As pontas do rotor do helicóptero ficam supersônicas regularmente?

O “wop wop”, normalmente conhecido como batida de lâmina, é ouvido quando a ponta da lâmina passa pelo vórtice criado pela anterior.

Pode ser evitado. O regime de vôo mais comum quando isso acontece é uma descida rasa, mas ainda com bastante poder – por exemplo rápido e superficial. O vórtice começa a se mover para baixo assim que deixa a ponta da lâmina, portanto, em vôo nivelado, a lâmina seguinte passa sobre ele. Em uma descida rasa com ângulo de passo alto, a lâmina seguinte pode literalmente “bater” no vórtice anterior. Os vórtices das duas lâminas agora interagem e podem causar fluxo supersônico transitório local. Para evitá-lo, simplesmente abaixe a inclinação para estabelecer uma descida mais positiva ou puxe o cíclico para aumentar a carga do disco e nivelar a atitude.

As pontas das lâminas não ficam supersônicas. Na verdade, em quase todos os projetos de helicópteros, o rotor gira em uma faixa muito estreita de velocidades, normalmente entre 90% e 110% da velocidade normal. Na maioria dos regimes de vôo, o rotor está girando a 100%, +/- alguns por cento, quer você esteja subindo, descendo ou navegando. Somente durante a auto-rotação e manobras agressivas o alcance varia em 10% ou mais. Depende do tipo de helicóptero, mas os limites absolutos seriam algo em torno de 85% (tempo de pânico, risco de estol total) e 115% (pânico menor, risco de danos à máquina, especialmente no eixo de transmissão do rotor de cauda).

Em operações normais, e o projeto visa atingir isso, as pontas do rotor não ficam supersônicas desde quando fazer, há uma diminuição repentina e grande no desempenho com mais energia necessária, cargas mais altas da lâmina, vibração e ruído.

Pense em um helicóptero voando para a frente. O avanço da lâmina em sua posição mais perpendicular experimenta um fluxo de ar relativo que é igual (ignorando todos os tipos de efeitos colaterais menores) à velocidade de avanço mais a velocidade da lâmina. A lâmina em retirada está experimentando um fluxo de ar relativo igual à velocidade da lâmina menos a velocidade do helicóptero.

Se as lâminas girarem tão rápido que as pontas sejam supersônicas, a parte principal geradora de elevação da lâmina em recuo, os dois terços externos da extensão, experimentaria uma velocidade no ar tão baixa, por parte da extensão será até mesmo negativo, que as lâminas irão travar causando um rolamento catastrófico para aquele lado. É este fenômeno que em última análise limita a velocidade de rotação das pás e a velocidade máxima do helicóptero.

Vejamos o R22 como um exemplo. Os números a seguir são aproximados.

A velocidade da ponta do rotor é de cerca de 670 fps (pés por segundo). A velocidade do som no nível do solo em um dia padrão é de cerca de 1100 fps. O R22 está voando perto de VNE, digamos 100kts, que é cerca de 170 fps.

A dica no lado que avança, mais rápido, é voar em relação ao fluxo de ar a 840 fps e, no lado que recua, é o mais lento, 500 fps.

O comprimento da lâmina é de cerca de 11 pés, então a parte do meio da lâmina no lado de recuo está voando apenas a 190 fps (metade de 670 menos a velocidade no ar). Quando você chega a cerca de 4 pés da raiz da lâmina, agora é apenas 50 fps e não muito mais longe disso, torna-se zero, e depois negativo.

Lembre-se de que a elevação é proporcional ao quadrado de a velocidade. Agora você pode ver a enorme discrepância entre a sustentação em ambos os lados conforme a velocidade no ar aumenta.

Para responder à sua pergunta diretamente, o R22 precisaria voar a 530 fps para se aproximar da velocidade supersônica, que equivale a cerca de 330 nós que ele não pode chegar nem perto de alcançar.

PS. O R22 POH fala em medidas imperiais. Quando eu tiver algum tempo, vou refazer os números no sistema métrico que eu, e a maior parte do mundo, prefiro.

Comentários

• A primeira frase de seu último parágrafo parece se contradizer: o disco gira tão rápido que as dicas vão supersônico, portanto, os 2/3 externos da extensão experimentariam velocidade no ar lenta . Você poderia esclarecer como a ponta (parte dos 2/3 externos da lâmina) pode ser supersônica, mas os mesmos 2/3 da lâmina podem estar se movendo muito devagar? Eu ' não estou dizendo que você ' estou errado, ' estou realmente confuso .
• Vou reformular ligeiramente. Estou falando sobre a lâmina em retirada. Obrigado por apontar isso.
• Não é o caso de que o rotor que se move para frente atingindo a velocidade do som é um fator limitante na velocidade do próprio helicóptero? Eu tenho uma vaga lembrança de um piloto do Lynx me dizendo isso quando eu era criança.
• @chriscowley É, mas você atingirá VNE (a velocidade nunca excede) primeiro. Leia sobre a dissimetria de elevação e como ela se relaciona com VNE
• @FreeMan Achei a resposta confusa também. Acho que ' está dizendo isso. Os rotores giram bem devagar, então, quando o helicóptero está parado, as pontas ficam longe da velocidade do som. A única maneira de conseguir que as pontas quebrem a barreira do som seria mover o helicóptero para a frente muito rapidamente. Tão rápido, na verdade, que a lâmina em retirada ainda estaria se movendo para frente, em relação ao solo. Essa lâmina não geraria sustentação porque o fluxo de ar sobre ela seria do que ' é suposto ser o bordo de fuga para o bordo de ataque.

A batida característica de um rotor de helicóptero é causada pela interação entre os vórtices da pá do rotor, em particular entre o rotor principal e os vórtices do rotor de cauda . Conforme as ondas de choque desses impulsos coincidem, eles criam harmônicos poderosos (altos). Esse efeito pode ocorrer em velocidades de rotor bem abaixo da supersônica.

A interação do vórtice pode ser reduzida circundando o rotor de cauda (um menor, com várias pás) – mais como um ventilador – com uma cobertura. Essa instalação é chamada de fenestron (“janela” e, na verdade, uma marca comercial pertencente à Eurocopter), um ventilador canalizado ou fan-in-fin. Este desenvolvimento foi originalmente projetado para melhorar a segurança e o desempenho.

Modificações no rotor principal para reduzir o impulso do vórtice normalmente trocam potência ou economia.

No tópico de velocidade supersônica, os helicópteros têm uma velocidade máxima teórica de 417 km / h em modo de vôo convencional por causa do problema da lâmina em avanço alcançando velocidade supersônica em uma área muito grande e a lâmina em recuo perdendo sustentação abruptamente.

Alguém perguntou como apenas parte da lâmina poderia ser supersônica, enquanto a maior parte de seu comprimento era subsônica. Isso ocorre porque o movimento é angular. Um ponto na parte externa se move pelo ar muito mais rápido do que um ponto na região interna, para cobrir o mesmo ângulo ao mesmo tempo. Esta condição supersônica é alcançada mais cedo em vôo do que em vôo pairado. Quando a lâmina está se movendo “para frente”, a velocidade do ar é adicionada à velocidade de rotação da lâmina que se move para frente e subtraída da lâmina que se move para trás. Uma solução comum para acomodar a diferença de levantamento das lâminas opostas é dobrá-las na raiz para permitir que a lâmina com uma velocidade no ar mais alta se mova para cima em uma extensão limitada. Alguns designs “rígidos” substituem a dobradiça por uma seção flexível.

Comentários

• Boa resposta. Bem-vindo ao aviation.se!