Todos os helicópteros podem pairar e quanto tempo leva para “ parar ”?

Conforme observado em outra resposta, todos os helicópteros pode pairar, mas um chamado “pairar alto” (fora do efeito do solo ou especialmente na altitude operacional) é uma manobra mais difícil, exigindo mais potência do que um pairar no solo e sendo mais difícil de manter (porque os pontos de referência estão muito mais distantes ).

Os helicópteros geram mais sustentação para a mesma potência quando em vôo para a frente, e a transição da frente para o pairar requer uma combinação bem controlada de adição de potência e ajuste coletivo e de manobra cíclica (em ambos os eixos) e controles anti-rotação – o que quer dizer que é muito mais difícil do que simplesmente voar para frente em baixa velocidade. Em geral, uma vez no ar e voando para frente, é muito mais fácil continuar o vôo para a frente (também é mais seguro, pois no caso de uma falha, a auto-rotação funciona melhor se você já tiver alguma velocidade de avanço).

Pairar sobre os instrumentos é ainda mais difícil do que pairar alto – então, se a visibilidade for um problema, geralmente é muito melhor continuar o vôo para a frente do que tentar um pairar alto.

Comentários

• Esse deve ser o ponto que eu não ‘ entendo: ” Helicópteros geram mais elevação com a mesma potência quando em vôo para a frente “. Meu entendimento é que, para avançar, o helicóptero está um pouco ” inclinado para frente ” (nariz para baixo), e que o que era elevação vertical agora é dividido em um componente (menor) para cima e um componente para a frente. Como mais elevação é gerada nesta situação? É o fluxo de ar de o movimento para a frente que adiciona ” ao fluxo de ar do movimento de rotação e, portanto, gera mais sustentação?
• A maneira como eu ‘ como visto em diagrama, ” elevação translacional ” é devido ao aumento do fluxo de ar através do disco do rotor em comparação com pairar . Ao contrário de um autogiro, este fluxo de ar é descendente de cima (porque o coletivo é positivo, onde um autogiro tem um passo de lâmina negativo para garantir sua rotação automática), e quanto mais ar é adicionado à condição de pairar, mais sustentação é gerada (ou o menos energia é necessária para o mesmo levantamento).
• Um helicóptero flutuante opera em seu próprio downwash, o que reduz a sustentação e requer mais potência. Helicópteros em operações de resgate em montanhas costumam cair quando passam por um vôo de grande altitude, mas não têm energia para mantê-lo. (@jcaron)
• @jcaron outra maneira (simplificada) de olhar para isso é que o disco do rotor se comporta como uma asa: ele não permite o fluxo de ar horizontal do vôo para a frente por si mesmo (em vôo motorizado, pelo menos ), por isso é desviada e cria sustentação adicional, exatamente como faria se encontrasse uma asa no formato de disco. É claro que é uma proporção baixa e uma asa ineficiente, mas funciona mesmo assim.
• Tecnicamente, as pás do rotor têm uma proporção muito mais alta do que quase qualquer asa (exceto possivelmente as de planadores).

Sim, todos os helicópteros podem pairar, mas requer:

• Mais concentração para pairar do que para voar, porque os helicópteros são instáveis durante o voo em pitch and roll. A velocidade no ar para frente fornece estabilidade e voar um helicóptero com velocidade no ar é comparável a voar em um avião de asa fixa, enquanto pairar é comparável a estar em cima de uma grande bola inflável.
• Mais potência para pairar do que voar com velocidade no ar para frente. Isso ocorre porque, no hover, há mais arrasto induzido do que no vôo para a frente. O gráfico abaixo é da resposta vinculada e mostra a queda na potência total necessária conforme a velocidade no ar aumenta de zero.

Para pairar, a potência disponível deve ser maior do que a potência necessária. A potência disponível do motor reduz com o aumento da altitude devido à diminuição da densidade do ar, e isso resulta em helicópteros com um teto flutuante, onde a potência disponível é igual à potência necessária.

