Le punte del rotore dellelicottero diventano regolarmente supersoniche?

Il “wop wop”, comunemente noto come blade slap, si sente quando la punta della lama passa attraverso il vortice creato dalla precedente.

Può essere evitato. Il regime di volo più comune quando ciò accade è una discesa poco profonda ma ancora con un bel po di potenza – ad es. veloce e superficiale. Il vortice inizia a scendere non appena lascia la punta della lama, quindi in volo livellato, la lama successiva passa sopra di esso. In una discesa poco profonda con un angolo di beccheggio elevato, la pala successiva può letteralmente “schiaffeggiare” nel vortice precedente. I vortici delle due lame ora interagiscono e possono causare un flusso supersonico transitorio locale. Per evitarlo, è sufficiente abbassare il passo per stabilire una discesa più positiva o tirare indietro il ciclico per aumentare il carico del disco e appiattire lassetto.

Le punte delle pale non diventano supersoniche. Infatti, in quasi tutti i modelli di elicotteri, il rotore ruota entro un intervallo di velocità molto ristretto, tipicamente tra il 90% e il 110% della velocità normale. Nella maggior parte dei regimi di volo, il rotore ruota al 100%, +/- pochi punti percentuali, sia che tu stia salendo, scendendo o andando in crociera. Solo durante la rotazione automatica e le manovre aggressive la portata varia del 10% o più. Dipende dal tipo di elicottero ma i limiti assoluti sarebbero qualcosa come l85% (tempo di panico, rischio di stallo completo) e il 115% (panico minore, rischio di danni alla macchina, specialmente allalbero motore del rotore di coda).

Nelle normali operazioni e il design mira a raggiungere questo obiettivo, le punte del rotore non diventano supersoniche da quando fare, si verifica unimprovvisa e significativa diminuzione delle prestazioni con maggiore potenza richiesta, carichi della lama più elevati, vibrazioni e rumore.

Pensa a un elicottero che vola in avanti. La pala che avanza nella sua posizione più perpendicolare sperimenta un flusso daria relativo che è uguale (ignorando tutti i tipi di effetti collaterali minori) alla velocità di avanzamento più la velocità della pala. La pala in ritirata sta subendo un flusso daria relativo uguale alla velocità della pala meno la velocità dellelicottero.

Se le pale ruotano così velocemente che le punte sono supersoniche, allora la parte principale che genera il sollevamento della lama che si ritira, i due terzi esterni della campata, subirebbe una velocità così bassa, per una parte della campata sarà anche negativo che le lame si blocchino causando un catastrofico rotolamento su quel lato. È questo fenomeno che alla fine limita la velocità di rotazione delle pale e la velocità massima dellelicottero.

Consideriamo lR22 come esempio. Le seguenti cifre sono approssimative.

La velocità della punta del rotore è di circa 670 fps (piedi al secondo). La velocità del suono a livello del suolo in una giornata standard è di circa 1100 fps. LR22 sta volando vicino a VNE, diciamo 100 nodi che sono circa 170 fps.

La punta sul lato di avanzamento, al suo più veloce, sta quindi volando rispetto al flusso daria a 840 fps e sul lato in ritirata, al suo minimo, a 500 fps.

La lunghezza della lama è di circa 11 piedi, quindi la parte centrale della lama sul lato in ritirata vola solo a 190 fps (metà di 670 meno la velocità relativa). Quando arrivi a circa 4 piedi dalla radice della lama, ora sono solo 50 fps e non molto più allinterno, diventa zero, quindi negativo.

Ricorda che la portanza è proporzionale al quadrato di la velocità. Ora puoi vedere lenorme discrepanza tra la portanza su entrambi i lati allaumentare della velocità.

Per rispondere direttamente alla tua domanda, lR22 dovrebbe volare a 530 fps per avvicinarsi alla velocità di punta supersonica che equivale a circa 330 kts che non può “arrivare da nessuna parte vicino al raggiungimento.

