Czy końcówki wirnika helikoptera regularnie przechodzą naddźwiękowe?

„wop wop”, zwykle znane jako uderzenie ostrzem, jest słyszalne, gdy czubek ostrza przechodzi przez wir utworzony przez poprzedni.

Można tego uniknąć. Najczęstszym trybem lotu, kiedy to się dzieje, jest płytkie zejście, ale nadal z całkiem spora moc – np. szybko i płytko. Wir zaczyna opadać, gdy tylko opuści czubek ostrza, więc w locie poziomym kolejne ostrze przechodzi nad nim. Podczas płytkiego zejścia z dużym kątem nachylenia, następujące ostrze może dosłownie „uderzyć” w poprzedni wir. Wiry obu ostrzy oddziałują teraz na siebie i mogą powodować lokalny, przejściowy przepływ naddźwiękowy. Aby tego uniknąć, po prostu obniż wysokość, aby uzyskać bardziej pozytywne opadanie, lub cofnij cyklicznie, aby zwiększyć obciążenie dysku i wyrównać ustawienie.

Końcówki ostrzy nie pracują naddźwiękowo. W rzeczywistości w prawie wszystkich konstrukcjach śmigłowców wirnik obraca się w bardzo wąskim zakresie prędkości, zazwyczaj między 90% a 110% normalnej prędkości. W większości trybów lotu wirnik obraca się w 100%, +/- kilka procent, niezależnie od tego, czy wspinasz się, zniżasz, czy płyniesz. Tylko podczas automatycznego obrotu i agresywnego manewrowania zasięg zmienia się o 10% lub więcej. Zależy to od typu śmigłowca, ale granice bezwzględne to około 85% (czas paniki, ryzyko całkowitego przeciągnięcia) i 115% (mniejsza panika, ryzyko uszkodzenia maszyny, zwłaszcza wału napędowego śmigła ogonowego).

Podczas normalnej pracy i projekt ma to osiągnąć, końcówki wirnika nie pracują naddźwiękowo od kiedy Co więcej, następuje nagły i duży spadek wydajności przy większej wymaganej mocy, wyższych obciążeniach ostrza, wibracjach i hałasie.

Pomyśl o helikopterze lecącym do przodu. Posuwająca się łopatka w najbardziej prostopadłym położeniu doświadcza względnego przepływu powietrza, który jest równy (pomijając wszelkiego rodzaju drobne skutki uboczne) prędkości do przodu plus prędkość łopaty. Wycofujące się łopaty doświadczają względnego przepływu powietrza równego prędkości łopaty pomniejszonej o prędkość helikoptera.

Jeśli łopaty obracają się tak szybko, że ich końcówki są naddźwiękowe, wówczas główna część cofającej się łopaty generująca siłę nośną, zewnętrzne dwie trzecie rozpiętości, doświadczyłaby tak małej prędkości przez część rozpiętości będzie nawet negatywne, że ostrza utkną w miejscu, powodując katastrofalny przewrót w tamtą stronę. To właśnie to zjawisko ostatecznie ogranicza prędkość obrotową łopat i maksymalną prędkość helikoptera.

Spójrzmy na R22 jako przykład. Poniższe liczby są przybliżone.

Prędkość końcówki wirnika wynosi około 670 fps (stóp na sekundę). Prędkość dźwięku na poziomie gruntu w standardowy dzień wynosi około 1100 fps. R22 leci z prędkością bliską VNE, powiedzmy 100 w, czyli około 170 fps.

Końcówka po stronie natarcia, przy największej szybkości, leci zatem względem przepływu powietrza przy 840 fps, a po stronie cofającej, po stronie cofania, jest najwolniejsza, przy 500 fps.

Długość łopatki wynosi około 11 stóp, więc środkowa część łopaty po cofającej się stronie leci tylko z prędkością 190 fps (połowa z 670 minus prędkość). Kiedy wychodzisz na około 4 stopy od podstawy łopatki, teraz jest to tylko 50 fps i niewiele dalej od tego, staje się zero, a następnie ujemne.

Pamiętaj, że wzrost jest proporcjonalny do kwadratu prędkość. Możesz teraz zobaczyć ogromną rozbieżność między uniesieniem po obu stronach w miarę wzrostu prędkości.

Aby odpowiedzieć bezpośrednio na twoje pytanie, R22 musiałby lecieć z prędkością 530 fps, aby osiągnąć prędkość naddźwiękową, która jest równa około 330 węzłów, których nie jest w stanie osiągnąć nawet w pobliżu.

