Auto rotație

Autorotație ( altă greacă αὐτός - în sine; lat.  rotatio - rotație) - modul de rotație al elicei unei aeronave sau a unei turbine a motorului , în care energia necesară pentru rotație este preluată din fluxul incident pe șurub . Termenul a apărut între 1915 și 1920 în timpul începutului dezvoltării elicopterelor și a autogiroselor și înseamnă rotația rotorului principal fără participarea motorului.

Descriere

La aeronavele care utilizează elice cu pas variabil ca propulsoare , autorotația elicei (rotația din fluxul care se apropie) are loc atunci când motorul se defectează sau este oprit în zbor. În acest caz, există o rezistență puternică la curgere și, în cazul unei defecțiuni a unui motor pe consola aripii, un moment puternic de întoarcere și înclinare, care complică semnificativ controlul aeronavei și poate duce la căderea acesteia. Pentru a preveni acest fenomen neplăcut, toate motoarele moderne cu turbopropulsoare au sisteme automate și manuale , care, în cazul opririi motorului în zbor, setează (întoarce) palele elicei „în aval”. Șurubul are astfel o rezistență minimă și nu se rotește. Pentru a porni un motor turbopropulsor în zbor, elicea este scoasă din poziția paletei și începe să rotească motorul; când se atinge o anumită viteză, sistemul de aprindere și alimentarea cu combustibil sunt pornite - „pornire autorotație”.

Rotorul motoarelor cu turboreacție , dacă sunt oprite în zbor, se poate roti și din fluxul care se apropie în modul de autorotație.

Pentru elicoptere în practica internă, termenul „autorotație a rotorului principal” (START) a fost stabilit pentru a desemna autorotația rotorului principal. În timpul unui zbor normal al unui elicopter, cu motorul pornit, fluxul de aer intră de sus și iese de jos - rotorul principal funcționează în modul „elice”. În modul START, rotorul principal al elicopterului se rotește din fluxul care se apropie din sens opus, creând în același timp portanță. Autorotația este posibilă deoarece rotorul principal se află într-un astfel de flux în modul „ moara de vânt ”. Pentru a reduce pierderile mecanice în modul START, între motor și rotorul principal este instalat un ambreiaj de suprafuncționare (există câteva dintre soluțiile sale de proiectare). De exemplu, pe elicopterul Mi-8 , ambreiaje de rulare sunt instalate între turbina liberă și cutia de viteze principală, prin urmare, în modul START, cutia de viteze principală este condusă de la rotorul principal, care distribuie cuplul rotorului de coadă, sistemul hidraulic. pompe și un alternator (și alte unități de elicopter). ): elicopterul păstrează controlabilitatea și alimentarea cu energie a instrumentelor de zbor din cabina de pilotaj.

Folosind autorotația, un elicopter poate ateriza în siguranță cu una sau două defecțiuni ale motorului, astfel încât capacitatea de a ateriza în siguranță în autorotație este obligatorie pentru certificarea producătorului de elicopter. Calitatea aerodinamică în modul de autorotație (de exemplu, elicopterul Mi-4 ) variază de la 1,55 la 5,0 la o viteză de zbor de 50 până la 120 km/h, respectiv [1] .

Modul de autorotație este unul de lucru pentru autogiro . Polarul rotorului principal care se rotește al unui autogir este foarte asemănător cu polarul unei aripi, așa că zborul într-un autogir seamănă mai mult cu zborul într-un avion decât într-un elicopter.

Utilizare

Pe elicoptere , cel mai frecvent motiv pentru utilizarea autorotației este o defecțiune a motorului, dar autorotația poate fi folosită și în cazul unei defecțiuni complete a rotorului de coadă , deoarece nu există un cuplu de reacție generat de rotorul principal în autorotație. În unele situații extreme, autorotația poate fi folosită pentru a ieși dintr-un inel de vortex dacă altitudinea o permite.

La elicopterele cu un singur rotor, în cazul unei defecțiuni a motorului, rotorul principal, continuând să se miște prin inerție, va continua să creeze portanță pentru ceva timp , pierzând viteza. Acțiunile pilotului în caz de defecțiune a motorului depind în primul rând de sensul de rotație al rotorului principal. De exemplu, cu rotirea la dreapta a rotorului principal, în momentul defectării motorului, pasul elicopterului crește spontan, cu o viraj de rotire spre stânga. Pilotul părăsește unghiul de rotire prin devierea pedalelor (schimbând pasul rotorului de coadă), iar pasul împingând ușor stick-ul departe de el. În același timp, pilotul trebuie să inverseze unghiul de atac al palei și să reducă pasul elicei la minimum posibil pentru a preveni pierderea vitezei unghiulare a elicei. Datorită modificării unghiului de atac al elicei, elicopterul începe să scadă rapid. Fluxul de aer care se apropie are un efect puternic asupra șurubului, rotindu-l în aceeași direcție în care s-a rotit. Sensul de rotație rămâne același.

