Nauka O Autorotacji: Przewodnik Dla Początkujących

W świecie inżynierii chodzi o tworzenie maszyn, które mogą pracować nawet w najtrudniejszych sytuacjach.

Autorotacja to bardzo ważny manewr dla śmigłowców, który może zadecydować o życiu lub śmierci.

Czym jest autorotacja, jak działa i dlaczego jest tak ważna dla pilotów śmigłowców i inżynierów, wyjaśnię w tym poście na blogu.

Przygotuj się więc na poznanie jednej z najważniejszych części latania helikopterem.

Wprowadzenie do autorotacji w inżynierii

Formalna definicja:

1. Obrót wokół dowolnej osi ciała, który jest symetryczny i wystawiony na równomierny strumień powietrza i utrzymywany tylko przez momenty aerodynamiczne. 2. Obrót przeciągniętego symetrycznego płata równolegle do kierunku wiatru.

Autorotacja to rodzaj lotu, w którym główny wirnik śmigłowca lub innego wiropłatu obraca się bez napędzania silnika.

Jest to podobne do działania wiatrakowca.

Kiedy silnik lub śmigło ogonowe przestają działać, ta metoda jest często stosowana do szybkiego lądowania helikoptera. Ale może być również używany do wydostania się z pierścienia wirowego i jako narzędzie szkoleniowe, gdy pilot uczy się latać.

Jak działa autorotacja

Podczas autorotacji pilot odłącza silnik od układu głównego wirnika. Dzięki temu przepływ powietrza w górę napędza same łopaty wirnika.

Aby sterować obrotami autorotacji, pilot zmienia wielkość obszaru autorotacji w stosunku do obszaru napędzanego i przeciągnięcia.

Aby uzyskać więcej informacji, odwiedź tę stronę:

ardupilot

Aerodynamika autorotacji

Autorotacja jest bardzo ważną procedurą awaryjną w locie śmigłowcem. Umożliwia ruch wirnika głównego helikoptera tylko dzięki ciśnieniu powietrza, a nie silnikowi.

Zmienne wpływające na autorotację

Główne czynniki wpływające na skuteczność autorotacji to:

• Wysokość gęstościowa: Na wysokościach o dużej gęstości, gdzie powietrze jest mniej gęste, prędkość opadania będzie większa.
• Masa całkowita: Śmigłowce o większej masie spadają szybciej.
• Prędkość lotu: Pilot ma największą kontrolę nad prędkością opadania podczas autorotacji przez prędkość lotu.

Podobnie jak w normalnym locie, cykliczna regulacja pochylenia sprawia, że ​​samolot porusza się szybciej lub wolniej.

Zniżanie autorotacyjne przy bardzo niskich lub bardzo dużych prędkościach jest bardziej niebezpieczne niż te wykonywane przy minimalnej prędkości opadania.

• Prędkość obrotowa wirnika: Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej wirnika prędkość opadania spada.

Obszar napędowy autorotacji

Podczas autorotacji obszar napędowy lub obszar autorotacyjny wynosi zwykle od 25 do 70% promienia łopaty. To tutaj wytwarzane są siły, które obracają ostrza.

W tym obszarze istnieje kąt do całkowitej siły aerodynamicznej.

Lądowanie flary i pochłanianie energii

Podczas lądowania z autorotacji energia kinetyczna zmagazynowana w obracających się łopatach i ruch samolotu do przodu są wykorzystywane do spowolnienia opadania i miękkiego lądowania.

Wyższa prędkość opadania oznacza, że ​​do zatrzymania śmigłowca potrzeba więcej energii wirnika niż przy niższej prędkości.

Manewry w autorotacji

Kiedy samolot traci moc, pilot musi zrobić trzy ważne rzeczy:

• Autorotacja: Manewr ten obejmuje zmianę z normalnego lotu z napędem na stałą autorotację.
• Stała autorotacja: Podczas stałej autorotacji same siły aerodynamiczne silnika muszą skutkować zerowym momentem obrotowym netto.

Ponieważ samolot schodzi w dół, powietrze przepływa do góry przez główny wirnik. Ułatwia to również kształt ostrzy.

Wirnik główny jest połączony ze śmigłem ogonowym za pomocą kół zębatych, więc w normalnym locie wirnik główny napędza śmigło ogonowe.

