In mijn vraag over helikopterlawaai ging ik ervan uit dat een van de redenen waarom ze zo verdomd lawaaierig zijn, is dat de belangrijkste rotortips sneller gaan dan de geluidssnelheid . @FreeMan vroeg zich af of dat het geval was.
Ik heb geprobeerd informatie hierover te vinden, maar de meeste paginas bespreken uiteindelijk V NE – de voorwaartse snelheid waarmee de oprukkende bladen supersonisch worden terwijl de terugtrekkende bladen de lift verliezen en afslaan. Dit gaat niet over die situatie.
Dit gaat over normale vluchten – is het extreem harde geluid van helikopters omdat hun rotortoppen supersonisch zijn, of van andere bronnen?
ps Er is enige vermelding dat de “WOP-WOP” van dalende helikopters wordt veroorzaakt doordat de rotortoppen supersonisch worden. Is dit het geval – en zo ja, is het een randgeval (de enige keer dat de tips supersonisch zijn) of slechts een voorbeeld van wanneer ze dat doen.
Antwoord
De “wop wop”, meestal bekend als blade slap, is hoorbaar wanneer de punt van het mes door de vortex gaat die is ontstaan door de vorige.
Het kan worden vermeden. Het meest voorkomende vluchtregime wanneer dit gebeurt, is een ondiepe afdaling maar toch met best veel vermogen – bijv. snel en ondiep. De vortex begint naar beneden te bewegen zodra deze de punt van het blad verlaat, dus in horizontale vlucht gaat het volgende blad eroverheen. In een ondiepe afdaling met een hoge hellingshoek kan het volgende blad letterlijk in de vorige draaikolk “slaan”. De wervelingen van de twee bladen werken nu samen en kunnen lokale, voorbijgaande supersonische stroming veroorzaken. Om dit te vermijden, verlaagt u gewoon de toonhoogte om een positievere afdaling te bewerkstelligen of trekt u de cyclische schijf terug om de schijfbelasting te vergroten en de houding af te vlakken.
De bladpunten worden niet supersonisch. In feite draait de rotor in bijna alle helikopterontwerpen binnen een zeer smal snelheidsgebied, typisch tussen 90% en 110% van de normale snelheid. Bij de meeste vluchtregimes draait de rotor op 100%, +/- een paar procent, of je nu klimt, daalt of kruist. Alleen tijdens automatische rotatie en agressief manoeuvreren varieert het bereik met 10% of meer. Het hangt af van het type helikopter, maar absolute limieten zouden zoiets zijn als 85% (paniektijd, risico op volledige stalling) en 115% (kleinere paniek, risico op schade aan de machine, vooral in de aandrijfas van de staartrotor).
Bij normale bewerkingen, en het ontwerp is erop gericht dit te bereiken, worden de rotortips niet supersonisch sinds wanneer ze doen, is er een plotselinge en grote afname van de prestaties met meer vereist vermogen, hogere bladbelastingen, trillingen en lawaai.
Denk aan een voorwaarts vliegende helikopter. Het voortbewegende blad ervaart in zijn meest loodrechte positie een relatieve luchtstroom die gelijk is (waarbij allerlei kleine bijwerkingen worden genegeerd) aan de voorwaartse snelheid plus de snelheid van het blad. Het terugtrekkende blad ervaart een relatieve luchtstroom gelijk aan de snelheid van het blad minus de snelheid van de helikopter.
Als de bladen zo snel draaien dat de toppen supersonisch zijn, dan zou het hoofdlift-genererende deel van het terugtrekkende blad, het buitenste tweederde van de overspanning, gedurende een deel van de overspanning zon lage luchtsnelheid ervaren het zal zelfs negatief zijn, dat de messen zullen afslaan en een catastrofale rol in die kant veroorzaken. Het is dit fenomeen dat uiteindelijk de rotatiesnelheid van de wieken en de maximale snelheid van de helikopter beperkt.
Laten we eens kijken naar de R22 als een voorbeeld. De volgende cijfers zijn bij benadering.
De rotortipsnelheid is ongeveer 670 fps (voet per seconde). De geluidssnelheid op grondniveau op een standaarddag is ongeveer 1100 fps. De R22 vliegt dichtbij VNE, laten we zeggen 100kts, wat ongeveer 170 fps.
De tip aan de oprukkende kant, op zijn snelste, vliegt daarom relatief aan de luchtstroom met 840 fps en aan de terugtrekkende kant, op zijn langzaamste, met 500 fps.
De bladelengte is ongeveer 11 voet, dus het middelste gedeelte van de blade aan de terugtrekkende kant vliegt slechts met 190 fps (de helft van 670 minus de luchtsnelheid). Wanneer je ongeveer 1,20 meter verwijderd bent van de wortel van het blad, is het nu slechts 50 fps en niet veel verder daar vandaan, wordt het nul en vervolgens negatief.
