I mit spørgsmål om helikopterstøj antog jeg, at en af grundene til, at de er så støjende, er at hovedrotorens tip går hurtigere end lydens hastighed . @FreeMan stillede spørgsmålstegn ved, om det var tilfældet.
Jeg har forsøgt at finde oplysninger om dette, men de fleste sider ender med at diskutere V NE – den fremadgående hastighed, hvormed de fremadgående vinger gå supersonisk, mens de tilbagetogende knive mister løft og stall. Dette handler ikke om den situation.
Dette handler om regelmæssig flyvning – er den ekstremt høje lyd fra helikoptere, fordi deres rotorspidser er supersoniske eller kommer fra andre kilder?
ps Der nævnes nogle, at “WOP-WOP” af faldende helikoptere er forårsaget af, at rotorspidserne går overlydende. Er dette tilfældet – og hvis det er tilfældet, er det et kantstilfælde (den eneste gang tipene er supersoniske) eller bare et eksempel på, hvornår de gør det.
Svar
“wop wop”, normalt kendt som klapslap, høres når spidsen af bladet passerer gennem vortexen skabt af den foregående.
Det kan undgås. Det mest almindelige flyregime, når dette sker, er en lav afstamning, men stadig med en hel del strøm – f.eks. hurtigt og lavt. Virvelen begynder at bevæge sig ned, så snart den forlader spidsen af bladet, så i plan flyvning, passerer følgende blad over det. I en lav nedstigning med høj stigningsvinkel kan følgende blad bogstaveligt talt “smække” ind i den forrige hvirvel. Hvirvlerne i de to vinger interagerer nu og kan forårsage lokal, forbigående supersonisk strømning. For at undgå det skal du blot sænke tonehøjden for at etablere en mere positiv nedstigning eller trække tilbage på det cykliske for at øge diskbelastningen og flade holdningen.
Knivspidserne bliver ikke supersoniske. Faktisk roterer rotoren i næsten alle helikopterudformninger inden for et meget snævert hastighedsområde, typisk mellem 90% og 110% af den normale hastighed. I de fleste flyregimer roterer rotoren med 100%, +/- et par procent, uanset om du klatrer, sænker eller cruiser. Kun under automatisk rotation og aggressiv manøvrering varierer rækkevidden med 10% eller mere. Det afhænger af typen af helikopter, men absolutte grænser vil være omkring 85% (paniktid, risiko for fuldstændig standsning) og 115% (mindre panik, risiko for beskadigelse af maskinen, især i halerotordrivakslen).
I normale operationer, og design sigter mod at opnå dette, bliver rotortipsene ikke supersoniske siden da de gør, er der et pludseligt og stort fald i ydeevne med mere krævet effekt, højere bladbelastning, vibrationer og støj.
Tænk på en helikopter, der flyver fremad. Det fremadgående kniv på sin mest lodrette position oplever en relativ luftstrøm, der er lige (ignorerer alle slags mindre bivirkninger) til fremadgående hastighed plus bladets hastighed. Det tilbagetrækkende blad oplever en relativ luftstrøm svarende til bladets hastighed minus hastigheden af helikopteren.
Hvis bladene roterer så hurtigt, at spidserne er supersoniske, vil hovedløfteren, der genererer en del af det tilbagetrækkende blad, de ydre to tredjedele af spændet, opleve en så lav lufthastighed for noget af spændet det vil endda være negativt, at knivene holder fast og forårsager en katastrofal rulle ind på den side. Det er dette fænomen, der i sidste ende begrænser knivens rotationshastighed og helikopterens maksimale hastighed.
Lad os se på R22 som et eksempel. Følgende figurer er omtrentlige.
Rotorspidshastigheden er ca. 670 fps (fod pr. sekund). Lydhastigheden på jordoverfladen på en standarddag er ca. 1100 fps. R22 flyver tæt på VNE, lad os sige 100 kts, hvilket er ca. 170 fps.
Spidsen på den fremadgående side, når den er hurtigst, flyver derfor i forhold til luftstrømmen ved 840 fps og på den tilbagetogende side, ved den er langsomst, ved 500 fps.
Knivlængden er ca. 11 fod, så den midterste del af klingen på den trækkende side flyver kun med 190 fps (halvdelen af 670 minus lufthastigheden). Når du kommer ca. 4 fod ud fra bladroten, er det nu kun 50 fps og ikke meget længere ind fra det, bliver nul, så negativt.
