¿Pueden volar todos los helicópteros? ¿Cuánto tiempo se tarda en “ detenerse ”?

Como se indicó en otra respuesta, todos los helicópteros puede flotar, pero un llamado «vuelo estacionario alto» (fuera del efecto del suelo o especialmente en la altitud operativa) es una maniobra más difícil, requiere más potencia que un vuelo estacionario en el suelo y es más difícil de mantener (porque los puntos de referencia están mucho más lejos ).

Los helicópteros generan más sustentación para la misma potencia cuando están en vuelo hacia adelante, y la transición de adelante a estacionar requiere una combinación bien controlada de agregar potencia, ajustar controles colectivos, cíclicos y de maniobra (en ambos ejes) y antirrotación, lo que quiere decir que es mucho más difícil que simplemente volar hacia adelante a baja velocidad. En general, una vez en el aire y volando hacia adelante, es mucho más fácil continuar volando hacia adelante (también es más seguro, ya que en caso de falla, la autorrotación funciona mejor si ya tienes algo de velocidad de avance).

Flotar sobre instrumentos es incluso más difícil que un vuelo estacionario alto, por lo que si la visibilidad es un problema, generalmente es mucho mejor continuar el vuelo hacia adelante que intentar un vuelo estacionario alto.

Comentarios

• Ese debe ser el punto en el que ‘ no consigo: » Los helicópteros generan más levantamiento para la misma potencia cuando está en vuelo hacia adelante «. Tengo entendido que para avanzar, el helicóptero está algo » inclinado hacia adelante » (nariz hacia abajo), y que lo que era la elevación vertical ahora se divide en un componente ascendente (más pequeño) y un componente delantero. ¿Cómo se genera más elevación en esta situación? ¿Es el flujo de aire de el movimiento hacia adelante que agrega » al flujo de aire del movimiento de rotación y, por lo tanto, genera más elevación?
• La forma en que ‘ lo he visto en un diagrama, » elevación traslacional » se debe al aumento del flujo de aire a través del disco del rotor en comparación con el vuelo estacionario . A diferencia de un autogiro, este flujo de aire es hacia abajo desde arriba (porque el colectivo es positivo, donde un autogiro tiene un paso de pala negativo para garantizar que gire automáticamente), y cuanto más aire se agrega a la condición de vuelo estacionario, más sustentación se genera (o el se necesita menos potencia para el mismo levantamiento).
• Un helicóptero en vuelo estacionario opera en su propia corriente descendente, lo que reduce la sustentación y requiere más potencia. Los helicópteros en las operaciones de rescate de montaña a menudo se estrellan cuando entran en vuelo estacionario a gran altitud, pero carecen de la potencia para mantenerlo. (@jcaron)
• @jcaron otra forma (simplificada) de verlo es que el disco del rotor se comporta como un ala: no permite el flujo de aire horizontal desde el vuelo hacia adelante a través de sí mismo (en vuelo motorizado al menos ), por lo que se desvía y crea una sustentación adicional, tal como lo haría si se encontrara con un ala en forma de disco. Por supuesto, es una vela poco eficiente y con una relación de aspecto baja, pero de todos modos funciona.
• Técnicamente, las palas de rotor tienen una relación de aspecto mucho más alta que casi cualquier ala (además posiblemente de las de los planeadores).

Sí, todos los helicópteros pueden flotar, pero se requiere:

• Más concentración para flotar que volar, porque los helicópteros son inestables en el vuelo estacionario en cabeceo y balanceo. La velocidad aerodinámica hacia adelante proporciona estabilidad y volar un helicóptero con velocidad aerodinámica hacia adelante es comparable a volar un avión de ala fija, mientras que flotar es comparable a pararse sobre una pelota inflable grande.
• Más poder para flotar que para volar con velocidad de avance. Esto se debe a que en el vuelo estacionario hay más resistencia inducida que en el vuelo hacia adelante. El siguiente gráfico es de la respuesta vinculada y muestra la caída en la potencia total requerida a medida que la velocidad aumenta desde cero.

Para desplazarse, la energía disponible debe ser mayor que la requerida. La potencia disponible del motor se reduce con el aumento de la altitud debido a la disminución de la densidad del aire, y esto da como resultado que los helicópteros tengan un techo flotante, donde la potencia disponible es igual a la potencia requerida.