O efeito solo reduz a potência necessária, resultando em dois pairadores tetos, efeito de solo e efeito de solo externo. Mas mesmo abaixo do teto flutuante do OGE, é simplesmente mais seguro para um helicóptero aumentar a velocidade no ar para a frente logo após a decolagem:

• Como declarado, voar em velocidade deixa mais combustível a bordo durante a duração necessária da viagem .
• Ao pairar OGE, a altitude deve ser mantida usando o altímetro, enquanto a inclinação e rotação instáveis devem ser corrigidas. A concentração necessária ao olhar para os instrumentos reduz a consciência situacional. Manter o nível do helicóptero não pode ser feito apenas com os instrumentos, pois a visão periférica não está envolvida. Onde o vento leva o helicóptero não pode ser visto a partir dos instrumentos, e aeronaves de asa fixa em vôo são muito mais difíceis de focar.
• Se a altitude não for mantida no hover do OGE, há a possibilidade de que o helicóptero entre no estado do anel de vórtice , uma situação perigosa em que ele afunda na esteira de seu próprio rotor. O estado de anel de vórtice não existe ao voar para a frente.

Comentários

• Eu realmente não ‘ t entendo por que o estado do anel de vórtice não ‘ t ocorre todo o tempo durante a operação do IAS 0, e eu suspeito que sim parcialmente. Sei que tenho uma visão retrospectiva 20/20 aqui, mas ter ocorrido dentro de um heliporto murado (por exemplo, Bin laden ‘ s lugar) parece completamente óbvio para mim.
• @ Harper-ReinstateMonica O lado inferior do disco do rotor empurra o ar para baixo, o lado superior suga o ar. Até certo ponto, mesmo sem taxa de afundamento, há algum fluxo reverso nas pontas da lâmina que é perceptível como uma ligeira perda de sustentação e aumento do arrasto. O efeito de ponta é normalmente contabilizado ao dimensionar motores e rotores, que vão pelo ralo se o helicóptero afundar em seu próprio downwash.
• ” pairar é comparável com ficar em cima de uma grande bola inflável ” – Por que não há sistemas autônomos para manter o foco?
• sistemas de auto-foco @aroth existem, mas são não muito difundido em projetos civis devido ao pequeno mercado, o que causa uma adoção bastante lenta de novas tecnologias.
• @RussellMcMahon I ‘ Já ouvi isso ser descrito por um piloto de asa fixa licenciado tendo uma lição de transição de helicóptero antecipado como ” como voar em um Cessna fora de equilíbrio “. Quanto mais rápida for a sua velocidade de avanço, mais rolagem você terá que corrigir (levantamento desequilibrado entre as lâminas de avanço e recuo), mais potência você aplicará, mais rotor de cauda será necessário e ‘ ainda estará o constante malabarismo de aceleração e coletivo para gerenciar altitude e RPM – mas ‘ é ainda mais fácil do que pairar.

Ao navegar no WX em um helicóptero, geralmente é menos carga de trabalho voar em órbitas.Ele oferece uma perspectiva adicional e permite fácil movimento lateral durante o curso da órbita. Também reduz as mudanças de configuração e possíveis mudanças de potência, já que a aeronave pode ser mantida em sustentação translacional.

A navegação de espera IFR para helicópteros é essencialmente idêntica a aviões, e as paradas regulares em uma interseção ou ajuda de navegação são atribuídas por ATC. Isso é para fins informativos em relação à questão do OP, porque no exemplo o helicóptero era VFR ou SVFR e um porão de instrumento convencional não seria usado a menos que uma autorização IFR fosse emitida. Pairar em um ponto sem referência visual não pode ser realizado prontamente. A maioria dos helicópteros não é equipada para uma contenção totalmente IMC. Por exemplo, pequenos movimentos em linha com a longitudinal não podem ser determinados com precisão com os instrumentos normalmente usados para vôo IFR. Embora o GPS / IMS / FMS possa fornecer essas informações, isso não é feito convencionalmente. Resumindo, um helicóptero voa IFR como um avião e paira com referência visual.

Em resumo, uma órbita permite melhor visibilidade em todas as direções e, portanto, melhor consciência situacional, e não requer uma mudança de configuração, e requer menos potência por unidade de tempo se a velocidade no ar estiver em um envelope razoável.

