Gehen Hubschrauberrotorspitzen regelmäßig auf Überschall?

Die „wop wop“, üblicherweise als Klingenschlag bekannt, ist zu hören, wenn die Spitze der Klinge durch den vom vorherigen erzeugten Wirbel läuft.

Dies kann vermieden werden. Das häufigste Flugregime in diesem Fall ist eine flache Abfahrt aber immer noch mit ziemlich viel Kraft – z. schnell und flach. Der Wirbel beginnt sich nach unten zu bewegen, sobald er die Spitze der Klinge verlässt, sodass im Horizontalflug die folgende Klinge darüber läuft. Bei einem flachen Abstieg mit hohem Neigungswinkel kann die folgende Klinge buchstäblich in den vorherigen Wirbel „schlagen“. Die Wirbel der beiden Schaufeln interagieren jetzt und können einen lokalen, vorübergehenden Überschallfluss verursachen. Um dies zu vermeiden, verringern Sie einfach die Steigung, um einen positiveren Abstieg zu erzielen, oder ziehen Sie den Zykliker zurück, um die Disc-Belastung zu erhöhen und die Fluglage zu glätten.

Die Blattspitzen gehen nicht auf Überschall. Tatsächlich dreht sich der Rotor bei fast allen Hubschrauberkonstruktionen in einem sehr engen Drehzahlbereich, typischerweise zwischen 90% und 110% der normalen Drehzahl. In den meisten Flugregimen dreht sich der Rotor um 100%, +/- einige Prozent, unabhängig davon, ob Sie klettern, absteigen oder kreuzen. Nur während der automatischen Rotation und aggressiven Manövern variiert die Reichweite um 10% oder mehr. Dies hängt vom Hubschraubertyp ab, aber die absoluten Grenzwerte liegen bei 85% (Panikzeit, Risiko eines vollständigen Abwürgens) und 115% (geringere Panik, Risiko einer Beschädigung der Maschine, insbesondere der Heckrotorantriebswelle).

Im Normalbetrieb und mit dem Design, um dies zu erreichen, gehen die Rotorspitzen seitdem nicht mehr auf Überschall Dabei kommt es zu einem plötzlichen und starken Leistungsabfall mit mehr Leistung, höheren Blattlasten, Vibrationen und Geräuschen.

Denken Sie an einen Hubschrauber, der vorwärts fliegt. Das vorrückende Blatt in seiner senkrechtesten Position erfährt einen relativen Luftstrom, der der Vorwärtsgeschwindigkeit plus der Geschwindigkeit des Blattes entspricht (wobei alle Arten von geringfügigen Nebenwirkungen ignoriert werden). Das sich zurückziehende Blatt erfährt einen relativen Luftstrom, der der Geschwindigkeit des Blattes abzüglich der Geschwindigkeit des Hubschraubers entspricht.

Wenn sich die Blätter so schnell drehen, dass die Spitzen Überschall sind, würde der Hauptlift, der einen Teil des sich zurückziehenden Blattes erzeugt, die äußeren zwei Drittel der Spannweite, für einen Teil der Spannweite eine so niedrige Fluggeschwindigkeit erfahren Es wird sogar negativ sein, dass die Klingen zum Stillstand kommen und ein katastrophales Rollen auf dieser Seite verursachen. Es ist dieses Phänomen, das letztendlich die Drehzahl der Blätter und die maximale Geschwindigkeit des Hubschraubers begrenzt.

Betrachten wir den R22 als Beispiel. Die folgenden Abbildungen sind ungefähre Angaben.

Die Geschwindigkeit der Rotorspitze beträgt ungefähr 670 fps (Fuß pro Sekunde). Die Schallgeschwindigkeit in Bodennähe an einem Standardtag beträgt ungefähr 1100 fps. Der R22 fliegt in der Nähe von VNE, sagen wir 100 kt, was ungefähr 170 entspricht fps.

Die Spitze auf der vorrückenden Seite fliegt daher mit 840 fps relativ zum Luftstrom relativ und auf der sich zurückziehenden Seite mit 500 fps am langsamsten.

Die Blattlänge beträgt ungefähr 11 Fuß, sodass der mittlere Teil des Blattes auf der Rückzugsseite nur mit 190 fps fliegt (die Hälfte von 670 abzüglich der Fluggeschwindigkeit). Wenn Sie ungefähr 4 Fuß von der Klingenwurzel entfernt sind, sind es jetzt nur noch 50 fps und nicht viel weiter davon. Sie werden Null und dann negativ.

Denken Sie daran, dass der Auftrieb proportional zum Quadrat von ist Sie können jetzt die enorme Diskrepanz zwischen dem Auftrieb auf beiden Seiten sehen, wenn die Fluggeschwindigkeit zunimmt.

Um Ihre Frage direkt zu beantworten, müsste der R22 mit 530 fps fliegen, um sich der Überschallspitzengeschwindigkeit zu nähern, die ungefähr entspricht 330 kn, die es nicht annähernd erreichen kann.

