Vetenskapen Om Autorotation: En Nybörjarguide

I ingenjörsvärlden handlar det om att tillverka maskiner som kan fungera även i de svåraste situationerna.

Autorotation är en mycket viktig manöver för helikoptrar som kan betyda skillnaden mellan liv och död.

Jag kommer att förklara vad autorotation är, hur det fungerar och varför det är så viktigt för helikopterpiloter och ingenjörer i det här blogginlägget.

Så gör dig redo att lära dig om en av de viktigaste delarna av att flyga en helikopter.

Introduktion till autorotation inom teknik

Formell definition:

1. Rotation kring en kroppsaxel som är symmetrisk och utsatt för en enhetlig luftström och upprätthålls endast av aerodynamiska moment. 2. Rotation av en avstannad symmetrisk bäryta parallellt med vindens riktning.

Autorotation är en typ av flygning där huvudrotorsystemet i en helikopter eller andra roterande flygplan svänger utan att drivas av motorn.

Detta liknar hur ett autogyro fungerar.

När motorn eller stjärtrotorn slutar fungera, används ofta denna metod för att snabbt landa helikoptern. Men den kan också användas för att ta sig ur en virvelring och som ett träningsredskap när en pilot ska lära sig flyga.

Hur autorotation fungerar

Under autorotation kopplar piloten bort motorn från huvudrotorsystemet. Detta låter det uppåtgående luftflödet driva enbart rotorbladen.

För att styra autorotationsvarvtalet ändrar piloten storleken på autorotationsområdet i förhållande till de drivna områdena och stallområdena.

För mer information besök denna sida:

ardupilot

Autorotations aerodynamik

Autorotation är en mycket viktig nödprocedur vid helikopterflygning. Den låter huvudrotorn i en helikopter röra sig bara på grund av lufttrycket, inte på grund av motorn.

Variabler som påverkar autorotation

De viktigaste sakerna som påverkar hur väl autorotation fungerar är:

• Densitetshöjd: På höjder med hög densitet, där luften är mindre tät, kommer nedstigningshastigheten att vara snabbare.
• Bruttovikt: Helikoptrar med mer vikt faller snabbare.
• Flyghastighet: Piloten har mest kontroll över nedstigningshastigheten under autorotation genom flyghastighet.

Precis som vid normal flygning gör den cykliska pitchkontrollen att planet går snabbare eller långsammare.

Autorotativa nedstigningar vid mycket låga eller mycket höga flyghastigheter är farligare än de som görs vid den lägsta hastigheten för nedstigning.

• Rotorns rotationshastighet: När rotorns rotationshastighet ökar, minskar nedstigningshastigheten.

Driving Region of Autorotation

Under autorotation är det drivande området eller det autorotativa området vanligtvis mellan 25 och 70 % av bladets radie. Det är här krafterna skapas som vänder bladen.

Det finns en vinkel mot den totala aerodynamiska kraften i detta område.

Flarelandning och energiabsorption

När man landar från en autorotation används den kinetiska energin som lagras i de roterande bladen och planets framåtrörelse för att bromsa nedstigningshastigheten och göra en mjuk landning.

En högre nedstigningstakt innebär att det krävs mer rotorenergi för att stoppa en helikopter än en lägre hastighet.

Manövrar i autorotation

När ett plan tappar ström måste en pilot göra tre viktiga saker:

• Autorotation: Denna manöver täcker förändringen från normal motordriven flygning till stadig autorotation.
• Stadig autorotation: Under stadig autorotation måste endast motorns aerodynamiska krafter resultera i noll nettovridmoment.

Eftersom planet går ner strömmar luft upp genom huvudrotorn. Bladens form underlättar också detta.

Huvudrotorn är ansluten till stjärtrotorn med kugghjul, så vid normal flygning driver huvudrotorn stjärtrotorn.

Men under steady-state autorotativ nedstigning, när motorn tappar kraft och vridmomentet sjunker till noll, slutar stjärtrotorn att fungera som en antimomentanordning eftersom den får vridmoment från huvudrotorsystemet genom transmissionssystemet.

• Flare Landing: I denna manöver används de snurrande bladen och planets framåtrörelse för att bromsa nedstigningshastigheten och göra en mjuk landning.
• Touch-Down - Fordonet landas försiktigt med den energi som finns kvar i rotorhuvudet.

Flygmanual lufthastighetsbegränsning för autorotation

Vid autorotation kommer det att finnas en hastighet över vilken de delar av rotorbladen som släpar efter rotorn kommer att sträcka sig så långt längs bladspannet att rotorn börjar sakta ner mycket.

Denna flyghastighet skrivs vanligtvis som den högsta tillåtna flyghastigheten för autorotation i flygmanualen.

