Vitenskapen Om Autorotasjon: En Nybegynnerveiledning

I ingeniørverdenen handler det om å lage maskiner som kan fungere selv i de vanskeligste situasjoner.

Autorotasjon er en svært viktig manøver for helikoptre som kan bety forskjellen mellom liv og død.

Jeg vil forklare hva autorotasjon er, hvordan det fungerer, og hvorfor det er så viktig for helikopterpiloter og ingeniører i dette blogginnlegget.

Så gjør deg klar til å lære om en av de viktigste delene av å fly et helikopter.

Introduksjon til autorotasjon i ingeniørfag

Formell definisjon:

1. Rotasjon om en hvilken som helst akse til et legeme som er symmetrisk og utsatt for en jevn luftstrøm og opprettholdes kun av aerodynamiske momenter. 2. Rotasjon av en stanset symmetrisk bæreflate parallelt med vindretningen.

Autorotasjon er en type flyging der hovedrotorsystemet til et helikopter eller andre roterende vingefly svinger uten å bli drevet av motoren.

Dette ligner på hvordan en autogyro fungerer.

Når motoren eller halerotoren slutter å fungere, brukes denne metoden ofte for å lande helikopteret raskt. Men den kan også brukes til å komme seg ut av en virvelring og som et treningsverktøy når en pilot skal lære å fly.

Hvordan autorotasjon fungerer

Under autorotasjon kobler piloten motoren fra hovedrotorsystemet. Dette lar den oppadgående luftstrømmen drive rotorbladene alene.

For å kontrollere autorotasjonsturtallet endrer piloten størrelsen på autorotasjonsområdet i forhold til de drevne og stallområdene.

For mer informasjon besøk denne siden:

ardupilot

Aerodynamikk av autorotasjon

Autorotasjon er en svært viktig nødprosedyre i helikopterflyging. Den lar hovedrotoren til et helikopter bevege seg kun på grunn av lufttrykket, ikke på grunn av motoren.

Variabler som påvirker autorotasjon

De viktigste tingene som påvirker hvor godt autorotasjon fungerer er:

• Tetthet Høyde: I høyder med høy tetthet, hvor luften er mindre tett, vil nedstigningshastigheten være raskere.
• Bruttovekt: Helikoptre med mer vekt faller raskere.
• Lufthastighet: Piloten har mest kontroll over nedstigningshastigheten under autorotasjon gjennom lufthastighet.

Akkurat som ved vanlig flyging, gjør den sykliske pitch-kontrollen at flyet går raskere eller saktere.

Autorotative nedstigninger ved svært lave eller svært høye lufthastigheter er farligere enn de som gjøres med minimumshastigheten for nedstigningshastighet.

• Rotorrotasjonshastighet: Når rotorrotasjonshastigheten øker, går nedstigningshastigheten ned.

Driving Region of Autorotation

Under autorotasjon er drivområdet eller autorotasjonsområdet vanligvis mellom 25 og 70 % av bladets radius. Det er her kreftene lages som snur bladene.

Det er en vinkel til den totale aerodynamiske kraften i dette området.

Flarelanding og energiabsorpsjon

Når man lander fra en autorotasjon, brukes den kinetiske energien som er lagret i de roterende bladene og flyets bevegelse fremover til å bremse nedstigningshastigheten og foreta en myk landing.

En høyere nedstigningshastighet betyr at det trengs mer rotorenergi for å stoppe et helikopter enn en lavere hastighet.

Manøvrer i autorotasjon

Når et fly mister strømmen, må en pilot gjøre tre viktige ting:

• Autorotasjon: Denne manøveren dekker endringen fra normal drevet flyging til jevn autorotasjon.
• Jevn autorotasjon: Under jevn autorotasjon må motorens aerodynamiske krefter alene resultere i null netto dreiemoment.

Fordi flyet går ned, strømmer luft opp gjennom hovedrotoren. Formen på bladene gjør dette også enklere.

Hovedrotoren er koblet til halerotoren med tannhjul, så ved normal flyging driver hovedrotoren halerotoren.

Men under steady-state autorotativ nedstigning, når motoren mister kraft og dreiemomentet faller til null, slutter halerotoren å fungere som en antimomentanordning fordi den får dreiemoment fra hovedrotorsystemet gjennom girsystemet.

• Flarelanding: I denne manøveren brukes de spinnende bladene og flyets bevegelse fremover til å bremse nedstigningshastigheten og foreta en myk landing.
• Touch-Down - Kjøretøyet landes forsiktig ved å bruke energien som er igjen i rotorhodet.

Flyhåndbok lufthastighetsbegrensning for autorotasjon

Ved autorotasjon vil det være en hastighet over hvilken delene av rotorbladene som drar bak rotoren vil strekke seg så langt langs bladspennet at rotoren vil begynne å bremse mye.

Denne flyhastigheten er vanligvis skrevet som den maksimale lufthastigheten som er tillatt for autorotasjon i flyhåndboken.