PS. Der R22 POH spricht in imperialen Maßen. Wenn ich etwas Zeit habe, werde ich die Zahlen in Metrik wiederholen, die ich und der größte Teil der Welt bevorzugen.

Kommentare

• Der erste Satz Ihres letzten Absatzes scheint sich selbst zu widersprechen: Die Festplatte dreht sich so schnell, dass die Tipps gehen Überschall, daher würde das äußere 2/3 der Spanne eine langsame Fluggeschwindigkeit erfahren. Könnten Sie bitte klarstellen, wie die Spitze (Teil des äußeren 2/3 der Klinge) Überschall sein kann, während sich dasselbe 2/3 der Klinge zu langsam bewegen kann? Ich ' sage Ihnen nicht, dass Sie ' falsch liegen, ich ' bin nur wirklich verwirrt .
• Ich werde es leicht umformulieren. Ich spreche von der sich zurückziehenden Klinge. Vielen Dank, dass Sie darauf hingewiesen haben.
• Ist es nicht so, dass der sich vorwärts bewegende Rotor, der die Schallgeschwindigkeit erreicht, die Geschwindigkeit des Hubschraubers selbst begrenzt? Ich habe eine vage Erinnerung an einen Lynx-Piloten, der mir das erzählt hat, als ich ein Kind war.
• @chriscowley Es ist so, aber Sie werden zuerst VNE (Geschwindigkeit nie überschreiten) treffen. Lesen Sie mehr über die Asymmetrie des Auftriebs und wie sich auf VNE bezieht
• @ FreeMan Ich fand die Antwort auch verwirrend. Ich denke, es ' sagt dies. Die Rotoren drehen sich ziemlich langsam. Wenn der Hubschrauber steht, sind die Spitzen weit von der Schallgeschwindigkeit entfernt. Die einzige Möglichkeit, die Tipps zum Durchbrechen der Schallmauer zu erhalten, besteht darin, den Hubschrauber sehr schnell vorwärts zu bewegen. Tatsächlich so schnell, dass sich die sich zurückziehende Klinge relativ zum Boden immer noch vorwärts bewegen würde. Diese Schaufel würde keinen Auftrieb erzeugen, da der Luftstrom darüber von dem, was ' sein soll, seine Hinterkante zur Vorderkante sein würde.

Der charakteristische Schlag eines Hubschrauberrotors wird durch die Wechselwirkung zwischen den Rotorblattwirbeln, insbesondere zwischen dem Hauptrotor und den Heckrotorwirbeln, verursacht . Wenn die Stoßwellen dieser Impulse zusammenfallen, erzeugen sie kraftvolle (laute) Harmonische. Dieser Effekt kann bei Rotordrehzahlen auftreten, die weit unter dem Überschall liegen.

Die Wirbelwechselwirkung kann verringert werden, indem der (kleinere, mehrflügelige) Heckrotor – eher wie ein Lüfter – mit einer Verkleidung umgeben wird. Eine solche Installation wird als Fenestron („Fenster“ und eigentlich ein Markenzeichen von Eurocopter), Kanalventilator oder Fan-in-Fin bezeichnet. Diese Entwicklung wurde ursprünglich für verbesserte Sicherheit und Leistung entwickelt.

Änderungen am Hauptrotor zur Reduzierung des Impulses vom Wirbel beeinträchtigen normalerweise die Leistung oder die Wirtschaftlichkeit.

Beim Thema Überschallgeschwindigkeit haben Hubschrauber eine theoretische Höchstgeschwindigkeit von 417 km / h herkömmlicher Flugmodus aufgrund des Problems, dass das vorrückende Blatt über einen zu großen Bereich Überschallgeschwindigkeit erreicht und das sich zurückziehende Blatt abrupt an Auftrieb verliert.

Jemand fragte, wie nur ein Teil der Klinge Überschall sein könne, während der Großteil ihrer Länge Unterschall sei. Dies liegt daran, dass die Bewegung eckig ist. Ein Punkt im äußeren Bereich bewegt sich viel schneller durch die Luft als ein Punkt im inneren Bereich, um denselben Winkel in derselben Zeit abzudecken. Dieser Überschallzustand wird im Flug früher erreicht als im Schwebeflug. Wenn sich das Blatt „vorwärts“ bewegt, wird die Fluggeschwindigkeit zur Drehzahl des vorwärts bewegenden Blattes addiert und vom rückwärts bewegenden Blatt subtrahiert. Eine übliche Lösung, um den Unterschied im Auftrieb gegenüberliegender Blätter auszugleichen, besteht darin, sie an der Wurzel zu schwenken, damit das Blatt mit einer höheren Fluggeschwindigkeit in begrenztem Umfang nach oben klappen kann. Einige „starre“ Designs ersetzen das Scharnier durch einen flexiblen Abschnitt.

Kommentare

• Gute Antwort. Willkommen bei aviation.se!