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• Apenas uma observação lateral, já que não aborda diretamente a questão do OP … No conflito do Vietnã, era prática comum tente selecionar um LZ que fosse um pouco maior, de forma que o helicóptero pudesse orbitar nas imediações do LZ e com mais proteção do fogo inimigo. A decolagem de um vôo de evacuação (muito) fortemente carregado teria efeito solo e uma transição habilidosa para o movimento de avanço, de modo que a sustentação translacional auxiliasse a subida. Claro, os pilotos são ensinados a nunca sobrecarregar seus helicópteros …
• Com relação ao Vietnã e aos helicópteros em efeito de solo, recomendo fortemente o livro ” To The Limit “. Uma coisa que me lembro desse livro: os helicópteros eram terrivelmente sem potência para as tarefas para as quais eram usados!
• @sandos re Vietnã e helicópteros – recomendo fortemente ” Chickenhawk “. Mais engraçado do que ” MASH ” Mais sangrento, mais assustador, mais sóbrio, mais esclarecedor, mais real e mais interessante do que ” MASH ” Um relato do mundo real do terror absoluto de voar um UH-1 ” Huey ” helicóptero (NÃO um Cobra) no Vietnã.
• Tenho vários amigos idosos que eram pilotos de Huey e contaram grandes histórias de estar muito sobrecarregado e incapaz de deixar o LZ a menos que seja em translação. Mais tarde, descobri como isso poderia ser verdade, e então percebi como eles deveriam estar sobrecarregados. Quando confrontados, eles negaram ter estado sobrecarregados, apenas um dia quente e úmido.

Quando um helicóptero pairar, ele está basicamente sentado em sua própria lavagem. Ao empurrar o ar para baixo, ele cria uma região de baixa pressão acima de si mesmo e uma área de alta pressão abaixo dela. Para permanecer pairando, ele precisa puxar o ar da área de baixa pressão e empurrá-lo para a pressão alta estão abaixo dele, o que consome muita energia. Se ele voar para a frente, encontrará ar fresco sem (o máximo) um diferencial de pressão para lutar.

A matemática sobre ele : Suponha que você tenha um helicóptero com massa $ m_1 $ permanecendo no ar por um tempo $ t $ . Se se estivesse apenas em queda livre, adquiriria uma velocidade de $ gt $ , por um momento de $ m_1gt $ . Portanto, para não adquirir qualquer velocidade descendente, ele deve, de alguma forma, eliminar $ m_1gt $ de momentum. Portanto, é necessária alguma massa de reação para a qual transferir esse impulso Essa massa é o ar. Se empurra o ar com massa $ m_2 $ para baixo na velocidade $ v_2 $ (ou seja, velocidade de lavagem), o o impulso será $ m_2v_2 $ . Definindo $ m_1gt $ igual a $ m_2v_2 $ , descobrimos que $ v_2 = \ frac {m_1gt} {m_2} $ . A energia deste ar será $ \ frac {m_2v_2 ^ 2} 2 $ ou $ \ frac {m_2} 2 (\ frac {m_1gt} {m_2}) ^ 2 $ , que se reduz a $ \ frac {(m_1gt) ^ 2} {2m_2} $ .

Portanto, quanto mais ar o helicóptero empurra para baixo, menor é a velocidade de lavagem e menos energia o helicóptero usa. Ao continuar a voar para frente em vez de pairar, o helicóptero encontra mais ar, permitindo uma velocidade de lavagem mais baixa.

Este é um fenômeno para todas as aeronaves mais pesadas que o ar: quanto mais rápido elas voam, mais fácil é produzir sustentação.

Pergunta 1: Não, um S-76 pode pairar, mas consome mais energia do que um cruzeiro econômico. Fazia mais sentido circular e segurar em uma área em vez de pairar. Além disso, pairar em altitude pode ser perigoso no caso de falha do motor ou do rotor de cauda e ter alguma velocidade no ar para frente pode ajudar a fazer um pouso autorrotativo, se necessário.