El efecto suelo reduce la potencia requerida, lo que resulta en dos flotadores Techos, Efecto In Suelo y Efecto Suelo Exterior. Pero incluso por debajo del techo de vuelo estacionario de OGE, es simplemente más seguro que un helicóptero tome la velocidad del aire hacia adelante poco después del despegue:

• Como se indicó, volar a velocidad deja más combustible a bordo durante la duración requerida del viaje. .
• Mientras se desplaza sobre OGE, se debe mantener la altitud usando el altímetro, mientras que se debe corregir el cabeceo y balanceo inestable. La concentración requerida al mirar los instrumentos reduce la conciencia de la situación. No se puede mantener el nivel del helicóptero utilizando solo los instrumentos, ya que la visión periférica no está involucrada. Donde el viento lleva el helicóptero no se puede ver desde los instrumentos, y los aviones de ala fija en vuelo son mucho más difíciles de enfocar.
• Si la altitud no se mantiene en vuelo estacionario OGE, hay la posibilidad de que el helicóptero entre en estado de anillo de vórtice , una situación peligrosa en la que se hunde en su propia estela de rotor. El estado del anillo de vórtice no existe cuando se vuela hacia adelante.

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• Realmente no ‘ t entiendo por qué el estado del anillo de vórtice no ‘ no ocurre en todo momento durante la operación de 0 IAS, y sospecho que lo hace parcialmente. Me doy cuenta de que tengo una visión retrospectiva de 20/20 aquí, pero que ocurra dentro de un helipuerto amurallado (por ejemplo, el lugar de Bin laden ‘) me parece completamente obvio.
• @ Harper-ReinstateMonica El lado inferior del disco del rotor empuja el aire hacia abajo, el lado superior aspira aire. Hasta cierto punto, incluso sin tasa de caída, hay un flujo inverso en las puntas de las palas que se nota como una ligera pérdida de sustentación y aumento de la resistencia. El efecto de punta normalmente se tiene en cuenta al dimensionar motores y rotores, y todo se va por el desagüe si el helicóptero se hunde en su propia corriente descendente.
• » el vuelo estacionario es comparable con pararse sobre una gran pelota inflable » – ¿Por qué no hay sistemas autónomos para mantener el vuelo estacionario?
• Existen sistemas de vuelo estacionario automático @aroth, pero son no está muy extendido en los diseños civiles debido al pequeño mercado, lo que provoca una adopción bastante lenta de la nueva tecnología.
• @RussellMcMahon I ‘ lo he oído descrito por un piloto de ala fija con licencia que toma una lección de transición de helicóptero temprana como » como pilotar un Cessna » desfasado. Cuanto más rápida sea tu velocidad de avance, más balanceo tendrás que corregir (elevación desequilibrada entre las palas que avanzan y retroceden), a más potencia aplicas, más rotor de cola se necesita, y todavía hay ‘ s el constante malabarismo del acelerador y el colectivo para controlar la altitud y las RPM, pero ‘ es aún más fácil que flotar.

Cuando se navega por WX en un helicóptero, a menudo es menos carga de trabajo volar en órbita.Proporciona una perspectiva adicional y permite un fácil movimiento lateral durante el curso de la órbita. También reduce los cambios de configuración y los posibles cambios de potencia, ya que la aeronave puede mantenerse en sustentación traslacional.

La navegación en espera IFR para helicópteros es esencialmente idéntica a la de los aviones, y las bodegas regulares en una intersección o ayudas a la navegación son asignadas por ATC. Esto es para fines informativos en relación con la pregunta OP, porque en el ejemplo el helicóptero era VFR o SVFR y no se utilizaría una retención de instrumentos convencional a menos que se emitiera una autorización IFR. Flotar en un lugar sin referencia visual no se puede lograr fácilmente. La mayoría de los helicópteros no están equipados para una bodega totalmente IMC. Por ejemplo, un pequeño movimiento en línea con el longitudinal no se puede determinar con precisión con los instrumentos que se utilizan normalmente para vuelos IFR. Si bien GPS / IMS / FMS podría proporcionar esa información, no se hace de manera convencional. En resumen, un helicóptero vuela IFR como un avión y planea con referencia visual.

En resumen, una órbita permite una mejor visibilidad en todas las direcciones y, por lo tanto, una mejor conciencia de la situación, y no requiere un cambio de configuración, y requiere menos energía por unidad de tiempo si la velocidad del aire está en un sobre razonable.

