Știința Autorotației: Un Ghid Pentru Începători

În lumea ingineriei, totul este să facă mașini care pot funcționa chiar și în cele mai dificile situații.

Autorotația este o manevră foarte importantă pentru elicoptere care poate însemna diferența dintre viață și moarte.

Voi explica ce este autorotația, cum funcționează și de ce este atât de importantă pentru piloții și inginerii de elicoptere în această postare pe blog.

Așadar, pregătește-te să înveți despre una dintre cele mai importante părți ale zborului unui elicopter.

Introducere în autorotație în inginerie

Definiție formală:

1. Rotire în jurul oricărei axe a unui corp care este simetrică și expusă unui curent de aer uniform și menținută numai de momente aerodinamice. 2. Rotirea unei folii aerodinamice simetrice blocate paralel cu direcția vântului.

Autorotația este un tip de zbor în care sistemul de rotor principal al unui elicopter sau al altei aeronave cu aripi rotative se rotește fără a fi alimentat de motor.

Acest lucru este similar cu modul în care funcționează un autogiro.

Când motorul sau rotorul de coadă nu mai funcționează, această metodă este adesea folosită pentru a ateriza rapid elicopterul. Dar poate fi folosit și pentru a ieși dintr-un inel de vortex și ca instrument de antrenament atunci când un pilot învață să zboare.

Cum funcționează autorotația

În timpul autorotației, pilotul deconectează motorul de la sistemul rotorului principal. Acest lucru permite fluxului ascendent de aer să conducă singur paletele rotorului.

Pentru a controla RPM de autorotație, pilotul modifică dimensiunea zonei de autorotație în raport cu zonele conduse și de blocare.

Pentru mai multe detalii vizitati aceasta pagina:

ardupilot

Aerodinamica autorotației

Autorotarea este o procedură de urgență foarte importantă în zborul cu elicopterul. Lasa rotorul principal al unui elicopter sa se miste doar din cauza presiunii aerului, nu din cauza motorului.

Variabile care afectează autorotația

Principalele lucruri care afectează cât de bine funcționează autorotația sunt:

• Altitudine de densitate: La altitudini cu densitate mare, unde aerul este mai puțin dens, rata de coborâre va fi mai rapidă.
• Greutate brută: elicopterele cu greutate mai mare cad mai repede.
• Viteza aerului: pilotul are cel mai mult control asupra vitezei de coborâre în timpul autorotației prin viteza aerului.

La fel ca în zborul normal, controlul ciclic al pasului face ca avionul să meargă mai repede sau mai încet.

Coborârile autorotative la viteze foarte mici sau foarte mari sunt mai periculoase decât cele efectuate la viteza minimă de coborâre.

• Viteza de rotație a rotorului: pe măsură ce viteza de rotație a rotorului crește, rata de coborâre scade.

Regiunea de conducere a autorotației

În timpul autorotației, regiunea de antrenare sau regiunea autorotativă este de obicei între 25 și 70% din raza lamei. Aici se fac forțele care rotesc lamele.

Există un unghi față de forța aerodinamică totală în această zonă.

Flare Landing și absorbție de energie

La aterizarea dintr-o autorotație, energia cinetică stocată în palele rotative și mișcarea înainte a avionului sunt folosite pentru a încetini rata de coborâre și pentru a face o aterizare moale.

O rată mai mare de coborâre înseamnă că este necesară mai multă energie a rotorului pentru a opri un elicopter decât o rată mai mică.

Manevre în Autorotație

Când un avion își pierde puterea, un pilot trebuie să facă trei lucruri importante:

• Autorotație: Această manevră acoperă trecerea de la zborul normal cu motor la autorotația constantă.
• Autorotație constantă: în timpul autorotației constante, numai forțele aerodinamice ale motorului trebuie să conducă la un cuplu net zero.

Deoarece avionul coboară, aerul curge în sus prin rotorul principal. Forma lamelor face, de asemenea, acest lucru mai ușor.