Pergunta 2: O que causou o acidente foi especulativo até que o NTSB libere seu relatório. Não teremos uma resposta definitiva até então. Sabemos que toda a bacia de Los Angeles estava relatando um pouco nublado e KBUR e KVNY estavam relatando condições meteorológicas IFR localmente. O helicóptero se mantém afastado da KBUR Classe C até receber uma autorização especial de VFR, em seguida, segue para noroeste, contornando as bordasda área de superfície KVNY Classe D, virando à esquerda para seguir para o sul em direção a Calabasas e seguindo CA101 através dos canyons em alta velocidade, cerca de 120 KIAS . Uma das últimas interações do ATC foi dizer à abordagem SoCal que ele estava manobrando para evitar nuvens. Não se sabe exatamente quais fatores levaram ao acidente naquele ponto, embora, como piloto, eu tenha algumas teorias. Parece que o piloto estava voando em SVFR, mas com helicópteros, a visibilidade pode ser tão baixa quanto 1/2 milha (800 m) para operações SVFR. Estando em um desfiladeiro estreito com condições climáticas marginais e tentando voar em alta velocidade, provavelmente não havia muitas opções restantes se o desfiladeiro entupisse.

Um S-76 totalmente carregado pesa em cerca de 11.000 libras (5.000 kg) e cruzeiro a 130 KIAS vai demorar um pouco para pará-lo. Isso pode estar além do que a visibilidade naquele dia permitiria.

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• Removida outra especulação de sua resposta. Não especule sobre investigações em andamento.

Nem todos podem pairar indefinidamente.

Um helicóptero de ataque MI-24 Hind da era soviética totalmente carregado só conseguia pairar por 15-20 segundos antes os motores estão danificados com a sobrecarga.

As agências de inteligência dos EUA se perguntaram por que os Hinds sempre pareciam fazer uma decolagem correndo em vez de parar em um voo pairado para decolar, até que colocaram as mãos em um e descobriram fora.

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• No entanto, seria muito errado presumir que o Mi 24 é incapaz de tais manobras ou mesmo de manobras de baixa velocidade mais exigentes. O estresse deve estar ” totalmente carregado ” aqui youtu.be/waHOJ5LaEvc?t=161 A comparação de transporte é grande neste pássaro e certamente não será totalmente carregado com o pessoal transportado e seu equipamento em uma função de ataque.

Como muitos dos outros comentadores aqui mencionados, é muito mais fácil e menor carga de trabalho para o piloto para voar para frente do que pairar. Também é necessário mais potência do motor para pairar do que para voar para a frente, e isso em grande parte tem a ver com os efeitos mencionados acima sobre ter que puxar o ar de cima para baixo do rotor. Isso também me economiza um pouco de gás. Uma coisa que não vejo mencionado aqui é que também é significativamente mais seguro voar para frente do que pairar, no sentido de que há uma margem de erro muito maior em voo para frente do que em um sobrevoo, e farei um esforço para explicar.

Os helicópteros, em caso de falha do motor, podem girar automaticamente. Isso basicamente significa que você “está” deslizando “o helicóptero (funciona como aqueles manípulos com uma hélice sobre eles que você gira entre as mãos e eles voam um pouco). A rotação automática durante o movimento para frente é muito mais fácil de fazer e muito mais suave do que a rotação automática em um foco. Se eu girar automaticamente em um vôo pairado, primeiro tenho que converter um pouco de altitude em movimento para frente e, assim que estiver fazendo isso, posso “planar” em direção ao solo. Quando chego perto do solo, converto a velocidade de avanço I agora estou no rotor, então basicamente paro e faço um pouso suave. O que isso significa, na prática? Significa que, se eu estiver me movendo para frente, posso girar automaticamente em qualquer altitude. Posso girar automaticamente em qualquer lugar de 20 a 15.000 pés de altitude. Se eu estiver pairando e tiver que girar automaticamente, provavelmente precisarei de algo entre 200-500 pés de altitude para girar automaticamente e pousar com segurança. Quando estou voando, fico confortável em pairar muito perto do solo (1-30 pés) e estou confortável pairando a 500 pés +. Estou muito menos confortável (do ponto de vista da segurança) pairando a 250 pés do que a 1000 pés.

