De Wetenschap Van Autorotatie: Een Beginnershandleiding

In de wereld van engineering draait alles om het maken van machines die zelfs in de moeilijkste situaties kunnen werken.

Autorotatie is een zeer belangrijke manoeuvre voor helikopters die het verschil kan betekenen tussen leven en dood.

In deze blogpost leg ik uit wat autorotatie is, hoe het werkt en waarom het zo belangrijk is voor helikopterpiloten en ingenieurs.

Maak je dus klaar om meer te weten te komen over een van de belangrijkste onderdelen van het vliegen met een helikopter.

Inleiding tot autorotatie in engineering

Formele definitie:

1. Rotatie om elke as van een lichaam dat symmetrisch is en wordt blootgesteld aan een uniforme luchtstroom en alleen in stand wordt gehouden door aerodynamische momenten. 2. Rotatie van een vastgelopen symmetrisch vleugelprofiel evenwijdig aan de windrichting.

Autorotatie is een soort vlucht waarbij het hoofdrotorsysteem van een helikopter of ander vliegtuig met roterende vleugels draait zonder door de motor te worden aangedreven.

Dit is vergelijkbaar met hoe een autogiro werkt.

Wanneer de motor of staartrotor uitvalt, wordt deze methode vaak gebruikt om de helikopter snel te laten landen. Maar het kan ook worden gebruikt om uit een vortex-ring te komen en als trainingshulpmiddel wanneer een piloot leert vliegen.

Hoe autorotatie werkt

Tijdens autorotatie koppelt de piloot de motor los van het hoofdrotorsysteem. Hierdoor kan de opwaartse luchtstroom alleen de rotorbladen aandrijven.

Om het autorotatie-toerental te regelen, verandert de piloot de grootte van het autorotatiegebied ten opzichte van de aangedreven en overtrekgebieden.

Ga voor meer informatie naar deze pagina:

ardupilot

Aerodynamica van autorotatie

Autorotatie is een zeer belangrijke noodprocedure bij helikoptervluchten. Het laat de hoofdrotor van een helikopter alleen bewegen vanwege de luchtdruk, niet vanwege de motor.

Variabelen die van invloed zijn op autorotatie

De belangrijkste dingen die van invloed zijn op hoe goed autorotatie werkt, zijn:

• Dichtheidshoogte: op hoogten met een hoge dichtheid, waar de lucht minder dicht is, zal de daalsnelheid sneller zijn.
• Brutogewicht: Helikopters met meer gewicht vallen sneller.
• Luchtsnelheid: De piloot heeft de meeste controle over de daalsnelheid tijdens autorotatie door middel van luchtsnelheid.

Net als bij een normale vlucht zorgt de cyclische toonhoogteregeling ervoor dat het vliegtuig sneller of langzamer gaat.

Autorotatieve afdalingen met zeer lage of zeer hoge luchtsnelheden zijn gevaarlijker dan afdalingen met de minimale daalsnelheid.

• Rotatiesnelheid van de rotor: Naarmate de rotatiesnelheid van de rotor stijgt, neemt de daalsnelheid af.

Rijgebied van autorotatie

Tijdens autorotatie ligt het aandrijfgebied of autorotatiegebied gewoonlijk tussen 25 en 70% van de straal van het blad. Hier ontstaan ​​de krachten die de wieken doen draaien.

Er is een hoek met de totale aerodynamische kracht in dit gebied.

Flare Landing en Energie Absorptie

Bij het landen vanuit een autorotatie worden de kinetische energie die is opgeslagen in de roterende bladen en de voorwaartse beweging van het vliegtuig gebruikt om de daalsnelheid te vertragen en een zachte landing te maken.

Een hogere daalsnelheid betekent dat er meer rotorenergie nodig is om een ​​helikopter te stoppen dan een lagere snelheid.

Manoeuvres in autorotatie

Wanneer een vliegtuig vermogen verliest, moet een piloot drie belangrijke dingen doen:

• Autorotatie: Deze manoeuvre dekt de verandering van normale gemotoriseerde vlucht naar gestage autorotatie.
• Gestage autorotatie: Tijdens gestage autorotatie moeten alleen de aerodynamische krachten van de motor resulteren in een netto koppel van nul.