Rotorul principal este conectat la rotorul de coadă cu roți dințate, astfel încât în ​​zbor normal, rotorul principal antrenează rotorul de coadă.

Dar în timpul coborârii autorotative în stare de echilibru, când motorul își pierde puterea și cuplul scade la zero, rotorul de coadă încetează să funcționeze ca dispozitiv anti-cuplu deoarece primește cuplu de la sistemul rotorului principal prin sistemul de transmisie.

• Flare Landing: În această manevră, lamele care se rotesc și mișcarea înainte a avionului sunt folosite pentru a încetini rata de coborâre și pentru a face o aterizare moale.
• Touch-Down - Vehiculul este aterizat ușor folosind energia rămasă în capul rotorului.

Limitarea vitezei aerului manuală de zbor pentru autorotație

În autorotație, va exista o viteză peste care părțile palelor rotorului care trage în spatele rotorului se vor extinde atât de departe de-a lungul deschiderii palelor, încât rotorul va începe să încetinească mult.

Această viteză este de obicei scrisă ca viteza maximă permisă pentru autorotație în manualul de zbor.

Manevra de autorotatie a elicopterului

Autorotația de bază și cele patru secțiuni ale sale

Există patru părți ale autorotației de bază:

• Planare: În această porțiune, elicopterul se află într-o coborâre autorotativă stabilă, iar pilotul schimbă calea de zbor rotind elicopterul sau schimbând viteza aerului.
• Flare: În această secțiune, rata de coborâre este încetinită prin utilizarea energiei cinetice stocate în palele rotative și mișcarea înainte a avionului.
• Aterizare sau recuperarea puterii: în ultima parte, elicopterul fie aterizează încet, fie pilotul îi dă putere să se ridice înapoi.

Aplicație practică și autorotații avansate

Utilizarea în lumea reală a antrenamentului cu autorotație este similară cu ceea ce fac piloții atunci când practică aterizări forțate fără putere.

La fel ca într-un avion, tot ce trebuie să facă pilotul elicopterului pentru a începe o repriză este să repornească. Dar este foarte important să fii precis și să știi cum să muți elicopterul atunci când este în autorotație.

Colectiv pentru controlul rotației rotorului

Piloții de elicoptere trebuie să știe cum să folosească colectivul pentru a controla viteza rotoarelor în timpul autorotațiilor de oprire într-o viraj.

Când colectivul este mutat în sus, turația rotorului crește, iar când este mutată în jos, turația coboară.

Limite de siguranță și riscuri

Există riscuri care vin cu efectuarea autorotațiilor în timpul antrenamentului.

În ultima parte a unei autorotații, energia cinetică a elicopterului se poate epuiza, lăsând-o cu un efect de amortizare redus sau deloc.

Acest lucru ar putea duce la o aterizare forță care dăunează elicopterului.

Diagrama de înălțime a aeronavei în funcție de viteză ne spune care este cea mai sigură modalitate de a efectua această manevră.

Modelarea și Simularea Autorotației

Simulările și modelele pe computere au devenit modalități populare de a studia și de a îmbunătăți performanța autorotației în elicoptere.

Simulările pe computer pot fi folosite pentru a afla cum diferitele modele de elicopter sau formele palelor rotorului afectează cât de bine poate zbura elicopterul singur.

Cercetătorii au realizat și testat, de asemenea, într-un simulator, o serie de indicii pilot care îi vor face mai ușor pentru pilot să controleze elicopterul atunci când acesta se rotește singur.

În timpul autorotației, un set de indicii discrete și continue sunt definite pentru a ajuta pilotul să știe ce se întâmplă și ce trebuie să facă.

Beneficiile modelării prin simulare pe calculator

Modelarea prin simulare pe computer este utilă atunci când efectuarea de modificări la sistemul real este dificilă, costisitoare sau pur și simplu nu este o idee bună.