Helikopter autorotasjonsmanøver

Grunnleggende autorotasjon og dens fire seksjoner

Det er fire deler til den grunnleggende autorotasjonen:

• Glide: Under denne delen er helikopteret i en stabil autorotativ nedstigning, og piloten endrer flyveien ved å snu helikopteret eller endre flyhastigheten.
• Flare: I denne seksjonen bremses nedstigningshastigheten ved å bruke den kinetiske energien som er lagret i de roterende bladene og flyets bevegelse fremover.
• Landing eller kraftgjenoppretting: I den siste delen lander helikopteret enten mykt eller piloten gir det kraft til å reise seg igjen.

Praktisk bruk og avanserte autorotasjoner

Den virkelige bruken av autorotasjonstrening ligner på det piloter gjør når de øver på tvangslandinger uten strøm.

Akkurat som i et fly, er alt helikopterpiloten trenger å gjøre for å starte en runde å sette på strømmen igjen. Men det er veldig viktig å være nøyaktig og vite hvordan man flytter helikopteret når det er i autorotasjon.

Kollektiv for Rotor RPM Control

Piloter av helikoptre må vite hvordan de skal bruke kollektivet til å kontrollere hastigheten på rotorene under autorotasjoner i en sving.

Når kollektivet flyttes opp går rotorens turtall opp, og når det flyttes ned går turtallet ned.

Sikkerhetsgrenser og risikoer

Det er risikoer som følger med å gjøre autorotasjoner under trening.

I den siste delen av en autorotasjon kan helikopterets kinetiske energi gå tom, og etterlate det med liten eller ingen dempende effekt

Dette kan føre til en hard landing som skader helikopteret.

Flyhøyde versus hastighet diagrammet forteller oss hva den sikreste måten å gjøre denne manøveren er.

Modellering og simulering av autorotasjon

Simuleringer og modeller på datamaskiner har blitt populære måter å studere og forbedre ytelsen til autorotasjon i helikoptre.

Datasimuleringer kan brukes til å finne ut hvordan ulike helikopterdesign eller rotorbladformer påvirker hvor godt helikopteret kan fly på egen hånd.

Forskere har også laget og testet i en simulator en rekke pilotsignaler som skal gjøre det lettere for piloten å kontrollere helikopteret når det roterer på egenhånd.

Under autorotasjon defineres et sett med diskrete og kontinuerlige signaler for å hjelpe piloten å vite hva som skjer og hva han skal gjøre.

Fordeler med datasimuleringsmodellering

Datasimuleringsmodellering er nyttig når å gjøre endringer i det virkelige systemet er vanskelig, dyrt eller bare ikke en god idé.

Den bruker dataprogramvare for å modellere et reelt eller foreslått system, og designere, programledere, analytikere og ingeniører bruker det til å forstå og evaluere "hva-hvis"-casescenarier.

For eksempel, i stedet for å krasje dusinvis av nye biler, bruker bilselskaper datasimuleringer for å teste sine nye serier med kjøretøy.

Begrensninger ved datasimuleringsmodellering

Generelt er et av problemene med datamodeller at de ikke nøyaktig kan ta hensyn til alle faktorene som kan påvirke hvordan et system fungerer.

Dette gjelder spesielt når man prøver å forstå kompliserte aerodynamiske fenomener, som hvordan et helikopter kan slå av seg selv.

En annen ting som må ses på er hvordan datasimuleringer påvirker allmennheten. Så bruk av modellering og simulering uten å være forsiktig kan føre til feil konklusjoner.

Noen regler, som å finne ut hvor et forsvarssystem ikke fungerer som det skal, må tas i betraktning når man bedømmer gyldigheten til et simulert system.

Til syvende og sist har datasimuleringer mange fordeler, men de har også noen problemer som må tenkes nøye gjennom før noen konklusjoner trekkes.

Eksempler fra den virkelige verden på autorotasjon

Eksempler fra den virkelige verden på autorotasjon viser hvor viktig det er for helikopterpiloter å vite hvordan man gjør denne manøveren i nødstilfeller.

Robinson Heli Down Autorotasjon

Robinson Heli Down Autorotation er en måte for et helikopter å lande trygt hvis motoren slutter å fungere.

Robinson helikopterpiloter bruker det ofte som en del av treningen, og her er trinnene:

• Piloten må først innse at motoren har sluttet å virke og deretter starte autorotasjonsmanøveren med en gang ved å senke kollektivet og gå inn i en autorotasjonsnedstigning.
• For å komme til en sikker landingssone, må piloten deretter stille inn en jevn nedstigningshastighet og holde rotorenes hastighet jevn mens han svinger.
• Under nedstigningen bør piloten holde et øye med lufthastigheten og rotorturtallet og bruke den sykliske pitch-kontrollen til å gjøre endringer etter behov mens han beholder kontrollen over flyet.
• Når helikopteret kommer nær bakken, bør piloten snu det sidelengs for å myke opp landingen og bremse nedstigningshastigheten.

