Ve své otázce ohledně hluku vrtulníku jsem vycházel z předpokladu, že jedním z důvodů, proč jsou tak zatraceně hlučné, je to, že hroty hlavního rotoru jdou rychleji než rychlost zvuku . @FreeMan se zeptal, zda tomu tak je.
Snažil jsem se najít informace o tom, ale většina stránek nakonec pojednává o V NE – rychlosti dopředu, jakou postupující nože jít nadzvukově, zatímco ustupující lopatky ztratí vztlak a stání. To není o této situaci.
Jedná se o pravidelný let – je to extrémně hlasitý hluk z vrtulníků, protože jejich špičky rotorů jsou nadzvukové nebo jsou od jiných zdroje?
ps Existuje určitá zmínka, že „WOP-WOP“ sestupných vrtulníků je způsoben nadzvukovými hroty rotorů. Je tomu tak – a pokud ano, jedná se o okrajový případ (tipy jsou pouze nadzvukové) nebo jen jeden příklad jejich použití.
Odpověď
The „wop wop“, obvykle známý jako plácnutí čepele, je slyšet, když špička čepele prochází vírem vytvořeným předchozím.
Lze tomu zabránit. mělký sestup, ale stále s docela dost síly – např. rychlé a mělké. Vír se začne pohybovat dolů, jakmile opustí špičku lopatky, takže při vodorovném letu přes ni projde následující lopatka. V mělkém klesání s velkým úhlem stoupání může následující čepel doslova „vrazit“ do předchozího víru. Víry dvou lopatek nyní interagují a mohou způsobit místní, přechodný nadzvukový tok. Chcete-li se tomu vyhnout, jednoduše snižte výšku tónu, abyste dosáhli pozitivnějšího klesání, nebo zatáhněte za cyklické, abyste zvýšili zatížení disku a zploštěli přístup.
Špičky lopatek nevycházejí nadzvukově. Ve skutečnosti se téměř u všech konstrukcí vrtulníků rotor otáčí ve velmi úzkém rozsahu rychlostí, obvykle mezi 90% a 110% normální rychlosti. Ve většině letových režimů se rotor otáčí na 100%, +/- několik procent, ať už stoupáte, sestupujete nebo křižujete. Pouze během automatického otáčení a agresivního manévrování se dosah liší o 10% nebo více. Závisí to na typu vrtulníku, ale absolutní limity by byly asi 85% (doba paniky, riziko úplného zablokování) a 115% (menší panika, riziko poškození stroje, zejména v hnacím hřídeli zadního rotoru).
Při běžném provozu a cílem designu je dosáhnout tohoto, hroty rotorů nejdou nadzvukové od doby, kdy dochází k náhlému a velkému poklesu výkonu s vyšším výkonem, vyšším zatížením kotouče, vibracemi a hlukem.
Přemýšlejte o tom, jak vrtulník letí dopředu. Postupující čepel ve své nejvíce kolmé poloze zažívá relativní proudění vzduchu, které se rovná (ignoruje všechny druhy menších vedlejších účinků) rychlosti vpřed plus rychlosti čepele. Ustupující čepel zažívá relativní proudění vzduchu rovné rychlosti čepele minus rychlost vrtulníku.
Pokud se lopatky otáčejí tak rychle, že špičky jsou nadzvukové, pak by hlavní výběžek vytvářející část ustupující lopatky, vnější dvě třetiny rozpětí, pocítil pro některé rozpětí tak nízkou rychlost letu bude dokonce záporné, že se lopatky zastaví, což způsobí katastrofické převrácení na tuto stranu. Je to tento jev, který nakonec omezuje rychlost otáčení lopatek a maximální rychlost vrtulníku.
Podívejme se na R22 jako příklad. Následující obrázky jsou přibližné.
Rychlost hrotu rotoru je asi 670 fps (stop za sekundu). Rychlost zvuku na úrovni země ve standardní den je asi 1100 fps. R22 letí blízko VNE, řekněme 100kts, což je asi 170 fps.
Špička na postupující straně, když je nejrychlejší, proto letí relativně k proudění vzduchu při 840 fps a na ustupující straně, při nejpomalejší, při 500 fps.
Délka čepele je asi 11 stop, takže střední část čepele na ustupující straně letí pouze rychlostí 190 fps (polovina z 670 minus rychlost letu). Když se dostanete asi 4 stopy od kořene lopatky, je to nyní jen 50 fps a ne moc dále od toho, stane se nula, pak záporné.