Utilizează software de calculator pentru a modela un sistem real sau propus, iar designerii, managerii de programe, analiștii și inginerii îl folosesc pentru a înțelege și evalua scenarii de caz „ce ar fi cazul”.

De exemplu, în loc să prăbușească efectiv zeci de mașini noi, companiile auto folosesc simulări pe computer pentru a-și testa noile linii de vehicule.

Limitările modelării prin simulare pe calculator

În general, una dintre problemele cu modelele de computer este că acestea nu pot lua în considerare cu exactitate toți factorii care ar putea afecta modul în care funcționează un sistem.

Acest lucru este valabil mai ales atunci când încercați să înțelegeți fenomene aerodinamice complicate, cum ar fi modul în care un elicopter se poate întoarce singur.

Un alt lucru care trebuie analizat este modul în care simulările computerizate afectează publicul larg. Deci, utilizarea modelării și simulării fără a fi atent ar putea duce la concluzii greșite.

Unele reguli, cum ar fi stabilirea unde un sistem de apărare nu funcționează corect, trebuie să fie luate în considerare atunci când se evaluează validitatea oricărui sistem simulat.

În cele din urmă, simulările pe computer au multe beneficii, dar au și unele probleme care trebuie gândite cu atenție înainte de a se trage concluzii.

Exemple din lumea reală de autorotație

Exemplele reale de autorotație arată cât de important este ca piloții de elicopter să știe cum să facă această manevră în caz de urgență.

Robinson Heli Down Autorotation

Robinson Heli Down Autorotation este o modalitate prin care un elicopter să aterizeze în siguranță dacă motorul său nu mai funcționează.

Piloții de elicopter Robinson îl folosesc adesea ca parte a pregătirii lor și iată pașii:

• Pilotul trebuie mai întâi să realizeze că motorul a încetat să funcționeze și apoi să înceapă imediat manevra de autorotație coborând colectivul și intrând într-o coborâre de autorotație.
• Pentru a ajunge într-o zonă de aterizare sigură, pilotul trebuie să stabilească apoi o rată constantă de coborâre și să mențină viteza rotoarelor constantă în timpul virării.
• În timpul coborârii, pilotul ar trebui să țină cont de viteza aerului și de turația rotorului și să folosească controlul ciclic al pasului pentru a face modificări după cum este necesar, păstrând controlul avionului.
• Când elicopterul se apropie de sol, pilotul ar trebui să îl întoarcă în lateral pentru a înmuia aterizarea și a încetini rata de coborâre.

Autorotație în drone

Autorotarea este utilă nu numai pentru elicopterele mari, ci și pentru elicopterele telecomandate și drone.

Ideea din spatele autorotației nu s-a schimbat: rotorul principal se rotește pentru că aerul se mișcă în sus prin el, mai degrabă decât pentru că motorul îl rotește.

Autorotație în elicoptere și drone telecomandate

Majoritatea elicopterelor telecomandate cu pas colectiv (RC) se pot automatiza și dacă motorul se stinge sau motorul nu mai funcționează dintr-un motiv oarecare.

Pentru ca elicopterul să facă autorotații, arborele rotorului principal trebuie să poată fi scos din restul ansamblului de transmisie sau ansamblu de viteze.

Unele drone mici pot folosi un mic motor electric pentru a menține rotorul să se rotească la aceeași viteză în timpul autorotației, în timp ce altele se pot baza doar pe forțele aerului pentru a menține rotorul să se rotească la aceeași viteză.

Pentru elicopterele și dronele telecomandate, cheia unei aterizări cu autorotație de succes este menținerea constantă a vitezei rotorului și utilizarea comenzilor de pas, ciclice și colective pentru a controla coborârea și viteza înainte a aeronavei.

Pentru elicoptere și drone telecomandate, cel mai bun mod de a realiza aterizări cu autorotație este să exersați într-o zonă sigură, deschisă, departe de oameni, clădiri și alte obstacole și să faceți treptat manevrele mai dificile pe măsură ce abilitățile dumneavoastră se îmbunătățesc.

