek készítésére.
Villamos vezetékek karbantartása	Néha helikoptereket használnak az elektromos vezetékek karbantartására, például megszakadt vezetékek javítására vagy cseréjére. Az autorotáció segítségével a helikopter biztonságosan és pontosan landolhat olyan helyeken, ahová más módon nehéz eljutni.

Következtetés

Összefoglalva, az autorotáció ötlete megmutatja, milyen erős lehet a mérnöki munka, és milyen kreatívak lehetnek az emberek.

Önbizalmat ad, hogy helikopterekkel és más repülőgépekkel repüljünk, tudva, hogy ha a motor leáll, akkor is biztonságosan visszasiklhatunk a földre.

Az autorotáció azt is megmutatja, hogy ha feszegetjük a lehetséges határait, akkor csodálatos dolgokat tudunk véghezvinni.

A mérnökök és a pilóták mindig is arra törekedtek, hogy új és jobb repülési módokat találjanak, az emberek első repülésétől kezdve a modern repülésben használt csúcstechnológiáig.

Az autorotáció csak az egyik csodálatos dolog, amit tehetünk, ha rászánjuk magunkat.

Tehát, amikor legközelebb felnéz, és egy helikoptert lát repülni, gondoljon az autorotációra, egy olyan mérnöki bravúrra, amely mindezt lehetővé teszi.