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• Solo una nota al margen, ya que no aborda directamente la pregunta del PO … En el conflicto de Vietnam, era una práctica común Intente seleccionar una LZ que sea un poco más grande, de modo que el helicóptero pueda orbitar en las inmediaciones de la LZ y con más protección del fuego enemigo. El despegue de un vuelo de evacuación (demasiado) cargado estaría en efecto suelo y se haría una transición hábil al movimiento hacia adelante, de modo que el sustento de traslación ayudaría en el ascenso. Por supuesto, a los pilotos se les enseña a no sobrecargar nunca sus helicópteros …
• Con respecto a Vietnam y los helicópteros en efecto suelo, recomiendo el libro » To The Limit «. Una cosa que recuerdo de ese libro: los helicópteros no tenían la potencia suficiente para las tareas para las que fueron utilizados.
• @sandos re Vietnam y helicópteros. Recomiendo encarecidamente » Chickenhawk «. Más divertido que » MASH » Más sangriento, más aterrador, más aleccionador, más esclarecedor, más real y más interesante que » MASH » Un relato del mundo real del terror absoluto de volar un UH-1 » Huey » helicóptero (NO un Cobra) en Vietnam.
• Tengo varios amigos ancianos que eran pilotos de Huey, y les dije historias fantásticas de estar demasiado sobrecargado e incapaz de salir de la LZ a menos que esté en elevación traslacional. Más tarde, supe cómo podría ser así, y luego me di cuenta de lo sobrecargados que debían haber estado. Cuando se enfrentaron, negaron haber estado sobrecargados, solo un día caluroso y húmedo.

Cuando un helicóptero flotando, básicamente está sentado en su propio lavado. Al empujar el aire hacia abajo, crea una región de baja presión sobre sí mismo y un área de alta presión debajo. Para permanecer suspendido, tiene que extraer aire del área de baja presión y empujarlo hacia la alta presión están debajo de él, lo que requiere mucha energía. Si en cambio vuela hacia adelante, se encuentra con aire fresco sin (la mayor parte) de un diferencial de presión para combatir.

Las matemáticas en él : Suponga que tiene un helicóptero con una masa $ m_1 $ que permanece en el aire durante el tiempo $ t $ . Si si estuviera en caída libre, adquiriría una velocidad de $ gt $ , para un impulso de $ m_1gt $ . Entonces, para que no adquiera ninguna velocidad descendente, de alguna manera debe arrojar $ m_1gt $ de impulso. Entonces necesita algo de masa de reacción para transferir ese impulso. Esa masa es aire. Si empuja aire con masa $ m_2 $ hacia abajo a una velocidad $ v_2 $ (es decir, velocidad de lavado), el impulso será $ m_2v_2 $ . Al establecer $ m_1gt $ igual a $ m_2v_2 $ , encontramos que $ v_2 = \ frac {m_1gt} {m_2} $ . La energía de este aire será $ \ frac {m_2v_2 ^ 2} 2 $ o $ \ frac {m_2} 2 (\ frac {m_1gt} {m_2}) ^ 2 $ , que se reduce a $ \ frac {(m_1gt) ^ 2} {2m_2} $ .

Entonces, cuanto más aire empuja el helicóptero hacia abajo, menor es la velocidad de lavado y menos energía consume el helicóptero. Al continuar volando hacia adelante en lugar de estar suspendido, el helicóptero encuentra más aire, lo que permite una menor velocidad de lavado.

Este es un fenómeno para todos los aviones más pesados que el aire: cuanto más rápido vuelan, más fácil es producir sustentación.

Pregunta 1: No, un S-76 puede flotar, pero consume más energía que un crucero económico. Tenía más sentido dar vueltas y mantenerse en un área en lugar de flotar. En Además, flotar en altitud puede ser peligroso en caso de falla del motor o del rotor de cola y tener cierta velocidad aerodinámica hacia adelante puede ayudar a realizar un aterrizaje en autorrotación, si es necesario.