Doordat het vliegtuig naar beneden gaat, stroomt er lucht omhoog door de hoofdrotor. De vorm van de mesjes maakt dit ook gemakkelijker.

De hoofdrotor is met tandwielen verbonden met de staartrotor, dus tijdens een normale vlucht drijft de hoofdrotor de staartrotor aan.

Maar tijdens autorotatieve afdaling in stabiele toestand, wanneer de motor vermogen verliest en het koppel tot nul daalt, stopt de staartrotor met werken als een anti-koppelapparaat omdat het koppel krijgt van het hoofdrotorsysteem via het transmissiesysteem.

• Flare Landing: Bij deze manoeuvre worden de draaiende bladen en de voorwaartse beweging van het vliegtuig gebruikt om de daalsnelheid te vertragen en een zachte landing te maken.
• Touch-Down - Het voertuig wordt voorzichtig geland met behulp van de resterende energie in de rotorkop.

Flight Manual Luchtsnelheidsbeperking voor autorotatie

Bij autorotatie zal er een snelheid zijn waarboven de delen van de rotorbladen die achter de rotor slepen zich zo ver langs de bladoverspanning uitstrekken dat de rotor veel gaat vertragen.

Deze luchtsnelheid wordt meestal geschreven als de maximale toegestane luchtsnelheid voor autorotatie in het vluchthandboek.

Helikopter autorotatie manoeuvre

Basic Autorotation en zijn vier secties

De basis autorotatie bestaat uit vier onderdelen:

• Glide: Tijdens dit onderdeel bevindt de helikopter zich in een stabiele autorotatieve afdaling en verandert de piloot de vliegroute door de helikopter te draaien of de vliegsnelheid te wijzigen.
• Flare: In dit gedeelte wordt de daalsnelheid vertraagd door gebruik te maken van de kinetische energie die is opgeslagen in de roterende bladen en de voorwaartse beweging van het vliegtuig.
• Landing of Power Recovery: In het laatste deel landt de helikopter zachtjes of geeft de piloot hem kracht om weer op te staan.

Praktische toepassing en geavanceerde autorotaties

Het echte gebruik van autorotatietraining is vergelijkbaar met wat piloten doen wanneer ze noodlandingen zonder stroom oefenen.

Net als in een vliegtuig hoeft de helikopterpiloot alleen maar de stroom weer aan te zetten om een ​​doorstart te maken. Maar het is erg belangrijk om nauwkeurig te zijn en te weten hoe je de helikopter moet verplaatsen wanneer deze in autorotatie staat.

Collectief voor rotortoerentalregeling

Piloten van helikopters moeten weten hoe ze het collectief moeten gebruiken om de snelheid van de rotors te regelen tijdens power-off autorotaties in een bocht.

Wanneer het collectief omhoog wordt bewogen, gaat het toerental van de rotor omhoog, en wanneer het naar beneden wordt bewogen, gaat het toerental omlaag.

Veiligheidslimieten en risico's

Er zijn risico's verbonden aan het doen van autorotaties tijdens de training.

In het laatste deel van een autorotatie kan de kinetische energie van de helikopter opraken, waardoor deze weinig of geen dempingseffect heeft

Dit kan leiden tot een harde landing die de helikopter beschadigt.

Het diagram hoogte versus snelheid van het vliegtuig vertelt ons wat de veiligste manier is om deze manoeuvre uit te voeren.

Modellering en simulatie van autorotatie

Simulaties en modellen op computers zijn populaire manieren geworden om de prestaties van autorotatie in helikopters te bestuderen en te verbeteren.

Computersimulaties kunnen worden gebruikt om erachter te komen hoe verschillende helikopterontwerpen of rotorbladvormen van invloed zijn op hoe goed de helikopter zelfstandig kan vliegen.

Onderzoekers hebben ook een aantal pilootaanwijzingen gemaakt en getest in een simulator die het voor de piloot gemakkelijker zullen maken om de helikopter te besturen wanneer deze zelfstandig ronddraait.

Tijdens autorotatie wordt een reeks discrete en continue aanwijzingen gedefinieerd om de piloot te helpen weten wat er aan de hand is en wat hij moet doen.

Voordelen van computersimulatiemodellering

Computersimulatiemodellering is handig wanneer het aanbrengen van wijzigingen in het echte systeem moeilijk, duur of gewoon geen goed idee is.