PS. LR22 POH parla in misure imperiali. Quando avrò un po di tempo, rifarò le cifre in metrica che io e la maggior parte del mondo preferiamo.

Commenti

• La prima frase del tuo ultimo paragrafo sembra contraddirsi: il disco ruota così velocemente i suggerimenti vanno supersonico, quindi i 2/3 esterni della campata subirebbero una velocità lenta . Potresti chiarire come la punta (parte dei 2/3 esterni della lama) può essere supersonica, ma gli stessi 2/3 della lama possono muoversi troppo lentamente? ' non ti sto dicendo ' ti sbaglio, ' sono solo molto confuso .
• Lo riformulerò leggermente. Sto parlando della lama che si ritira. Grazie per averlo fatto notare.
• Non è il caso che il rotore che si muove in avanti che colpisce la velocità del suono sia un fattore limitante nella velocità dellelicottero stesso? Ho un vago ricordo di un pilota della Lynx che me lo diceva quando ero bambino.
• @chriscowley Lo è, ma prima raggiungerai VNE (la velocità non supererà mai). Informazioni sulla dissimmetria della portanza e su come si riferisce a VNE
• @FreeMan Ho trovato anche la risposta confusa. Penso che ' stia dicendo questo. I rotori girano abbastanza lentamente quindi, quando lelicottero è fermo, le punte sono lontane dalla velocità del suono. Lunico modo per ottenere i suggerimenti per rompere la barriera del suono sarebbe spostare lelicottero in avanti molto rapidamente. Così rapidamente, infatti, che la lama in ritirata sarebbe ancora in movimento in avanti, rispetto al suolo. Quella lama non genererebbe portanza perché il flusso daria su di essa sarebbe da quello che ' dovrebbe essere il suo bordo duscita fino al bordo dattacco.

Il battito caratteristico del rotore di un elicottero è causato dallinterazione tra i vortici delle pale del rotore, in particolare tra il rotore principale e i vortici del rotore di coda . Quando le onde durto di questi impulsi coincidono, creano armoniche potenti (forti). Questo effetto può verificarsi a velocità del rotore ben al di sotto del supersonico.

Linterazione del vortice può essere ridotta circondando il rotore di coda (un più piccolo, a più pale), più simile a una ventola, con un velo. Tale installazione è chiamata fenestron (“windowed”, in realtà un marchio di proprietà di Eurocopter), un ventilatore intubato o fan-in-fin. Questo sviluppo è stato originariamente progettato per migliorare la sicurezza e le prestazioni.

Le modifiche al rotore principale per ridurre limpulso dal vortice tipicamente scambiano potenza o economia.

Sul tema della velocità supersonica, gli elicotteri hanno una velocità massima teorica di 417 km / h in modo di volo convenzionale a causa del problema della pala in avanzamento che raggiunge una velocità supersonica su unarea troppo grande e della pala che si ritira perde bruscamente portanza.

Qualcuno ha chiesto come solo una parte della lama potesse essere supersonica mentre la maggior parte della sua lunghezza fosse subsonica. Questo perché il movimento è angolare. Un punto sulla parte esterna si muove nellaria molto più velocemente di un punto sulla regione interna, per coprire lo stesso angolo nello stesso tempo. Questa condizione supersonica viene raggiunta prima in volo che in hover. Quando la pala si muove “in avanti”, la velocità relativa viene aggiunta alla velocità di rotazione della pala che si muove in avanti e sottratta dalla pala che si muove allindietro. Una soluzione comune per compensare la differenza di portanza delle lame opposte è quella di incernierarle alla radice per consentire alla pala con una velocità relativa maggiore di sbattere verso lalto in misura limitata. Alcuni design “rigidi” sostituiscono la cerniera con una sezione flessibile.

Commenti

• Bella risposta. Benvenuto in aviation.se!