Pregunta 2: ¿Qué provocó el accidente? especulativo hasta que la NTSB publique su informe. No obtendremos una respuesta definitiva hasta entonces. Sabemos que toda la cuenca de Los Ángeles estaba reportando nubes bajas y tanto KBUR y KVNY informaban localmente las condiciones meteorológicas IFR. El helicóptero se mantiene alejado de KBUR Clase C hasta que recibe una autorización VFR especial, luego se dirige hacia el noroeste, bordeando los bordesde la superficie de KVNY Clase D, girando a la izquierda para dirigirse al sur hacia Calabasas y siguiendo CA101 a través de los cañones a gran velocidad, alrededor de 120 KIAS . Una de las últimas interacciones de ATC fue decirle al enfoque de SoCal que estaba maniobrando para evitar las nubes. Se desconocen exactamente los factores que llevaron al accidente en ese momento, aunque como piloto tengo algunas teorías. Parece como si el piloto estuviera volando en SVFR, pero con helicópteros, la visibilidad puede ser tan baja como 1/2 milla (800 m) para operaciones SVFR. Al estar en un cañón estrecho con condiciones climáticas marginales e intentar volar a una alta velocidad, probablemente no quedaran muchas opciones si el cañón se encallaba.

Un S-76 completamente cargado pesa en alrededor de 11,000 lbs (5,000 kg) y navegando a 130 KIAS, tomará bastante tiempo detenerlo. Eso puede estar más allá de lo que permitiría la visibilidad de ese día.

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• Se eliminó otra especulación de su respuesta. No especule sobre investigaciones en curso.

No todos pueden flotar indefinidamente.

Un helicóptero de ataque MI-24 Hind de la era soviética completamente cargado solo podía flotar durante 15-20 segundos, antes los motores están dañados por la sobrecarga.

Las agencias de inteligencia de EE. UU. se preguntaban por qué los Hinds siempre parecían hacer un despegue rápido en lugar de detenerse en un vuelo estacionario para despegar, hasta que consiguieron uno y descubrieron que out.

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Como muchos de los otros comentaristas aquí mencionaron, es mucho más fácil y menor carga de trabajo para el piloto para volar hacia adelante que flotar. También se necesita más potencia del motor para flotar que para volar hacia adelante, y esto tiene que ver en gran medida con los efectos mencionados anteriormente sobre tener que extraer aire de arriba del rotor hacia abajo. Eso también me ahorra bastante gas. Una cosa que no veo que se mencione aquí es que también es significativamente más seguro volar hacia adelante que sobrevolar, en el sentido de que hay un margen de error mucho mayor en el vuelo hacia adelante que en un vuelo estacionario, y voy a hacer un esfuerzo para explicarlo.

Los helicópteros, en el caso de una falla del motor, pueden rotar automáticamente. Esto básicamente significa que estás «deslizando» el helicóptero (funciona como esos palos con una hélice sobre ellos que giras entre tus manos y vuelan un poco). La rotación automática mientras se avanza es mucho más fácil de hacer y es mucho más suave que la rotación automática en un vuelo estacionario. Si giro automáticamente en un vuelo estacionario, primero tengo que convertir algo de altitud en movimiento hacia adelante, y una vez que lo hago, puedo «deslizarme» hacia el suelo. Cuando me acerco al suelo, convierto la velocidad de avance I ahora tengo en el rotor, así que básicamente me detengo y aterrizo suavemente. ¿Qué significa esto en la práctica? Significa que si estoy avanzando, puedo rotar automáticamente a cualquier altitud. Puedo rotar automáticamente en cualquier lugar desde 20 pies hasta 15000 pies de altitud. Si estoy en un vuelo estacionario y tengo que rotar automáticamente, probablemente necesitaré entre 200 y 500 pies de altitud para rotar automáticamente y aterrizar de forma segura. Cuando estoy volando, me siento cómodo flotando muy cerca del suelo. (1-30 pies) y me siento cómodo flotando a 500 pies +. «Me siento mucho menos cómodo (desde una perspectiva de seguridad) flotando a 250 pies que a 1000 pies.