Pamatujte, že zdvih je úměrný druhé mocnině rychlost. Nyní můžete vidět obrovský nesoulad mezi zvedáním na obou stranách, jak se zvyšuje rychlost letu.
Chcete-li odpovědět přímo na svou otázku, R22 by musel letět rychlostí 530 fps, aby se přiblížil rychlosti nadzvukových špiček, což odpovídá přibližně 330 kts, které nemůže dosáhnout ani zdaleka.
PS. R22 POH mluví v imperiálních mírách. Když dostanu čas, znovu provedu čísla v metrice, které já a většina světa dávám přednost.
Komentáře
- Zdá se, že první věta vašeho posledního odstavce je v rozporu: disk se otáčí tak rychle rychle nadzvukové, proto by vnější 2/3 rozpětí zažily pomalou rychlost letu. Mohl byste prosím objasnit, jak může být hrot (část vnějších 2/3 čepele) nadzvukový, přesto se stejné 2/3 čepele mohou pohybovat příliš pomalu? ' vám neříkám, že se ' mýlím, ' jsem opravdu zmatený .
- Trochu to přeformuluji. Mluvím o ustupující čepeli. Děkujeme, že jste na to upozornili.
- Není možné, aby dopředu pohybující se rotor dopadající na rychlost zvuku byl omezujícím faktorem rychlosti samotného vrtulníku? Nejasně si vzpomínám na pilota Lynxe, který mi říkal, že když jsem byl dítě.
- @chriscowley Je, ale nejprve zasáhnete VNE (rychlost nikdy nepřekročí). Přečtěte si o nesymetrii výtahu a o tom, jak souvisí s VNE
- @FreeMan Odpověď mi také byla matoucí. Myslím, že to říká '. Rotory se otáčejí poměrně pomalu, takže když je vrtulník v klidu, hroty jsou daleko od rychlosti zvuku. Jediným způsobem, jak získat tipy k prolomení zvukové bariéry, je velmi rychlý pohyb vrtulníku dopředu. Ve skutečnosti tak rychle, že ustupující čepel by se ve skutečnosti stále pohybovala dopředu vzhledem k zemi. Tato čepel by nevytvořila žádný vztlak, protože proud vzduchu nad ní by byl z toho, co ' má být její zadní hranou k přední hraně.
Odpověď
Charakteristický úder rotoru vrtulníku je způsoben interakcí mezi víry lopatky rotoru, zejména mezi hlavním rotorem a víry ocasního rotoru . Jak se rázové vlny těchto impulsů shodují, vytvářejí silné (hlasité) harmonické. K tomuto jevu může dojít při rychlostech rotoru hluboko pod nadzvukovou rychlostí.
Vírová interakce může být omezena obklopením (menšího, vícelistého) ocasního rotoru – spíše jako ventilátor – s pláštěm. Takové zařízení se nazývá fenestron („okenní“ a ve skutečnosti ochranná známka patřící Eurocopteru), potrubní ventilátor nebo fan-in-fin. Tento vývoj byl původně navržen pro zvýšení bezpečnosti a výkonu.
Úpravy hlavního rotoru, aby se snížil impuls z víru, obvykle vyměňují energii nebo ekonomiku.
Na téma nadzvukové rychlosti mají vrtulníky teoretickou maximální rychlost 417 km / h konvenční letový režim kvůli problému postupující čepele dosáhnout nadzvukovou rychlost na příliš velké ploše a ustupující čepel náhle ztratit vztlak.
Někdo se zeptal, jak může být pouze část čepele nadzvuková, zatímco většina její délky je podzvuková. Je to proto, že pohyb je úhlový. Bod na vnější části se pohybuje vzduchem mnohem rychleji než bod na vnitřní oblasti, aby pokryl stejný úhel ve stejnou dobu. Této nadzvukové podmínky je dosaženo dříve za letu než při vznášení. Když se čepel pohybuje „dopředu“, rychlost letu se přidá k rychlosti otáčení čepele dopředu pohybující se a odečte se od čepele zpětně se pohybující. Běžným řešením, jak vyrovnat rozdíl ve zdvihu protilehlých lopatek, je zavěsit je na kořen, aby čepel s vyšší rychlostí vzduchu mohla v omezené míře klapat nahoru. Některé „tuhé“ konstrukce nahrazují závěs pružnou částí.
Komentáře
- Pěkná odpověď. Vítejte na stránce aviation.se!