De asemenea, este important să mențineți avionul în stare bună și să faceți întreținere și inspecții regulate pentru a vă asigura că funcționează bine. Piloții ar trebui să respecte toate legile și regulile cu privire la modul de operare a aeronavelor controlate de la distanță.

Pilotul automat VECTOR, care a fost realizat de UAV Navigation, este unul dintre doar un număr mic de piloți automati care se pot roti complet pe cont propriu.

Pentru a deveni bun la autorotații, este important să le exersați des într-un loc sigur.

Cheia unei aterizări cu autorotație reușită este sincronizarea și știi când să încetiniți coborârea și viteza înainte, prin evaziunea cu o comandă ciclică din spate, aplicarea unei înclinații colective pozitive și apoi nivelarea aeronavei chiar înainte de a ateriza cu ciclic înainte pentru a ateriza ușor.

De asemenea, este important să alegeți un loc bun pentru a ateriza și să vă apropiați de el la unghiul și viteza potrivite.

Video și referințe

Sfat: activați butonul de subtitrare dacă aveți nevoie de el. Alegeți „traducere automată” în butonul de setări, dacă nu sunteți familiarizat cu limba engleză. Poate fi necesar să faceți mai întâi clic pe limba videoclipului înainte ca limba preferată să devină disponibilă pentru traducere.

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

Cazuri de utilizare

Folosit in:	Descriere:
Aterizare de urgență	Una dintre cele mai importante moduri în care este utilizată autorotația este atunci când motorul unui elicopter nu mai funcționează în caz de urgență. Când se întâmplă acest lucru, pilotul poate începe autorotația, ceea ce face posibil ca elicopterul să alunece în siguranță la sol. Această mișcare poate salva atât viața pilotului, cât și a celor de la bord.
Militar	Autorotarea este o abilitate utilă pentru piloții de elicoptere militare care sunt responsabili de operațiunile militare. În luptă, un elicopter poate avea nevoie să cadă rapid la sol pentru a evita să fie lovit de focul inamic. Utilizând autorotația, pilotul poate ateriza rapid și în siguranță elicopterul.
Cauta si salveaza	Elicopterele sunt adesea folosite pentru căutare și salvare, în special în zonele greu accesibile sau îndepărtate. În astfel de situații, autorotația poate ajuta elicopterul să aterizeze în siguranță și în control, chiar și pe teren accidentat.
Agricultură	Autorotația poate fi folosită și în agricultură, mai ales atunci când se prafește culturile.
Filmare și fotografiere	Elicopterele sunt adesea folosite pentru a obține fotografii de sus în industria filmului și a fotografiei.
Întreținerea liniilor electrice	Uneori, elicopterele sunt folosite pentru întreținerea liniilor electrice, cum ar fi repararea sau înlocuirea liniilor întrerupte. Autorotația poate ajuta elicopterul să aterizeze în siguranță și cu precizie în locuri greu de ajuns în alt mod.

Concluzie

În concluzie, ideea de autorotație arată cât de puternică poate fi ingineria și cât de creativi pot fi oamenii.

Ne oferă încredere să zburăm în elicoptere și alte avioane, știind că dacă motorul nu mai funcționează, putem aluneca în siguranță înapoi la sol.

Autorotația ne arată, de asemenea, că atunci când depășim limitele a ceea ce este posibil, putem face lucruri uimitoare.

Inginerii și piloții au fost întotdeauna motivați să găsească modalități noi și mai bune de a zbura, de la primele momente în care oamenii au zburat până la tehnologia de ultimă oră folosită în aviația modernă.

Autorotația este doar unul dintre lucrurile uimitoare pe care le putem face atunci când ne gândim la asta.

Deci, data viitoare când vei ridica privirea și vezi un elicopter zburând, gândește-te la autorotație, o ispravă inginerească care face totul posibil.