Helikopter autorotationsmanöver

Grundläggande autorotation och dess fyra sektioner

Det finns fyra delar till den grundläggande autorotationen:

• Glide: Under denna del befinner sig helikoptern i en stabil autorotativ nedstigning, och piloten ändrar flygbanan genom att vända helikoptern eller ändra flyghastigheten.
• Flare: I det här avsnittet bromsas nedstigningshastigheten genom att använda den kinetiska energin som lagras i de roterande bladen och planets framåtrörelse.
• Landning eller kraftåterställning: I den sista delen landar helikoptern antingen mjukt eller så ger piloten den kraft att ta sig upp igen.

Praktisk tillämpning och avancerade autorotationer

Den verkliga användningen av autorotationsträning liknar vad piloter gör när de övar på tvångslandningar utan ström.

Precis som i ett flygplan är allt som helikopterpiloten behöver göra för att starta en omgång att slå på strömmen igen. Men det är väldigt viktigt att vara noggrann och veta hur man flyttar helikoptern när den är i autorotation.

Kollektiv för rotorvarvtalsreglering

Piloter på helikoptrar måste veta hur man använder kollektivet för att kontrollera rotorernas hastighet under autorotationer av strömavstängning i en sväng.

När kollektivet flyttas upp går rotorns varvtal upp och när det flyttas ner går varvtalet ner.

Säkerhetsgränser och risker

Det finns risker med att göra autorotationer under träning.

I den sista delen av en autorotation kan helikopterns kinetiska energi ta slut, vilket gör att den får liten eller ingen dämpningseffekt

Detta kan leda till en hård landning som skadar helikoptern.

Flygplanets höjd kontra hastighetsdiagram berättar för oss vad det säkraste sättet att göra denna manöver är.

Modellering och simulering av autorotation

Simuleringar och modeller på datorer har blivit populära sätt att studera och förbättra prestandan för autorotation i helikoptrar.

Datorsimuleringar kan användas för att ta reda på hur olika helikopterkonstruktioner eller rotorbladsformer påverkar hur väl helikoptern kan flyga på egen hand.

Forskare har också gjort och testat i en simulator ett antal pilotsignaler som ska göra det lättare för piloten att styra helikoptern när den roterar på egen hand.

Under autorotation definieras en uppsättning diskreta och kontinuerliga signaler för att hjälpa piloten att veta vad som pågår och vad som ska göras.

Fördelar med datorsimuleringsmodellering

Datorsimuleringsmodellering är användbart när det är svårt, dyrt eller bara inte en bra idé att göra ändringar i det verkliga systemet.

Den använder datorprogramvara för att modellera ett verkligt eller föreslaget system, och designers, programansvariga, analytiker och ingenjörer använder det för att förstå och utvärdera "vad-om"-fallscenarier.

Till exempel, istället för att faktiskt krascha dussintals nya bilar, använder bilföretag datorsimuleringar för att testa sina nya serier av fordon.

Begränsningar av datorsimuleringsmodellering

Generellt sett är ett av problemen med datormodeller att de inte korrekt kan ta hänsyn till alla faktorer som kan påverka hur ett system fungerar.

Detta gäller särskilt när man försöker förstå komplicerade aerodynamiska fenomen, som hur en helikopter kan vända på egen hand.

En annan sak som behöver tittas på är hur datorsimuleringar påverkar allmänheten. Så att använda modellering och simulering utan att vara försiktig kan leda till felaktiga slutsatser.

Vissa regler, som att ta reda på var ett försvarssystem inte fungerar som det ska, måste beaktas när man bedömer giltigheten av ett simulerat system.

I slutändan har datorsimuleringar många fördelar, men de har också en del problem som måste övervägas noggrant innan några slutsatser dras.

Verkliga exempel på autorotation

Verkliga exempel på autorotation visar hur viktigt det är för helikopterpiloter att veta hur man gör denna manöver i händelse av en nödsituation.

Robinson Heli Down Autorotation

Robinson Heli Down Autorotation är ett sätt för en helikopter att landa säkert om dess motor slutar fungera.

Robinson helikopterpiloter använder det ofta som en del av sin utbildning, och här är stegen:

• Piloten måste först inse att motorn har slutat fungera och sedan starta autorotationsmanövern direkt genom att sänka kollektivet och gå in i en autorotationssänkning.
• För att komma till en säker landningszon måste piloten sedan ställa in en jämn nedstigningshastighet och hålla rotorernas hastighet jämn under svängning.
• Under nedstigningen bör piloten hålla ett öga på flyghastigheten och rotorns varvtal och använda den cykliska pitchkontrollen för att göra ändringar efter behov samtidigt som han behåller kontrollen över planet.
• När helikoptern kommer nära marken ska piloten vända den i sidled för att mjuka upp landningen och sakta ner hastigheten.