Het maakt gebruik van computersoftware om een ​​echt of voorgesteld systeem te modelleren, en ontwerpers, programmamanagers, analisten en ingenieurs gebruiken het om 'wat-als'-scenario's te begrijpen en te evalueren.

In plaats van tientallen nieuwe auto's echt te laten crashen, gebruiken autobedrijven bijvoorbeeld computersimulaties om hun nieuwe voertuiglijnen te testen.

Beperkingen van computersimulatiemodellering

Over het algemeen is een van de problemen met computermodellen dat ze niet nauwkeurig rekening kunnen houden met alle factoren die van invloed kunnen zijn op hoe een systeem werkt.

Dit is met name het geval wanneer je ingewikkelde aerodynamische fenomenen probeert te begrijpen, zoals hoe een helikopter uit zichzelf kan draaien.

Een ander ding dat moet worden bekeken, is hoe computersimulaties het grote publiek beïnvloeden. Het onvoorzichtig gebruiken van modellering en simulatie kan dus tot verkeerde conclusies leiden.

Sommige regels, zoals uitzoeken waar een verdedigingssysteem niet goed werkt, moeten in aanmerking worden genomen bij het beoordelen van de geldigheid van een gesimuleerd systeem.

Uiteindelijk hebben computersimulaties veel voordelen, maar ze hebben ook enkele problemen waarover goed moet worden nagedacht voordat er conclusies worden getrokken.

Voorbeelden uit de echte wereld van autorotatie

Praktijkvoorbeelden van autorotatie laten zien hoe belangrijk het is voor helikopterpiloten om te weten hoe ze deze manoeuvre moeten uitvoeren in geval van nood.

Robinson Heli Down Autorotatie

De Robinson Heli Down Autorotation is een manier voor een helikopter om veilig te landen als de motor niet meer werkt.

Robinson-helikopterpiloten gebruiken het vaak als onderdeel van hun training, en hier zijn de stappen:

• De piloot moet zich eerst realiseren dat de motor is gestopt met werken en dan meteen de autorotatiemanoeuvre starten door de collectiviteit te laten zakken en in een autorotatie-afdaling te gaan.
• Om in een veilige landingszone te komen, moet de piloot een constante daalsnelheid instellen en de snelheid van de rotors constant houden tijdens het draaien.
• Tijdens de afdaling moet de piloot de luchtsnelheid en het rotortoerental in de gaten houden en de cyclische toonhoogteregeling gebruiken om indien nodig wijzigingen aan te brengen terwijl hij de controle over het vliegtuig behoudt.
• Wanneer de helikopter dicht bij de grond komt, moet de piloot hem zijwaarts draaien om de landing te verzachten en de daalsnelheid te vertragen.

Autorotatie in drones

Autorotatie is niet alleen handig voor helikopters op ware grootte, maar ook voor op afstand bestuurbare helikopters en drones.

Het idee achter autorotatie is niet veranderd: de hoofdrotor draait omdat er lucht doorheen beweegt, in plaats van omdat de motor hem laat draaien.

Autorotatie in op afstand bestuurbare helikopters en drones

De meeste op afstand bestuurbare (RC) helikopters met collectieve pitch kunnen ook automatisch worden gebruikt als de motor uitbrandt of de motor om de een of andere reden niet meer werkt.

Om de helikopter autorotaties te laten uitvoeren, moet de hoofdrotoras uit de rest van de aandrijving of het tandwiel kunnen worden gehaald.

Sommige kleine drones kunnen een kleine elektromotor gebruiken om de rotor tijdens autorotatie met dezelfde snelheid te laten draaien, terwijl andere alleen op de luchtkrachten vertrouwen om de rotor met dezelfde snelheid te laten draaien.

Voor op afstand bestuurbare helikopters en drones is de sleutel tot een succesvolle autorotatielanding het constant houden van de rotorsnelheid en het gebruik van de pitch-, cyclische en collectieve bedieningselementen om de daal- en voorwaartse snelheid van het vliegtuig te regelen.