Onthoud dat de lift evenredig is met het kwadraat van de snelheid. Je kunt nu het enorme verschil zien tussen de lift aan beide kanten naarmate de luchtsnelheid toeneemt.
Om je vraag direct te beantwoorden, zou de R22 moeten vliegen met 530 fps om de supersonische tipsnelheid te benaderen, wat neerkomt op ongeveer 330 knopen die het niet kan bereiken.
PS. De R22 POH spreekt in imperiale maten. Als ik wat tijd heb, zal ik de cijfers opnieuw in metrische maten uitvoeren die ik, en het grootste deel van de wereld, prefereer.
Reacties
- De eerste zin van je laatste alinea lijkt zichzelf tegen te spreken: de schijf roteert zo snel dat de tips gaan supersonisch, daarom zou de buitenste 2/3 van de overspanning een langzame luchtsnelheid ervaren. Kunt u alstublieft verduidelijken hoe de punt (deel van het buitenste 2/3 deel van het blad) supersonisch kan zijn, maar dat hetzelfde 2/3 deel van het blad te langzaam kan bewegen? Ik ' m zeg je niet dat ' het mis hebben, ik ' ben gewoon echt in de war .
- Ik zal het iets anders formuleren. Ik heb het over het terugtrekkende mes. Bedankt dat je erop wijst.
- Is het niet zo dat de voorwaarts bewegende rotor die de geluidssnelheid raakt, een beperkende factor is in de snelheid van de helikopter zelf? Ik herinner me een vage herinnering aan een Lynx-piloot die me dat vertelde toen ik een kind was.
- @chriscowley Dat is zo, maar je zult eerst VNE (snelheid nooit overschrijden) raken. Lees over dissymmetrie van lift en hoe deze betrekking heeft op VNE
- @FreeMan Ik vond het antwoord ook verwarrend. Ik denk dat het ' dit zegt. De rotors draaien vrij langzaam, dus als de helikopter stilstaat, zijn de tips ver verwijderd van de geluidssnelheid. De enige manier om de tips te krijgen om de geluidsbarrière te doorbreken, is door de helikopter heel snel vooruit te rijden. Zo snel zelfs dat het terugtrekkende mes eigenlijk nog steeds naar voren zou bewegen, ten opzichte van de grond. Dat blad zou geen lift genereren omdat de luchtstroom er overheen zou zijn van wat ' s verondersteld werd de achterrand naar de voorrand te zijn.
Answer
De karakteristieke slag van een helikopterrotor wordt veroorzaakt door de interactie tussen de rotorbladwervelingen, in het bijzonder tussen de hoofdrotor en de staartrotorwervelingen . Als de schokgolven van deze impulsen samenvallen, creëren ze krachtige (luide) harmonischen. Dit effect kan optreden bij rotorsnelheden ver onder supersonisch.
De vortex-interactie kan worden verminderd door (een kleinere, meerbladige) staartrotor – meer als een ventilator – te omringen met een mantel. Zon installatie wordt een fenestron genoemd (“windowed”, en eigenlijk een handelsmerk van Eurocopter), een getunnelde ventilator of fan-in-fin. Deze ontwikkeling was oorspronkelijk ontworpen voor verbeterde veiligheid en prestaties.
Aanpassingen aan de hoofdrotor om de impuls van de vortex te verminderen, ruilen doorgaans kracht of economie in.
Wat betreft supersonische snelheid: helikopters hebben een theoretische topsnelheid van 417 km / u in conventionele vliegmodus vanwege het probleem dat het voortbewegende blad supersonische snelheid bereikt over een te groot gebied en het terugtrekkende blad abrupt zijn lift verliest.
Iemand vroeg zich af hoe slechts een deel van het blad supersonisch kon zijn, terwijl het grootste deel van de lengte subsonisch was. Dit komt doordat de beweging hoekig is. Een punt op het buitenste gedeelte beweegt veel sneller door de lucht dan een punt op het binnenste gedeelte, om in dezelfde tijd dezelfde hoek af te leggen. Deze supersonische toestand wordt tijdens de vlucht eerder bereikt dan tijdens het zweven. Wanneer het blad “vooruit” beweegt, wordt de luchtsnelheid opgeteld bij de rotatiesnelheid van het voorwaarts bewegende blad en afgetrokken van het achterwaarts bewegende blad. Een gebruikelijke oplossing om het verschil in lift van tegenoverliggende bladen op te vangen, is om ze bij de wortel te scharnieren om het blad met een hogere luchtsnelheid beperkt omhoog te laten klappen. Sommige “stijve” ontwerpen vervangen het scharnier door een flexibel gedeelte.
Opmerkingen
- Mooi antwoord. Welkom bij aviation.se!