Ale podczas zniżania autorotacyjnego w stanie ustalonym, kiedy silnik traci moc, a moment obrotowy spada do zera, śmigło ogonowe przestaje działać jako urządzenie przeciwdziałające momentowi obrotowemu, ponieważ pobiera moment obrotowy z układu głównego wirnika przez układ przeniesienia napędu.

• Flare Landing: W tym manewrze obracające się łopaty i ruch samolotu do przodu są wykorzystywane do spowolnienia opadania i miękkiego lądowania.
• Przyziemienie — pojazd delikatnie ląduje, wykorzystując energię pozostałą w głowicy wirnika.

Instrukcja użytkowania w locie Ograniczenie prędkości lotu dla autorotacji

W autorotacji będzie prędkość, powyżej której części łopat wirnika ciągnące się za wirnikiem będą rozciągać się tak daleko wzdłuż rozpiętości łopat, że wirnik zacznie znacznie zwalniać.

Ta prędkość jest zwykle zapisywana jako maksymalna prędkość dozwolona dla autorotacji w instrukcji użytkowania w locie.

Manewr Autorotacji Śmigłowca

Podstawowa autorotacja i jej cztery sekcje

Podstawowa autorotacja składa się z czterech części:

• Szybowanie: Podczas tej części śmigłowiec znajduje się w stabilnym zniżaniu autorotacyjnym, a pilot zmienia tor lotu, obracając śmigłowiec lub zmieniając prędkość.
• Rozbłysk: W tej sekcji prędkość opadania jest spowolniona dzięki wykorzystaniu energii kinetycznej zmagazynowanej w obracających się łopatach i ruchu samolotu do przodu.
• Lądowanie lub przywracanie zasilania: W ostatniej części helikopter albo miękko ląduje, albo pilot daje mu moc, aby wstać.

Praktyczne zastosowanie i zaawansowane autorotacje

Rzeczywiste wykorzystanie treningu autorotacji jest podobne do tego, co robią piloci, gdy ćwiczą wymuszone lądowania bez zasilania.

Podobnie jak w samolocie, wszystko, co pilot helikoptera musi zrobić, aby rozpocząć odejście na drugi krąg, to ponownie włączyć zasilanie. Ale bardzo ważne jest, aby być dokładnym i wiedzieć, jak poruszać helikopterem, gdy jest w autorotacji.

Zbiorczy dla kontroli obrotów wirnika

Piloci śmigłowców muszą wiedzieć, jak wykorzystać kolektyw do sterowania prędkością wirników podczas autorotacji po wyłączeniu zasilania w zakręcie.

Gdy kolektyw jest przesuwany w górę, obroty wirnika rosną, a gdy jest przesuwany w dół, obroty spadają.

Granice bezpieczeństwa i zagrożenia

Istnieje ryzyko związane z wykonywaniem autorotacji podczas treningu.

W ostatniej części autorotacji energia kinetyczna helikoptera może się wyczerpać, pozostawiając go z niewielkim lub żadnym efektem amortyzacji

Może to doprowadzić do twardego lądowania, które uszkodzi helikopter.

Wykres wysokości samolotu w funkcji prędkości mówi nam, jaki jest najbezpieczniejszy sposób wykonania tego manewru.

Modelowanie i symulacja autorotacji

Symulacje i modele na komputerach stały się popularnymi sposobami badania i poprawy wydajności autorotacji w śmigłowcach.

Symulacje komputerowe można wykorzystać do ustalenia, w jaki sposób różne konstrukcje helikopterów lub kształty łopat wirnika wpływają na to, jak dobrze helikopter może latać samodzielnie.

Naukowcy wykonali również i przetestowali w symulatorze szereg wskazówek pilota, które ułatwią pilotowi sterowanie helikopterem, gdy ten obraca się samodzielnie.

Podczas autorotacji definiowany jest zestaw dyskretnych i ciągłych wskazówek, aby pomóc pilotowi wiedzieć, co się dzieje i co robić.

Korzyści z komputerowego modelowania symulacyjnego

Modelowanie symulacji komputerowych jest przydatne, gdy wprowadzanie zmian w rzeczywistym systemie jest trudne, kosztowne lub po prostu nie jest dobrym pomysłem.