Voor op afstand bestuurbare helikopters en drones is de beste manier om autorotatielandingen uit te voeren, te oefenen in een veilige, open ruimte uit de buurt van mensen, gebouwen en andere obstakels, en de manoeuvres geleidelijk moeilijker te maken naarmate uw vaardigheden verbeteren.

Het is ook belangrijk om het vliegtuig in goede staat te houden en regelmatig onderhoud en inspecties uit te voeren om ervoor te zorgen dat het goed werkt. Piloten moeten zich houden aan alle wetten en regels over het besturen van op afstand bestuurbare vliegtuigen.

De VECTOR-stuurautomaat, gemaakt door UAV Navigation, is een van de weinige stuurautomaten die volledig zelfstandig kan draaien.

Om goed te worden in autorotaties is het belangrijk om ze vaak op een veilige plek te oefenen.

De sleutel tot een succesvolle autorotatie-landing is timing en weten wanneer je je afdaling en voorwaartse snelheid moet vertragen door te flitsen met een achterwaarts cyclisch commando, een positieve collectieve toonhoogte toe te passen en vervolgens het vliegtuig vlak voor de landing waterpas te stellen met voorwaartse cyclische om zachtjes te landen.

Het is ook belangrijk om een ​​goede plek te kiezen om te landen en er met de juiste hoek en snelheid dichtbij te komen.

Video en referenties

Tip: Schakel de ondertitelingsknop in als je die nodig hebt. Kies "automatische vertaling" in de instellingenknop, als u niet bekend bent met de Engelse taal. Mogelijk moet u eerst op de taal van de video klikken voordat uw favoriete taal beschikbaar komt voor vertaling.

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

Gebruik gevallen

Gebruikt in:	Beschrijving:
Noodlanding	Een van de belangrijkste manieren waarop autorotatie wordt gebruikt, is wanneer de motor van een helikopter stopt met werken in een noodgeval. Wanneer dit gebeurt, kan de piloot autorotatie starten, waardoor de helikopter veilig naar de grond kan glijden. Deze stap kan het leven redden van zowel de piloot als de mensen aan boord.
Leger	Autorotatie is een nuttige vaardigheid voor militaire helikopterpiloten die de leiding hebben over militaire operaties. Tijdens gevechten moet een helikopter mogelijk snel op de grond vallen om te voorkomen dat hij wordt geraakt door vijandelijk vuur. Door gebruik te maken van autorotatie kan de piloot de helikopter snel en veilig landen.
Zoek en Red	Helikopters worden vaak gebruikt voor zoek- en reddingsacties, vooral in moeilijk bereikbare of afgelegen gebieden. In dit soort situaties kan autorotatie de helikopter helpen om veilig en gecontroleerd te landen, zelfs op ruw terrein.
landbouw	Autorotatie kan ook worden gebruikt in de landbouw, vooral bij het bestrooien van gewassen.
Filmen en fotograferen	Helikopters worden vaak gebruikt om opnamen van bovenaf te maken in de film- en fotografie-industrie.
Onderhoud van elektriciteitsleidingen	Soms worden helikopters ingezet voor onderhoud aan hoogspanningsleidingen, zoals het repareren of vervangen van kapotte leidingen. Autorotatie kan de helikopter helpen veilig en nauwkeurig te landen op plaatsen die op een andere manier moeilijk te bereiken zijn.

Conclusie

Concluderend laat het idee van autorotatie zien hoe krachtig techniek kan zijn en hoe creatief mensen kunnen zijn.

Het geeft ons het vertrouwen om in helikopters en andere vliegtuigen te vliegen, wetende dat als de motor niet meer werkt, we nog steeds veilig terug naar de grond kunnen glijden.

Autorotatie laat ons ook zien dat wanneer we de grenzen van het mogelijke verleggen, we geweldige dingen kunnen doen.

Ingenieurs en piloten zijn altijd gedreven geweest om nieuwe en betere manieren te vinden om te vliegen, vanaf de eerste keren dat mensen vlogen tot de allernieuwste technologie die in de moderne luchtvaart wordt gebruikt.

Autorotatie is slechts een van de verbazingwekkende dingen die we kunnen doen als we er onze zinnen op zetten.

Dus, de volgende keer dat je omhoog kijkt en een helikopter ziet vliegen, denk dan eens aan autorotatie, een technisch hoogstandje dat het allemaal mogelijk maakt.