Autorotation i drönare

Autorotation är användbar inte bara för helikoptrar i full storlek, utan också för fjärrstyrda helikoptrar och drönare.

Tanken bakom autorotation har inte förändrats: huvudrotorn svänger för att luft rör sig upp genom den, snarare än för att motorn vrider den.

Autorotation i fjärrstyrda helikoptrar och drönare

De flesta kollektiva pitch fjärrstyrda (RC) helikoptrar kan också automatiska om motorn flammar ut eller motorn slutar fungera av någon anledning.

För att helikoptern ska kunna göra autorotationer måste huvudrotoraxeln kunna tas ut ur resten av driv- eller växelenheten.

Vissa små drönare kan använda en liten elmotor för att hålla rotorn i samma hastighet under autorotation, medan andra kanske bara litar på luftkrafterna för att hålla rotorn i samma hastighet.

För fjärrstyrda helikoptrar och drönare är nyckeln till en framgångsrik autorotationslandning att hålla rotorhastigheten konstant och använda pitch-, cykliska och kollektiva kontroller för att styra flygplanets nedstignings- och framåthastighet.

För fjärrstyrda helikoptrar och drönare är det bästa sättet att göra autorotationslandningar att öva på ett säkert, öppet område borta från människor, byggnader och andra hinder, och att gradvis försvåra manövrarna när dina färdigheter förbättras.

Det är också viktigt att hålla planet i gott skick och göra regelbundet underhåll och inspektioner för att se till att det fungerar bra. Piloter bör följa alla lagar och regler om hur man använder fjärrstyrda flygplan.

VECTOR-autopiloten, som tillverkades av UAV Navigation, är en av endast ett litet antal autopiloter som kan rotera helt på egen hand.

För att bli bra på autorotationer är det viktigt att träna dem ofta på ett säkert ställe.

Nyckeln till en framgångsrik autorotationslandning är tajming och att veta när du ska sakta ner din nedstigning och framåthastighet genom att blossa med ett bakre cykliskt kommando, tillämpa positiv kollektiv stigning och sedan utjämna flygplanet precis innan landning med framåt cyklisk landning för att landa försiktigt.

Det är också viktigt att välja en bra plats att landa på och komma nära den i rätt vinkel och hastighet.

Video och referenser

Tips: Slå på bildtextknappen om du behöver den. Välj "automatisk översättning" i inställningsknappen om du inte är bekant med det engelska språket. Du kan behöva klicka på språket för videon först innan ditt favoritspråk blir tillgängligt för översättning.

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

Användningsfall

Använd i:	Beskrivning:
Nödlandning	Ett av de viktigaste sätten att använda autorotation är när en helikopters motor slutar fungera i en nödsituation. När detta händer kan piloten starta autorotation, vilket gör det möjligt för helikoptern att säkert glida till marken. Denna flytt kan rädda livet på både piloten och människorna ombord.
Militär	Autorotation är en användbar färdighet för militära helikopterpiloter som är ansvarig för militära operationer. I strid kan en helikopter behöva snabbt falla till marken för att undvika att bli träffad av fiendens eld. Genom att använda autorotation kan piloten snabbt och säkert landa helikoptern.
Sök och rädda	Helikoptrar används ofta för sök och räddning, särskilt i svåråtkomliga eller avlägsna områden. I den här typen av situationer kan autorotation hjälpa helikoptern att landa säkert och under kontroll, även i ojämn terräng.
Lantbruk	Autorotation kan också användas inom jordbruket, speciellt vid damning av grödor.
Filmning och fotografering	Helikoptrar används ofta för att ta bilder från ovan inom film- och fotoindustrin.
Underhåll av kraftledningar	Ibland används helikoptrar för att utföra underhåll på kraftledningar, som att fixa eller byta ut trasiga ledningar. Autorotation kan hjälpa helikoptern att landa säkert och exakt på platser som är svåra att ta sig till på annat sätt.

Slutsats

Sammanfattningsvis visar tanken på autorotation hur kraftfull ingenjörskonst kan vara och hur kreativa människor kan vara.

Det ger oss självförtroende att flyga i helikoptrar och andra plan, med vetskapen om att om motorn slutar fungera kan vi fortfarande säkert glida tillbaka till marken.

Autorotation visar oss också att när vi tänjer på gränserna för vad som är möjligt kan vi göra fantastiska saker.

Ingenjörer och piloter har alltid drivits av att hitta nya och bättre sätt att flyga, från de första gångerna människor flög till den spjutspetsteknologi som används inom modern flyg.

Autorotation är bara en av de fantastiska saker vi kan göra när vi tänker på det.

Så nästa gång du tittar upp och ser en helikopter flyga, tänk på autorotation, en ingenjörskonst som gör allt möjligt.