TLDR;
Tendo a pensar no rotor girando como uma “bateria”.Se o rotor parar de girar, não tenho energia e vou cair do céu. O rotor está constantemente usando energia para me manter voando, e esse uso da energia do rotor vai desacelerá-lo. Posso adicionar mais energia ao rotor usando o motor, mas também posso converter o movimento para frente e a altitude em giro o rotor. Se eu perder o motor, começarei a descer para manter o rotor girando até chegar perto do solo. Agora não há almoço grátis, então o que não posso fazer é trocar minha altitude pela velocidade do rotor, e em seguida, use exatamente a mesma energia para trocar a velocidade do meu rotor e parar minha queda. Ele tem atrito etc., e então vou bater no chão com MUITO força se fizer isso. O que posso fazer, no entanto, é avançar também! agora estou me movendo para frente e estou trocando altitude pela velocidade do rotor, o que basicamente significa que estou caindo lentamente (descendo). Quando chego perto do solo, posso diminuir o movimento do helicóptero para a frente e converter a energia para a frente em velocidade do rotor também! Isso significa que posso parar de avançar e, como resultado, ter um pouso muito suave. É por isso que não pode girar automaticamente a partir de um foco facilmente. Primeiro, tenho que converter parte de minha altitude em movimento para frente, e só então diminuir minha descida conforme me aproximo do solo. Então eu converto esse movimento para frente em um pouso agradável e suave. Converter essa altitude em movimento para a frente levará cerca de 200-400 pés, motivo pelo qual os pilotos de helicóptero não gostam de pairar em baixas altitudes.
END TLDR;

Todos os helicópteros podem pairar. Essa é a principal vantagem desse tipo de aeronave em relação ao autogiro. Quase todas as aeronaves de asas rotativas são hoje helicópteros, com apenas um número relativamente pequeno de autogiros ainda por aí. Os autogiros mais avançados dos anos 30, antes de os helicópteros existirem, eram capazes de decolagem e pouso vertical, mas não podiam pairar.

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• Nem todos os helicópteros podem pairar fora do efeito solo com todos os pesos. O peso máximo para decolar & e operar com segurança pode estar bem acima do peso máximo para pairar fora do efeito do solo. Pairar no efeito solo consome consideravelmente menos potência do que pairar fora do efeito solo.
• No efeito solo ou não, pairar é uma característica distintiva dos helicópteros. Nenhum giroplano pode pairar, mesmo no efeito de solo …

Algumas informações interessantes que me contaram por um piloto de helicóptero muito experiente hoje … coisas que não são óbvias …

Primeiro, entenda que um helicóptero pairando tem estabilidade natural zero. A menos que o piloto mantenha controle ativo e imediato sobre ele, como no uso de referências visuais, um helicóptero em vôo começará a mudar de atitude e velocidade e acelerará essas mudanças até cair. No modo de vôo para a frente, o helicóptero tem a estabilidade natural de uma aeronave.

Em velocidades baixas , a aeronave avisará o piloto com uma buzina de alerta de estol que as características de voo estão prestes a mudar drasticamente. Os helicópteros não informam o piloto quando o helicóptero está fazendo a transição do voo para a frente para o voo pairado. Cabe ao piloto saber disso. p>

É importante ter isso em mente, porque o S76 em questão voou na névoa. Referências visuais zero. Ele também entrou em uma subida e perdeu velocidade no ar, o suficiente para que parecesse ter feito a transição do vôo para a frente (onde tem a estabilidade natural de uma aeronave) para pairar com estabilidade zero.

Os instrumentos mais comerciais os helicópteros são iguais aos de uma aeronave e, portanto, só são úteis se o helicóptero tiver velocidade de avanço suficiente para estar no modo de vôo para a frente, ou seja,> 30 nós para uma aeronave do tamanho e peso do S76. Não se pode pairar um helicóptero com instrumentos de aeronaves, apenas com instrumentos. Eles não são precisos o suficiente. Algumas aeronaves militares têm instrumentos adicionais que fornecem informações precisas de atitude e aceleração para permitir pairar sem referências visuais, normalmente SAR ou pássaros de operações especiais.

O que eu não sabia até hoje: um helicóptero com instrumentos estilo aeronave não pode ser pairado com sucesso em condições IMC apenas com esses instrumentos. Ausentes referências visuais ou instrumentos específicos do helicóptero, ele se tornará cada vez mais instável e cairá. E faça isso rapidamente, como em 30 segundos.

Comentários

• Eu removi a grande seção no meio onde você especula sobre um acidente sob investigação. Não ‘ faça isso. O restante não responde à pergunta feita.