Husk at elevatoren er proportional med kvadratet af Du kan nu se den enorme uoverensstemmelse mellem løft på begge sider, når lufthastigheden stiger.
For at besvare dit spørgsmål direkte skal R22 flyve med 530 fps for at nærme sig supersonisk spidshastighed, hvilket svarer til ca. 330 kts, som den ikke kan komme i nærheden af at opnå.
PS. R22 POH taler i kejserlige mål. Når jeg får noget tid, foretager jeg de tal i metrisk, som jeg og det meste af verden foretrækker.
Kommentarer
- Den første sætning i dit sidste afsnit synes at være i modstrid med sig selv: disken roterer så hurtigt tipene går supersonisk, derfor vil de ydre 2/3 af spændet opleve langsom lufthastighed. Kan du venligst præcisere, hvordan spidsen (en del af den ydre 2/3 af bladet) kan være supersonisk, men den samme 2/3 af bladet kan bevæge sig for langsomt? Jeg ' jeg fortæller dig ikke ' er forkert, jeg ' er bare virkelig forvirret .
- Jeg vil omformulere det lidt. Jeg taler om det trækkende blad. Tak for at påpege det.
- Er det ikke tilfældet, at den fremadgående rotor, der rammer lydens hastighed, er en begrænsende faktor i selve helikopternes hastighed? Jeg har en vag erindring om, at en Lynx-pilot fortalte mig, at da jeg var barn.
- @chriscowley Det er det, men du vil først ramme VNE (hastighed aldrig overstige). Læs om liftens dissymmetri , og hvordan det vedrører VNE
- @FreeMan Jeg fandt svaret også forvirrende. Jeg tror, det ' siger dette. Rotorerne drejer ret langsomt, så når helikopteren er stille, er spidserne langt fra lydens hastighed. Den eneste måde at få tipene til at bryde lydbarrieren ville være at flytte helikopteren meget hurtigt fremad. Faktisk så hurtigt, at det trækkende blad faktisk stadig bevæger sig fremad i forhold til jorden. Det blad ville ikke generere nogen løft, fordi luftstrømmen over det ville være fra, hvad ' skulle være dets bagkant til forkanten.
Svar
Det karakteristiske slag af en helikopterrotor er forårsaget af interaktionen mellem rotorbladets hvirvler, især mellem hovedrotoren og halerotorens hvirvler . Da chokbølgerne af disse impulser falder sammen, skaber de kraftige (høje) harmoniske. Denne effekt kan forekomme ved rotorhastigheder langt under supersonisk.
Vortex-interaktionen kan reduceres ved at omgive (en mindre, flerbladet) halerotor – mere som en blæser – med et hylster. En sådan installation kaldes en fenestron (“vinduesvindue” og faktisk et varemærke tilhørende Eurocopter), en kanalventilator eller fan-in-fin. Denne udvikling blev oprindeligt designet til forbedret sikkerhed og ydeevne.
Ændringer af hovedrotoren for at reducere impulsen fra vortexen bytter typisk strøm eller økonomi væk.
Med hensyn til supersonisk hastighed har helikoptere en teoretisk tophastighed på 417 km / t konventionel flytilstand på grund af problemet med, at det fremadgående blad når supersonisk hastighed over et for stort område, og det tilbagetrækende blad mister løft pludseligt.
Nogen spurgte, hvordan kun en del af bladet kunne være lydløs, mens størstedelen af dets længde var subsonisk. Dette skyldes, at bevægelsen er kantet. Et punkt på den ydre del bevæger sig gennem luften meget hurtigere end et punkt på det indre område for at dække den samme vinkel på samme tid. Denne supersoniske tilstand nås hurtigere under flyvning end i svævningen. Når bladet bevæger sig “fremad”, tilføjes lufthastigheden til rotationshastigheden for det fremadgående bevægende blad og trækkes fra det bagudgående bevægende blad. En almindelig løsning til at imødekomme forskellen i løft af modstående blade er at hængse dem ved roden for at lade bladet med et højere lufthastighed klappe opad i begrænset omfang. Nogle “stive” designs erstatter hængslet med et fleksibelt afsnit.
Kommentarer
- Dejligt svar. Velkommen til aviation.se!