Wykorzystuje oprogramowanie komputerowe do modelowania rzeczywistego lub proponowanego systemu, a projektanci, menedżerowie programów, analitycy i inżynierowie używają go do zrozumienia i oceny scenariuszy przypadków „co by było, gdyby”.

Na przykład, zamiast faktycznie rozbijać dziesiątki nowych samochodów, firmy samochodowe używają symulacji komputerowych do testowania swoich nowych linii pojazdów.

Ograniczenia modelowania symulacji komputerowych

Ogólnie rzecz biorąc, jednym z problemów z modelami komputerowymi jest to, że nie mogą one dokładnie uwzględnić wszystkich czynników, które mogą mieć wpływ na działanie systemu.

Jest to szczególnie prawdziwe, gdy próbujemy zrozumieć skomplikowane zjawiska aerodynamiczne, takie jak to, jak helikopter może się obracać.

Kolejną rzeczą, której należy się przyjrzeć, jest wpływ symulacji komputerowych na ogół społeczeństwa. Tak więc korzystanie z modelowania i symulacji bez zachowania ostrożności może prowadzić do błędnych wniosków.

Niektóre zasady, takie jak ustalenie, gdzie system obronny nie działa prawidłowo, należy wziąć pod uwagę przy ocenie ważności dowolnego symulowanego systemu.

W końcu symulacje komputerowe mają wiele zalet, ale mają też pewne problemy, które należy dokładnie przemyśleć, zanim wyciągnie się jakiekolwiek wnioski.

Rzeczywiste przykłady autorotacji

Rzeczywiste przykłady autorotacji pokazują, jak ważne jest, aby piloci śmigłowców wiedzieli, jak wykonać ten manewr w sytuacji awaryjnej.

Autorotacja Robinson Heli Down

Robinson Heli Down Autorotation to sposób na bezpieczne lądowanie helikoptera, jeśli jego silnik przestanie działać.

Piloci helikopterów Robinson często używają go w ramach swojego szkolenia, a oto kroki:

• Pilot musi najpierw zorientować się, że silnik przestał działać, a następnie od razu rozpocząć manewr autorotacji, opuszczając kolektyw i przechodząc do zniżania autorotacyjnego.
• Aby dostać się do bezpiecznej strefy lądowania, pilot musi następnie ustawić stałą prędkość opadania i utrzymywać stałą prędkość wirników podczas skręcania.
• Podczas zniżania pilot powinien obserwować prędkość lotu i obroty wirnika oraz korzystać z cyklicznej kontroli pochylenia, aby w razie potrzeby dokonywać zmian, zachowując jednocześnie kontrolę nad samolotem.
• Gdy helikopter zbliży się do ziemi, pilot powinien obrócić go w bok, aby zmiękczyć lądowanie i spowolnić opadanie.

Autorotacja w dronach

Autorotacja jest przydatna nie tylko w pełnowymiarowych śmigłowcach, ale także w zdalnie sterowanych śmigłowcach i dronach.

Idea autorotacji nie uległa zmianie: główny wirnik obraca się, ponieważ powietrze przepływa przez niego w górę, a nie dlatego, że obraca go silnik.

Autorotacja w zdalnie sterowanych helikopterach i dronach

Większość zdalnie sterowanych helikopterów (RC) o skoku kolektywnym może również działać automatycznie, jeśli silnik zgaśnie lub silnik przestanie działać z jakiegoś powodu.

Aby śmigłowiec mógł wykonywać autorotacje, wał wirnika głównego musi dać się wyjąć z pozostałej części zespołu napędowego lub przekładni.

Niektóre małe drony mogą wykorzystywać mały silnik elektryczny do utrzymania tej samej prędkości obrotowej wirnika podczas autorotacji, podczas gdy inne mogą polegać wyłącznie na siłach powietrza, aby utrzymać tę samą prędkość obrotową wirnika.

W przypadku zdalnie sterowanych helikopterów i dronów kluczem do pomyślnego lądowania z autorotacją jest utrzymanie stałej prędkości wirnika i wykorzystanie sterowania pochyleniem, cyklicznego i zbiorowego do kontrolowania opadania i prędkości samolotu do przodu.

W przypadku zdalnie sterowanych helikopterów i dronów najlepszym sposobem lądowania z autorotacją jest ćwiczenie w bezpiecznej, otwartej przestrzeni z dala od ludzi, budynków i innych przeszkód oraz stopniowe utrudnianie manewrów w miarę poprawy umiejętności.