TLDR;
Tiendo a pensar que el rotor gira como una» batería «.Si el rotor deja de girar, no tengo energía y me caeré del cielo. El rotor usa constantemente energía para mantenerme volando, y ese uso de la energía del rotor lo ralentizará. Puedo agregar más energía al rotor usando el motor, pero también puedo convertir tanto el movimiento hacia adelante como la altitud en giro. el rotor. Si pierdo el motor, comenzaré a descender para mantener el rotor girando hasta que esté cerca del suelo. Ahora no hay almuerzo gratis, así que lo que no puedo hacer es cambiar mi altitud por la velocidad del rotor, y luego uso exactamente la misma energía para cambiar la velocidad de mi rotor para detener mi caída. Tiene fricción, etc., por lo que golpearé el suelo MUY fuerte si hago eso. ¡Sin embargo, lo que puedo hacer es avanzar también! ahora estoy avanzando, y estoy cambiando la altitud por la velocidad del rotor, lo que básicamente significa que estoy cayendo lentamente (descendiendo). Cuando me acerco al suelo, puedo ralentizar el movimiento hacia adelante del helicóptero y convertir la energía de avance en velocidad del rotor también. Esto significa que puedo dejar de avanzar y, como resultado, tener un aterrizaje muy suave. Por eso No se puede rotar automáticamente desde un vuelo estacionario fácilmente. Primero, tengo que convertir algo de mi altitud en avanzar, y solo entonces reducir la velocidad de mi descenso a medida que me acerco al suelo. Luego convierto ese movimiento hacia adelante en hacer que mi aterrizaje sea agradable y suave. Convertir esa altitud en un movimiento hacia adelante me llevará alrededor de 200-400 pies, por lo que a los pilotos de helicópteros no les gusta volar en altitudes bajas.
END TLDR;

Todos los helicópteros pueden flotar. Esa es la ventaja clave de ese tipo de avión sobre el autogiro. Casi todos los aviones de ala giratoria son hoy helicópteros, con solo un número relativamente pequeño de autogiros todavía alrededor. Los autogiros más avanzados de los años 30, antes de que existieran los helicópteros, eran capaces de despegar y aterrizar verticalmente, pero no podían flotar.

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• No todos los helicópteros pueden flotar sin efecto suelo con todos los pesos. El peso máximo para despegar & operar de forma segura puede estar muy por encima del peso máximo para flotar fuera del efecto suelo. Flotar en el efecto suelo requiere considerablemente menos energía que flotar fuera del efecto suelo.
• Con efecto suelo o no, el vuelo estacionario es una característica distintiva de los helicópteros. Ningún autogiro puede flotar, incluso en efecto suelo …

Alguna información interesante que me dijeron por un piloto de helicóptero muy experimentado hoy … cosas que no son obvias …

Primero, comprenda que un helicóptero en vuelo estacionario tiene una estabilidad natural cero. A menos que el piloto mantenga un control activo e inmediato sobre él, como en el uso de referencias visuales, un helicóptero en vuelo estacionario comenzará a cambiar de actitud y velocidad y acelerará esos cambios hasta que se estrelle. En el modo de vuelo hacia adelante, el helicóptero tiene la estabilidad natural de un avión.

A velocidades bajas , la aeronave advertirá al piloto con una bocina de advertencia de pérdida que las características de vuelo están a punto de cambiar drásticamente. Los helicópteros no informan al piloto cuando el helicóptero está pasando de vuelo de avance a vuelo estacionario. Depende del piloto saber esto.

Es importante tener esto en cuenta, porque el S76 en cuestión había volado en la niebla. Cero referencias visuales. También había entrado en ascenso y perdido velocidad aerodinámica, lo suficiente hasta donde parece haber pasado de vuelo hacia adelante (donde tiene la estabilidad natural de un avión) a estacionario con estabilidad cero.

Los instrumentos en la mayoría de los comerciales Los helicópteros son los mismos que los de un avión y, por lo tanto, solo son útiles si el helicóptero tiene suficiente velocidad de avance para estar en modo de vuelo de avance, es decir,> 30 nudos para un avión del tamaño y peso del S76. No se puede volar un helicóptero con instrumentos de aviación, solo con instrumentos. No son lo suficientemente precisos. Algunas aeronaves militares tienen instrumentos adicionales que brindan la información precisa de actitud y aceleración para permitir el vuelo estacionario sin referencias visuales, típicamente SAR o aves de operaciones especiales.

Lo que no sabía hasta hoy: un helicóptero con instrumentos de estilo aeronáutico no puede flotar con éxito en condiciones IMC solo con esos instrumentos. Sin referencias visuales o instrumentos específicos del helicóptero, se volverá cada vez más inestable y se estrellará. Y hágalo bastante rápido, como en 30 segundos.

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• He eliminado la sección grande en el medio donde todavía especula sobre un accidente bajo investigación. No ‘ hagas eso. El resto de esto no responde a la pregunta formulada.