Blir helikopterrotortips regelmessig supersoniske?

«wop wop», vanligvis kjent som knivklap, høres når tuppen av bladet passerer gjennom virvelen som ble opprettet av den forrige.

Det kan unngås. Det vanligste flyregimet når dette skjer er en grunne nedstigning, men fortsatt med ganske mye kraft – f.eks. raskt og grunt. Virvelen begynner å bevege seg ned så snart den forlater tuppen av bladet, så i jevn flukt, passerer følgende blad over det. I en lav nedstigning med høy stigningsvinkel kan følgende blad bokstavelig talt «smelle» inn i forrige virvel. Virvelene til de to bladene samhandler nå og kan forårsake lokal, forbigående supersonisk strømning. For å unngå det, er det bare å senke tonehøyde for å etablere en mer positiv nedstigning eller trekke tilbake på det sykliske for å øke skivebelastningen og flate innstillingen.

Knivspissene blir ikke supersoniske. Faktisk roterer rotoren i nesten alle helikopterdesigner innenfor et meget smalt hastighetsområde, vanligvis mellom 90% og 110% av normal hastighet. I de fleste flyregimer roterer rotoren 100%, +/- noen få prosent, enten du klatrer, synker eller cruiser. Bare under automatisk rotasjon og aggressiv manøvrering varierer rekkevidden med 10% eller mer. Det avhenger av helikoptertypen, men absolutte grenser vil være omtrent 85% (panikktid, risiko for fullstendig stopp) og 115% (mindre panikk, fare for skade på maskinen, spesielt i halerotorens drivaksel). p>

I normale operasjoner, og design har som mål å oppnå dette, blir ikke rotortippene supersoniske siden når de gjør, det er en plutselig og stor reduksjon i ytelse med mer kreft kreves, høyere bladbelastning, vibrasjon og støy.

Tenk på et helikopter som flyr fremover. Det fremrykkende bladet på sin mest lodrette stilling opplever en relativ luftstrøm som er lik (ignorerer alle slags mindre bivirkninger) til fremoverhastigheten pluss bladets hastighet. Det tilbaketrekkende bladet opplever en relativ luftstrøm lik bladets hastighet minus helikopterets hastighet.

Hvis bladene roterer så fort at spissene er supersoniske, vil hovedløfteren som genererer en del av det tilbaketrekkende bladet, de ytre to tredjedeler av spennet, oppleve en så lav lufthastighet for noen av spennet det vil til og med være negativt at bladene vil gå i stå og forårsake en katastrofal rull inn på den siden. Det er dette fenomenet som til slutt begrenser rotasjonshastigheten til bladene og helikopterets maksimale hastighet.

La oss se på R22 som et eksempel. Følgende figurer er omtrentlige.

Rotorspisshastigheten er omtrent 670 fps (fot per sekund). Lydhastigheten på bakkenivå på en standarddag er omtrent 1100 fps. R22 flyr nær VNE, la oss si 100kts som er omtrent 170 fps.

Spissen på den fremrykkende siden, på den raskeste, flyr derfor i forhold til luftstrømmen ved 840 fps og på den tilbaketrekkende siden, på den er tregest, ved 500 fps.

Knivlengden er ca 11 fot, så den midterste delen av bladet på den trekkende siden flyr bare med 190 bilder per sekund (halvparten av 670 minus lufthastigheten). Når du kommer omtrent 4 meter ut fra bladroten, er det nå bare 50 bps og ikke mye lenger inn fra det, blir null, så negativt.

Husk at heisen er proporsjonal med kvadratet av Du kan nå se det enorme avviket mellom løft på begge sider når flyhastigheten øker.

For å svare på spørsmålet ditt direkte, må R22 fly med 530 bilder per sekund for å nærme seg supersonisk spisshastighet, som tilsvarer ca. 330 kts som den ikke kan komme i nærheten av å oppnå.

PS. R22 POH snakker i keiserlige tiltak. Når jeg får litt tid, vil jeg gjøre om tallene i beregning som jeg, og det meste av verden, foretrekker.

Kommentarer

• Den første setningen i ditt siste avsnitt ser ut til å være i motsetning til seg selv: disken roterer så raskt tipsene går supersonisk, derfor vil ytre 2/3 av spennet oppleve langsom flyhastighet. Kan du vennligst avklare hvordan tuppen (en del av den ytre 2/3 av bladet) kan være lydfri, men den samme 2/3 av bladet kan bevege seg for sakte? Jeg ' jeg forteller deg ikke ' tar feil, jeg ' er bare veldig forvirret .
• Jeg vil omformulere det litt. Jeg snakker om det trekkende bladet. Takk for at du påpekte det.
• Er det ikke slik at den fremover bevegelige rotoren som treffer lydhastigheten, er en begrensende faktor i helikopterets hastighet? Jeg har en vag erindring om at en Lynx-pilot fortalte meg at da jeg var liten.
• @chriscowley Det er det, men du vil treffe VNE (hastigheten overstiger aldri) først. Les om dissymmetri av lift og hvordan det forholder seg til VNE
• @FreeMan Jeg fant svaret også forvirrende. Jeg tror det ' sier dette. Rotorene spinner ganske sakte, så når helikopteret står stille, er spissene langt fra lydhastigheten. Den eneste måten å få tipsene for å bryte lydbommen ville være å flytte helikopteret veldig raskt fremover. Så raskt, faktisk at det tilbaketrekkende bladet faktisk fremdeles vil bevege seg fremover, i forhold til bakken. Det bladet ville ikke generere noe løft fordi luftstrømmen over det ville være fra det ' skulle være bakkanten til forkanten.

Den karakteristiske takten til en helikopterrotor er forårsaket av samspillet mellom rotorbladhvirvler, spesielt mellom hovedrotoren og halerotorens hvirvler . Når sjokkbølgene til disse impulsene faller sammen, skaper de kraftige (høye) harmonier. Denne effekten kan oppstå ved rotorhastigheter godt under supersonisk.

Virvelinteraksjonen kan reduseres ved å omslutte (en mindre, flerbladet) halerotor – mer som en vifte – med et hylster. En slik installasjon kalles en fenestron («vindu», og faktisk et varemerke som tilhører Eurocopter), en kanalisert vifte eller fan-in-fin. Denne utviklingen ble opprinnelig designet for forbedret sikkerhet og ytelse.

Endringer i hovedrotoren for å redusere impulsen fra vortexen bytter vanligvis ut kraft eller økonomi.

På temaet supersonisk hastighet har helikoptre en teoretisk toppfart på 417 km / t konvensjonell flymodus på grunn av problemet med at det fremrykkende bladet når supersonisk hastighet over et for stort område og det tilbaketrekkende bladet mister løftet brått.

Noen spurte hvordan bare en del av bladet kunne være overlyd mens størstedelen av lengden var subsonisk. Dette er fordi bevegelsen er kantet. Et punkt på den ytre delen beveger seg mye raskere gjennom luften enn et punkt på det indre området for å dekke den samme vinkelen på samme tid. Denne overlydstilstanden oppnås raskere under flyging enn i svev. Når bladet beveger seg «fremover», legges lufthastigheten til rotasjonshastigheten til det fremover bevegelige bladet og trekkes fra bladet som beveger seg bakover. En vanlig løsning for å imøtekomme forskjellen i løft av motstående blader er å hengse dem ved roten for å la bladet med høyere lufthastighet klappe oppover i begrenset grad. Noen «stive» design erstatter hengslet med en fleksibel seksjon.

Kommentarer

• Fint svar. Velkommen til aviation.se!