Зрив під час польоту вперед

У вертольотах, якщо швидкість, визначена виробником, перевищена, лопаті ротора заглухнуть. Це призводить до неконтрольованості та втрати контролю. Цей ефект більш докладно описаний нижче.

Вертольоти летять вперед (див. Переліт вперед), нахиляючи свій вектор тяги вперед, що також призводить до типового положення польоту вертольота, злегка нахиленого вперед. Чим швидше вертоліт летить, тим більшу тягу (крок) він повинен створити для підтримання висоти. Це означає, що кут атаки лопатей ротора повинен бути більшим при більших швидкостях руху вперед, щоб створити більшу тягу. Відповідно, десь існує межа, при якій кут атаки настільки великий, що потік відривається від лопаті ротора. Зараз питання в тому, де і за яких умов це відбувається.

Проблема зворотного потоку

Спочатку розглянемо процеси на зворотній стороні головного ротора.

Насправді поблизу осі ротора лопатка ротора вже наближається назад (ззаду) на дуже низьких швидкостях! (див. рис. 1). Отже, у цій зоні зворотного потоку рушія немає взагалі! Чим швидше вертоліт летить, тим більшою площею стає зворотний потік проти лопаті ротора. Це означає втрату підйому, яка збільшується із швидкістю руху вперед, що, звичайно, зменшує загальну тягу головного ротора. Але там

• Потік до повертається лист стає все слабшим і слабшим
• Кут атаки потрібно збільшити, щоб компенсувати втрату підйому на стороні відступаючого леза

З певною швидкістю руху вперед ці два факти призводять до розриву потоку. Але трохи вражає, що зупинка відбувається біля кінчика лопаті (див. Рис. 4), а не, як очікувалося, біля осі ротора.

Потік спочатку обривається на кінчику лопаті втягуючого ротора.

Вищевказані міркування (компенсація на лопаті, що повертається, з більшим кутом атаки) призводять до кута розподілу атаки в прямому польоті, що має максимум на кінчику лопаті ротора, що повертається -> див. Рис. 4.

Проблема швидкості звуку

Давайте тепер розглянемо процеси на передній стороні лопаті, які також обмежують максимальну швидкість руху вертольота вперед.

Як зазначалося вище, швидкість руху вертольота вперед додається до швидкості обертання лопаті ротора з боку ведучої лопаті. Це означає, що ця ефективна швидкість потоку настільки велика, що вона може знаходитися в межах швидкості звуку. Як видно з військовими реактивними літаками, прорив звукового бар'єру призводить до сильного вибуху. Це також часто можна почути на вертольоті, навіть якщо не настільки голосно, як на військовому літаку.
Проблема полягає в тому, що безпосередньо перед тим, як пробитися звуковий бар’єр, відбуваються сильні стрибки тиску, які вимагають великої потужності двигуна. Опір ведучого листа надзвичайно зростає з певної швидкості! Це відоме як так званий ефект стисливості.

Тому потужність двигуна побічно обмежує швидкість руху вперед.
Крім того, класичний профіль крила лопаті ротора вертольота в надзвуковому діапазоні більше не створюватиме оптимальний підйом.

Наступна невелика програма повинна створювати враження про переважаючі швидкості на лопатях переднього та зворотного роторів у прямому польоті:

Говорячи про допустиму швидкість руху Vne вперед для вертольота (ne означає "ніколи не перевищувати"), втрата підйому на зворотній лопаті настільки велика, що вертоліт хоче "нахилитися" на цю сторону. Існує ризик повної втрати контролю.

Vne позначає швидкість, яку ніколи не можна перевищувати там, де може статися місцевий зрив. Точні таблиці Vne можна знайти в посібнику польоту.

Через зсув фази ця втрата підйому виявляється лише приблизно на 90 ° пізніше над кормою. Вертоліт реагує на перевищення Vne кивком носа вертольота, що теоретично також призводить до того, що швидкість руху вперед знову зменшується. Насправді ж стійло через надмірну швидкість оголошується сильним струшуванням цілої клітини, потім кивком. Підсумовуючи:

• Сильне трясіння та вібрація кабіни вертольота
• Ніс вгору носа вертольота
• Прокат вліво (проти годинникової стрілки) або вправо (в залежності від напрямку обертання головного ротора)

• Поворотний рейс з високим коефіцієнтом навантаження:
  Потік проти ротора сильніший знизу, що збільшує ефективний кут атаки. Це збільшення може означати, що межа максимально допустимого кута атаки перевищений і, таким чином, викликає зрив.

• Спалах або швидка зупинка:
  Тут також збільшений потік до ротора знизу веде до збільшеного кута атаки, що може призвести до місцевого зриву. Ця ситуація також добре чутна через гучне биття лопатей ротора в таких ситуаціях.

• Поривчастий вітер:
  Навіть поривчастий вітер може тимчасово збільшити ефективний кут атаки локально, щоб струм проривався.

• Різкі рульові рухи:
  Якщо пілот раптово штовхне палицю (циклічно) навколо (наприклад, через непередбачуваний безпосередній ризик зіткнення), лопаті ротора можуть локально зупинитися.

Засоби та контрзаходи

Якщо такий стан, як описано вище, який може бути небезпечним, особливо поблизу землі через некерованість вертольота, допоможуть такі контрзаходи:

• Негайно зменшіть висоту тону:
  У будь-якому випадку це зменшує всі кути атаки і дозволяє потоку спиратися на профіль крила.

• Палиця або циклічна в нейтральному положенні:
  Якщо зупинка потоку встановилася лише внаслідок сильної кривої або початкового спалаху, локальна зупинка потоку може бути змінена шляхом скидання циклічного у нейтральне положення.

• Зменшити висоту польоту (висоту щільності):
  Оскільки максимально допустима швидкість Vne зменшується із збільшенням висоти, для цього має бути спрямована менша висота.

• Зменшити вертолітну масу:
  Важкий вертоліт (наприклад, з недостатніми навантаженнями) вимагає більшої тяги і, отже, більших кутів атаки. Це означає, що ліміт стійла досягається швидше, і вертоліт може показувати місцевий ларьок навіть при значно менших жилах. Точна перевірка Vne під час підготовки до польоту з розрахунковою вагою та висотою цілі є частиною підготовки до польоту.

Значення Vne справжніх вертольотів

Нижче наведено деякі реальні значення Eurocopter AS350B2 за різних умов. Ця інформація випливає з посібника з польоту:

Наступний витяг з технічного опису Eurocopter EC135 також показує, як Vne зменшується із збільшенням ваги вертольота (брутто), як описано вище в розділі "Зменшення маси вертольота".