Går helikopterrotortips regelbundet överljud?

”wop wop”, vanligtvis känt som bladklapp, hörs när bladets spets passerar genom virveln som skapades av den föregående.

Det kan undvikas. Det vanligaste flygregimen när detta händer är en grund härkomst men fortfarande med en hel del kraft – t.ex. snabbt och grunt. Virveln börjar röra sig ned så snart den lämnar bladets spets så i jämnflygning, följande blad passerar över den. I en grund nedstigning med hög stigningsvinkel kan följande blad bokstavligen ”smälla” in i den tidigare virveln. Virvlarna i de två bladen samverkar nu och kan orsaka lokalt, övergående överljud. För att undvika det, sänk helt enkelt tonhöjden för att skapa en mer positiv nedstigning eller dra tillbaka på cykeln för att öka skivbelastningen och platta attityden.

Bladspetsarna blir inte överljud. Faktum är att i nästan alla helikopterkonstruktioner roterar rotorn inom ett mycket smalt hastighetsområde, vanligtvis mellan 90% och 110% av den normala hastigheten. I de flesta flygregimer roterar rotorn med 100%, +/- några procent, oavsett om du klättrar, sjunker eller kryssar. Endast vid automatisk rotation och aggressiv manövrering varierar intervallet med 10% eller mer. Det beror på typen av helikopter men absoluta gränser skulle vara ungefär 85% (paniktid, risk för fullständig stopp) och 115% (mindre panik, risk för skador på maskinen, särskilt i svängrotordrivaxeln).

I normala operationer och design syftar till att uppnå detta, går rotorspetsarna inte överljud sedan när de gör, det är en plötslig och stor minskning i prestanda med mer kraft som krävs, högre bladbelastning, vibrationer och ljud.

Tänk på en helikopter som flyger framåt. Det framåtgående bladet vid sitt mest vinkelräta läge upplever ett relativt luftflöde som är lika (ignorerar alla typer av mindre biverkningar) till framåthastigheten plus bladets hastighet. Det retirerande bladet upplever ett relativt luftflöde som är lika med bladets hastighet minus helikopterns hastighet.

Om knivarna roterar så snabbt att spetsarna är supersoniska, kommer den huvudsakliga lyftgenererande delen av det återtagande bladet, de yttre två tredjedelarna av spännvidden, att uppleva en så låg flyghastighet för en del av spännvidden det kommer till och med att vara negativt att knivarna stannar och orsakar en katastrofal rullning in på den sidan. Det är detta fenomen som i slutändan begränsar knivarnas rotationshastighet och helikopterens maximala hastighet.

Låt oss titta på R22 som ett exempel. Följande figurer är ungefärliga.

Rotorspetshastigheten är cirka 670 fps (fot per sekund). Ljudhastigheten vid marknivå på en standarddag är cirka 1100 fps. R22 flyger nära VNE, låt oss säga 100kts vilket är cirka 170 fps.

Spetsen på den framåtgående sidan, när den är snabbast, flyger därför relativt luftflödet vid 840 fps och på den retirerande sidan, när den är långsammast, vid 500 fps.

Bladlängden är ca 11 fot, så bladets mittparti på den retirerande sidan flyger bara vid 190 fps (hälften av 670 minus lufthastigheten). När du kommer cirka 4 fot ut från bladroten är det nu bara 50 bilder per sekund och inte mycket längre in från det, blir noll, då negativt.

Kom ihåg att hissen är proportionell mot kvadraten på Du kan nu se den stora skillnaden mellan lyft på vardera sidan när flyghastigheten ökar.

För att svara på din fråga direkt, måste R22 flyga med 530 fps för att närma sig supersonisk spetshastighet, vilket motsvarar ungefär 330 kts som den inte kan nå någonstans nära.

PS. R22 POH talar i imperialistiska åtgärder. När jag får lite tid gör jag om siffrorna i mätvärden som jag, och de flesta av världen, föredrar.

Kommentarer

• Den första meningen i ditt sista stycke verkar motsäga sig själv: skivan roterar så snabbt tipsen går överljud, därför skulle de yttre 2/3 av intervallet uppleva långsam flyghastighet. Kan du snälla förtydliga hur spetsen (en del av bladets yttre 2/3) kan vara överljud, men ändå kan samma 2/3 av bladet röra sig för långsamt? Jag ' säger inte till dig ' är fel, jag ' jag är bara riktigt förvirrad .
• Jag kommer att omformulera det något. Jag pratar om det retirerande bladet. Tack för att ni påpekade det.
• Är inte fallet att den framåtgående rotorn som träffar ljudets hastighet är en begränsande faktor i själva helikopternas hastighet? Jag har ett vagt minne av en Lynx-pilot som berättade för mig att när jag var liten.
• @chriscowley Det är det, men du kommer att träffa VNE (hastigheten överstiger aldrig) först. Läs om lyftdysymmetri och hur det relaterar till VNE
• @FreeMan Jag tyckte också att svaret var förvirrande. Jag tror att det ' säger detta. Rotorerna snurrar ganska långsamt så när helikoptern är stilla är spetsarna långt ifrån ljudets hastighet. Det enda sättet att få tips för att bryta ljudbarriären skulle vara att flytta helikoptern framåt mycket snabbt. Så snabbt, faktiskt, att det retirerande bladet faktiskt fortfarande skulle röra sig framåt, relativt marken. Det bladet skulle inte generera någon hiss eftersom luftflödet över det skulle vara från vad ' skulle vara dess bakkant till framkanten.

En helikopterrotors karakteristiska tak orsakas av samspelet mellan rotorbladvirvlarna, särskilt mellan huvudrotorn och svansrotorvirvlarna . När chockvågorna från dessa impulser sammanfaller skapar de kraftfulla (höga) övertoner. Denna effekt kan inträffa vid rotorhastigheter långt under överljud.

Virvelinteraktionen kan minskas genom att omgiva (en mindre, flerbladig) svansrotor – mer som en fläkt – med ett hölje. En sådan installation kallas en fenestron (”fönster”, och faktiskt ett varumärke som tillhör Eurocopter), en kanaliserad fläkt eller fan-in-fin. Denna utveckling var ursprungligen utformad för förbättrad säkerhet och prestanda.

Ändringar av huvudrotorn för att minska impulsen från virveln handlar vanligtvis bort kraft eller ekonomi.

När det gäller supersonisk hastighet har helikoptrar en teoretisk topphastighet på 417 km / h konventionellt flygläge på grund av problemet med att det framåtgående bladet når supersonisk hastighet över ett alltför stort område och att det retirerande bladet tappar hissen plötsligt.

Någon frågade hur endast en del av bladet kunde vara överljud medan majoriteten av dess längd var subsonisk. Detta beror på att rörelsen är vinklad. En punkt på det yttre partiet rör sig genom luften mycket snabbare än en punkt på det inre området för att täcka samma vinkel samtidigt. Detta supersoniska tillstånd uppnås tidigare under flygning än i svävar. När bladet rör sig ”framåt” adderas lufthastigheten till rotationshastigheten för det framåtgående bladet och subtraheras från det bakåtgående bladet. En vanlig lösning för att tillgodose skillnaden i lyft av motstående blad är att leda dem vid roten så att bladet med högre lufthastighet kan klaffas uppåt i begränsad utsträckning. Vissa ”styva” mönster ersätter gångjärnet med ett flexibelt avsnitt.

Kommentarer

• Snyggt svar. Välkommen till aviation.se!