Mai mulți factori afectează rata de coborâre în modul de autorotație: densitatea aerului , greutatea elicopterului , viteza elicei , viteza fluxului de aer. Pentru a controla rata de coborâre, pilotul controlează mai întâi rata pe variometru. Scăderea sau creșterea vitezei este controlată de pasul elicei, ca în zborul normal. Rata constantă de coborâre verticală este de aproximativ 25-30 m/s și depinde de modelul de elicopter și de factorii descriși mai sus. O astfel de viteză nu poate fi stinsă doar din cauza inerției rotorului principal, iar în absența unei înălțimi suficiente pentru a câștiga viteza orizontală, aterizarea este imposibilă.

În timpul coborârii, rotorul principal acumulează o energie cinetică mare datorită masei și vitezei de rotație. La câțiva metri de sol, pilotul schimbă unghiul de atac al rotorului principal în cel opus (jargonul „subminează elicea”). Datorită energiei cinetice de rotație, rotorul principal, atunci când „subminează”, creează o ridicare suplimentară, în timp ce viteza de rotație a șurubului scade. Viteza verticală este redusă la valori acceptabile (aproximativ 5-6 m/s), iar elicopterul aterizează. Tipul de aterizare depinde de masa de zbor a elicopterului: un elicopter gol poate ateriza cu o coborâre verticală; dacă există marfă la bord, trebuie să aterizezi cu kilometraj, „ca un avion”.

Pentru o aterizare mai sigură, elicopterul trebuie să aibă fie suficientă înălțime, fie suficientă viteză orizontală. Înălțimea este necesară pentru rotirea rotorului principal în timpul coborârii. Viteza orizontală este utilizată pentru a converti rapid energia cinetică a mișcării elicopterului în energia de rotație a elicei. Dacă motorul se defectează la altitudine joasă, aterizarea se poate termina cu un dezastru. Elicopterele militare operează la joasă altitudine, așa că uneori sunt instalate scaune cu ejectare pentru a salva echipajul , iar palele rotorului principal sunt aprinse înainte de ejectare.

Cea mai lungă autorotație din istorie a fost realizată de Jean  Boulet în 1972 , când a atins o altitudine record de 12.440 m într-un elicopter Aérospatiale Lama . Din cauza temperaturii scăzute (−63 °C), motorul s-a oprit la această altitudine și nu a pornit din nou. Folosind autorotația, pilotul a reușit să aterizeze în siguranță elicopterul la sol. [2] .

Zonele palelor rotorului elicopterului în timpul autorotației

Palele elicei elicopterului au o răsucire negativă (unghiul de atac al fundului este mai mare decât unghiul de atac al vârfului palei), prin urmare, în timpul autorotației verticale, discul format de palele rotative ale elicopterului poate fi împărțit în trei zone: conducător, condus și zona fluxului de separare. Mărimea acestor zone variază în funcție de panta palelor, rata de scufundare și viteza elicei. Când acești parametri sunt modificați, se modifică și procentul acestor trei zone.

Zona antrenată este situată la capetele lamelor. De obicei, aproximativ 30% din rază. Zona condusă asigură frânarea palelor și, ca urmare, o scădere a vitezei de rotație a elicei.

Zona de conducere, sau zona de autorotație, este de obicei între 25% și 70% din raza elicei și este sursa forței motrice pentru rotația palei în timpul autorotației. Forța aerodinamică totală din această zonă este direcționată ușor înainte față de axa de rotație și determină accelerarea rotației elicei.

25% din interiorul lamei funcționează la un unghi de atac mai mare decât unghiul critic, determinând rotirea elicei în jos.

O viteză constantă a elicei este atinsă atunci când forța generată de zona de conducere este echilibrată de forțele de frânare ale zonei antrenate și ale zonei de curgere separate. Pilotul ajustează înclinarea palelor, de exemplu prin creșterea zonei zonei de conducere, acest lucru face ca elicea să se rotească mai repede și, la rândul său, crește zonele conduse și supracritice, astfel încât rotația este stabilizată la o frecvență mai mare. . Reducerea zonei de conducere reduce viteza de rotație.

Link -uri

• Elicopterul aterizează în autorotație. TSENTRNAUCHFILM 1990 (video pe YouTube )

Note

1. ↑ Manualul unui inginer aeronautic / Ed. V. G. Alexandrova. M.: Transport, 1973. S. 83.
2. ↑ R. Randall Padfield, Ralph C. Padfield, Padfield R., Learning to Fly Helicopters, McGraw-Hill Professional, 1992, ISBN 0-07-157724-6 , ISBN 978-0-07-157724-3

Dicționare și enciclopedii	Rusă mare