Ponadto ważne jest, aby utrzymywać samolot w dobrym stanie i regularnie przeprowadzać konserwację i przeglądy, aby upewnić się, że działa dobrze. Piloci powinni przestrzegać wszystkich praw i zasad dotyczących obsługi zdalnie sterowanych statków powietrznych.

Autopilot VECTOR, który został wyprodukowany przez UAV Navigation, jest jednym z nielicznych autopilotów, które mogą się w pełni samodzielnie obracać.

Aby dobrze opanować autorotacje, ważne jest, aby ćwiczyć je często w bezpiecznym miejscu.

Kluczem do udanego lądowania z autorotacją jest wyczucie czasu i wiedza, kiedy należy zwolnić opadanie i prędkość do przodu, wykonując cykliczną komendę z tyłu, stosując dodatni skok ogólny, a następnie wyrównując drona tuż przed przyziemieniem, cyklicznie do przodu, aby delikatnie wylądować.

Ważne jest również, aby wybrać dobre miejsce do lądowania i zbliżyć się do niego pod odpowiednim kątem iz odpowiednią prędkością.

Wideo i referencje

Wskazówka: włącz przycisk napisów, jeśli go potrzebujesz. Wybierz „automatyczne tłumaczenie” w przycisku ustawień, jeśli nie znasz języka angielskiego. Może być konieczne kliknięcie najpierw języka filmu, zanim Twój ulubiony język będzie dostępny do tłumaczenia.

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

Przypadków użycia

Stosuje się w:	Opis:
Awaryjne lądowanie	Jednym z najważniejszych sposobów wykorzystania autorotacji jest zatrzymanie pracy silnika helikoptera w sytuacji awaryjnej. W takiej sytuacji pilot może rozpocząć autorotację, co umożliwia bezpieczne zejście helikoptera na ziemię. Ten ruch może uratować życie zarówno pilota, jak i osób na pokładzie.
Wojskowy	Autorotacja to przydatna umiejętność dla pilotów śmigłowców wojskowych, którzy są odpowiedzialni za operacje wojskowe. W walce helikopter może być zmuszony do szybkiego zejścia na ziemię, aby uniknąć trafienia ogniem wroga. Korzystając z autorotacji, pilot może szybko i bezpiecznie wylądować helikopterem.
Szukać i ratować	Helikoptery są często wykorzystywane do poszukiwań i ratownictwa, zwłaszcza w trudno dostępnych lub odległych obszarach. W tego rodzaju sytuacjach autorotacja może pomóc helikopterowi w bezpiecznym i kontrolowanym lądowaniu, nawet na nierównym terenie.
Rolnictwo	Autorotację można również wykorzystać w rolnictwie, zwłaszcza przy opylaniu upraw.
Filmowanie i fotografowanie	Helikoptery są często używane do robienia ujęć z góry w branży filmowej i fotograficznej.
Konserwacja linii energetycznych	Czasami helikoptery są używane do konserwacji linii energetycznych, takiej jak naprawa lub wymiana uszkodzonych linii. Autorotacja może pomóc helikopterowi bezpiecznie i dokładnie wylądować w miejscach, do których trudno dotrzeć w inny sposób.

Wniosek

Podsumowując, idea autorotacji pokazuje, jak potężna może być inżynieria i jak kreatywni mogą być ludzie.

Daje nam pewność, że możemy latać helikopterami i innymi samolotami, wiedząc, że jeśli silnik przestanie działać, nadal możemy bezpiecznie szybować z powrotem na ziemię.

Autorotacja pokazuje nam również, że przekraczając granice tego, co jest możliwe, możemy dokonać niesamowitych rzeczy.

Inżynierowie i piloci zawsze szukali nowych i lepszych sposobów latania, od pierwszych lotów po najnowocześniejszą technologię stosowaną we współczesnym lotnictwie.

Autorotacja to tylko jedna z niesamowitych rzeczy, które możemy zrobić, gdy się nad tym skupimy.

Więc następnym razem, gdy spojrzysz w górę i zobaczysz lecący helikopter, pomyśl o autorotacji, wyczynie inżynierii, który sprawia, że ​​to wszystko jest możliwe.