PS. R22 POH mówi w imperialnych miarach. Kiedy będę miał trochę czasu, powtórzę dane w systemie metrycznym, które ja i większość świata wolę.

Komentarze

• Pierwsze zdanie ostatniego akapitu wydaje się sobie zaprzeczać: dysk obraca się tak szybko , że wskazówki idą naddźwiękowy, dlatego na zewnętrznych 2/3 rozpiętości wystąpiłaby mała prędkość. Czy mógłbyś wyjaśnić, w jaki sposób końcówka (część zewnętrznych 2/3 ostrza) może być naddźwiękowa, ale to samo 2/3 ostrza może poruszać się zbyt wolno? ' Nie mówię Ci ' mylę się, ' jestem po prostu zdezorientowany .
• Lekko przeredaguję to słowo. Mówię o wycofującym się ostrzu. Dziękuję za zwrócenie uwagi.
• Czy nie jest tak, że poruszający się do przodu wirnik uderzający w prędkość dźwięku jest czynnikiem ograniczającym prędkość samego helikoptera? Mam mgliste wspomnienie pilota Lynxa, który mówił mi, że kiedy byłem dzieckiem.
• @chriscowley Tak, ale najpierw uderzysz w VNE (prędkość nigdy nie przekracza). Przeczytaj o asymetrii wzrostu i o tym, jak odnosi się do VNE
• @FreeMan Odpowiedź również była myląca. Myślę, że to ' mówi to. Wirniki obracają się dość wolno, więc gdy helikopter jest nieruchomy, końcówki są dalekie od prędkości dźwięku. Jedynym sposobem na to, by końcówki przełamały barierę dźwiękową, byłoby bardzo szybkie przesunięcie helikoptera do przodu. Tak szybko, że cofające się ostrze faktycznie nadal poruszałoby się do przodu względem ziemi. To ostrze nie generowałoby żadnego podniesienia, ponieważ przepływ powietrza nad nim byłby z tego, co ' powinno być jego tylną krawędzią do przedniej krawędzi.

Charakterystyczne uderzenia wirnika helikoptera są spowodowane interakcją między wirami łopat wirnika, w szczególności między wirnikiem głównym a wirnikiem ogonowym . Gdy fale uderzeniowe tych impulsów zbiegają się, tworzą potężne (głośne) harmoniczne. Ten efekt może wystąpić przy prędkościach wirnika znacznie poniżej naddźwiękowych.

Oddziaływanie wirów można zmniejszyć, otaczając (mniejszy, wielołopatkowy) wirnik ogonowy – bardziej jak wentylator – osłoną. Taka instalacja nazywana jest fenestronem („okiennym”, a właściwie znakiem towarowym należącym do firmy Eurocopter), wentylatorem kanałowym lub wentylatorem w płetwie. Rozwój ten został pierwotnie zaprojektowany z myślą o poprawie bezpieczeństwa i wydajności.

Modyfikacje głównego wirnika mające na celu zmniejszenie impulsu z wiru zwykle powodują zamianę mocy lub oszczędności.

Jeśli chodzi o prędkość naddźwiękową, teoretyczna prędkość helikopterów wynosi 417 km / hw konwencjonalny tryb lotu z powodu problemu, że wysuwana łopatka osiąga prędkość ponaddźwiękową na zbyt dużym obszarze i cofająca się łopatka gwałtownie traci siłę nośną.

Ktoś zapytał, dlaczego tylko część ostrza może być naddźwiękowa, podczas gdy większość jego długości była poddźwiękowa. Dzieje się tak, ponieważ ruch jest kątowy. Punkt na części zewnętrznej porusza się w powietrzu znacznie szybciej niż punkt na obszarze wewnętrznym, aby pokryć ten sam kąt w tym samym czasie. Ten stan naddźwiękowy osiąga się szybciej w locie niż w zawisie. Kiedy łopatka porusza się „do przodu”, prędkość lotu jest dodawana do prędkości obrotowej łopatki poruszającej się do przodu i odejmowana od łopatki poruszającej się do tyłu. Powszechnym rozwiązaniem uwzględniającym różnicę w uniesieniu przeciwległych łopatek jest zawiasowanie ich u nasady, aby umożliwić łopatom o większej prędkości trzepotanie w górę w ograniczonym zakresie. Niektóre „sztywne” projekty zastępują zawias elastyczną sekcją.

Komentarze

• Dobra odpowiedź. Witamy w aviation.se!