Autorotasjon i droner

Autorotasjon er nyttig ikke bare for helikoptre i full størrelse, men også for fjernstyrte helikoptre og droner.

Ideen bak autorotasjon har ikke endret seg: hovedrotoren snur fordi luft beveger seg opp gjennom den, snarere enn fordi motoren snur den.

Autorotasjon i fjernstyrte helikoptre og droner

De fleste kollektive fjernkontrollerte (RC) helikoptre kan også automatiske hvis motoren flammer ut eller motoren slutter å fungere av en eller annen grunn.

For at helikopteret skal kunne utføre autorotasjoner, må hovedrotorakselen kunne tas ut av resten av driv- eller girenheten.

Noen små droner kan bruke en liten elektrisk motor for å holde rotoren i samme hastighet under autorotasjon, mens andre kan stole bare på luftkreftene for å holde rotoren i samme hastighet.

For fjernstyrte helikoptre og droner er nøkkelen til en vellykket autorotasjonslanding å holde rotorhastigheten konstant og bruke pitch-, sykliske og kollektive kontroller for å kontrollere flyets ned- og foroverhastighet.

For fjernstyrte helikoptre og droner er den beste måten å gjøre autorotasjonslandinger på å øve på et trygt, åpent område vekk fra mennesker, bygninger og andre hindringer, og å gradvis gjøre manøvrene vanskeligere etter hvert som ferdighetene dine forbedres.

Dessuten er det viktig å holde flyet i god form og gjøre regelmessig vedlikehold og inspeksjoner for å sikre at det fungerer bra. Piloter bør følge alle lover og regler om hvordan de skal betjene fjernstyrte fly.

VECTOR-autopiloten, som ble laget av UAV Navigation, er en av bare et lite antall autopiloter som kan rotere helt på egen hånd.

For å bli god på autorotasjoner er det viktig å øve dem ofte på et trygt sted.

Nøkkelen til en vellykket autorotasjonslanding er timing og å vite når du skal redusere nedstignings- og foroverhastigheten ved å fakle med en bakre syklisk kommando, bruke positiv kollektiv pitch, og deretter jevne ut flyet rett før landing med forover syklisk for å lande forsiktig.

Det er også viktig å velge et godt sted å lande og komme nærme det i riktig vinkel og hastighet.

Video og referanser

Tips: Slå på bildetekstknappen hvis du trenger det. Velg "automatisk oversettelse" i innstillingsknappen hvis du ikke er kjent med det engelske språket. Du må kanskje klikke på språket til videoen først før favorittspråket ditt blir tilgjengelig for oversettelse.

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

Brukssaker

Brukt i:	Beskrivelse:
Nødlanding	En av de viktigste måtene autorotasjon brukes på er når et helikopters motor slutter å fungere i en nødssituasjon. Når dette skjer, kan piloten starte autorotasjon, som gjør det mulig for helikopteret å gli trygt til bakken. Dette trekket kan redde livet til både piloten og menneskene om bord.
Militær	Autorotasjon er en nyttig ferdighet for militære helikopterpiloter som har ansvaret for militære operasjoner. I kamp kan det hende et helikopter må raskt falle til bakken for å unngå å bli truffet av fiendtlig ild. Ved å bruke autorotasjon kan piloten raskt og trygt lande helikopteret.
Søk og redning	Helikoptre brukes ofte til søk og redning, spesielt i vanskelig tilgjengelige eller avsidesliggende områder. I slike situasjoner kan autorotasjon hjelpe helikopteret til å lande trygt og med kontroll, selv i ulendt terreng.
Jordbruk	Autorotasjon kan også brukes i oppdrett, spesielt ved støvtørking av avlinger.
Filming og fotografering	Helikoptre brukes ofte for å ta bilder ovenfra i film- og fotoindustrien.
Vedlikehold av kraftledninger	Noen ganger brukes helikoptre til å utføre vedlikehold på kraftledninger, som å fikse eller erstatte ødelagte linjer. Autorotasjon kan hjelpe helikopteret til å lande trygt og nøyaktig på steder det er vanskelig å komme til på noen annen måte.

Konklusjon

Avslutningsvis viser ideen om autorotasjon hvor kraftig ingeniørkunst kan være og hvor kreative mennesker kan være.

Det gir oss selvtillit til å fly i helikoptre og andre fly, vel vitende om at hvis motoren slutter å fungere, kan vi fortsatt trygt gli tilbake til bakken.

Autorotasjon viser oss også at når vi presser grensene for hva som er mulig, kan vi gjøre fantastiske ting.

Ingeniører og piloter har alltid vært drevet til å finne nye og bedre måter å fly på, fra de første gangene folk fløy til den banebrytende teknologien som brukes i moderne luftfart.

Autorotasjon er bare en av de fantastiske tingene vi kan gjøre når vi tenker på det.

Så neste gang du ser opp og ser et helikopter fly, tenk på autorotasjon, en ingeniørbragd som gjør det hele mulig.