Kan alla helikoptrar sväva, och hur lång tid tar det att “ stoppar ”?

Som framgår av ett annat svar, alla helikoptrar kan sväva, men en så kallad ”hög svävare” (av markeffekt eller speciellt vid drifthöjd) är en svårare manöver, som kräver mer kraft än en markjävare och är svårare att underhålla (eftersom referenspunkter är mycket längre bort ).

Helikoptrar genererar mer lyft för samma kraft när de är i flygning framåt, och övergång från framåt till svävar kräver en välkontrollerad kombination av att lägga till kraft, justera kollektiva och manövrerande cykliska (i båda axlarna) och antirotationsreglage – det vill säga det är mycket svårare än att bara flyga framåt i låg hastighet. I allmänhet är det mycket lättare att fortsätta framåt (när det väl är framåt och flyger framåt (det är också säkrare eftersom autorotation i fall av ett fel fungerar bättre om du redan har en viss hastighet framåt).

Att sväva på instrument är ännu svårare än en hög svävar – så om synligheten är ett problem är det i allmänhet mycket bättre att fortsätta framåt än att försöka en hög sväva.

Kommentarer

• Det måste vara den punkten jag inte ’ inte får: ” Helikoptrar genererar mer lyft för samma kraft när du är i framåtflyg ”. Min uppfattning är att för att gå framåt är helikoptern något ” lutad framåt ” (nosen neråt) och att det som var vertikal lyft är nu uppdelat i en (mindre) uppåtgående komponent och en framåtkomponent. Hur genereras mer lyft i denna situation? Är det luftflödet från framåtrörelsen som lägger till ” till luftflödet från rotationsrörelsen och genererar därmed mer lyft?
• Hur jag ’ har sett det schematiskt, ” translationell ” beror på ökningen av luftflödet genom rotorskivan jämfört med svävaren . Till skillnad från en autogyro är detta luftflöde nedåt från ovan (eftersom kollektivet är positivt, där en autogyro har en negativ bladhöjning för att säkerställa att den roterar automatiskt), och ju mer luft läggs till svävarförhållandet, desto mer lyft genereras (eller mindre kraft behövs för samma hiss).
• En svävande helikopter arbetar i sin egen nedtvätt, vilket minskar hissen och kräver mer kraft. Helikoptrar i bergsräddningsoperationer kraschar ofta när de kommer in i en höghöjds svävar men saknar makt att behålla den. (@jcaron)
• @jcaron ett annat (förenklat) sätt att se på det är att rotorskivan beter sig som en vinge: den tillåter inte det horisontella luftflödet från framåtriktat genom sig själv (vid motoriserad flygning åtminstone ), så det avböjs och skapar ytterligare lyft, precis som om det mötte en vinge i form av skivan. Naturligtvis är det ett lågt bildförhållande och ineffektiv vinge, men det fungerar ändå.
• tekniskt sett har rotorbladen ett mycket högre bildförhållande än nästan alla vingar (förutom eventuellt för segelflygplan).

Ja, alla helikoptrar kan sväva, men det kräver:

• Mer koncentration till sväva än att flyga, för helikoptrar är instabila i svävaren i tonhöjd och rullning. Framåt-lufthastighet ger stabilitet och att flyga en helikopter med framåt-lufthastighet är jämförbar med att flyga ett fast vingplan, medan svävar är jämförbart med att stå ovanpå en stor uppblåsbar boll.
• Mer kraft att sväva än att flyga med flyghastighet framåt. Detta beror på att i svävaren är det mer inducerat drag än vid flygning framåt. Diagrammet nedan är från det länkade svaret och visar nedgången i total erforderlig effekt när lufthastigheten ökar från noll.

För att sväva måste tillgänglig effekt vara större än erforderlig effekt. Tillgänglig motoreffekt minskar med ökande höjd på grund av den minskande lufttätheten, och detta resulterar i att helikoptrar har ett svävande tak, där den tillgängliga effekten är lika med den erforderliga effekten.

Markeffekt minskar erforderlig effekt, vilket resulterar i två svävar tak, i markeffekt och utanför markeffekt. Men även under OGE-taket är det helt enkelt säkrare för en helikopter att ta upp flyghastigheten strax efter start:

• Som sagt, flyger i hastighet lämnar mer bränsle ombord under den önskade varaktigheten .
• Medan du svävar OGE måste höjden hållas med höjdmätaren, medan instabil tonhöjd och rulle måste korrigeras. Den koncentration som krävs när man tittar på instrumenten minskar situationens medvetenhet. Att hålla helikopternivån kan inte göras med endast instrumenten eftersom den perifera visionen inte är inblandad. Där vinden tar helikoptern inte kan ses från instrumenten och flygande fastvingeflygplan är mycket svårare att fokusera på.
• Om höjden inte bibehålls i OGE-svävar, finns det möjligheten att helikoptern går in i virvelringstillstånd , en farlig situation där den sjunker ner i sitt eget rotorköl. Vortex ringstatus existerar inte när du flyger framåt.

Kommentarer

• Jag vet verkligen inte ’ t förstår varför vortexringstillstånd inte ’ t inträffar hela tiden under 0 IAS-operation, och jag misstänker att det delvis sker. Jag inser att jag har 20/20 i efterhand här, men att ha det inträffat inne i en muromgärdad heliport (t.ex. Bin laddad ’ s plats) verkar helt uppenbart för mig.
• @ Harper-ReinstateMonica Rotorskivans nedre sida trycker ner luften, den övre sidan suger in luft. I en utsträckning, även utan sänkhastighet, finns det något omvänd flöde vid knivspetsarna, vilket märks som en liten förlust av lyft och ökning av drag. Spetseffekten tas normalt hänsyn till vid dimensionering av motorer och rotorer, som alla går ner i avloppet om helikoptern sjunker ner i sin egen nedtvätt.
• ” svävar är jämförbar med att stå ovanpå en stor uppblåsbar boll ” – Varför finns det inte autonoma system för att upprätthålla svävaren?
• @aroth auto-hover-system finns, men finns inte särskilt utbredd i civila mönster på grund av den lilla marknaden, vilket orsakar en ganska långsam användning av ny teknik.
• @RussellMcMahon I ’ har hört det beskrivet av en licensierad fastvinge-pilot som tar en tidig helikopterövergångslektion som ” som att flyga en Cessna ”. Ju snabbare din hastighet framåt, desto mer rulle du måste korrigera (obalanserad lyftning mellan framåtgående och återgående knivar), desto mer kraft använder du desto mer svansrotor behövs och ’ är fortfarande ständig jonglering av gas och kollektivt för att hantera höjd och RPM – men det är ’ fortfarande lättare än att sväva.

När du navigerar WX i en helikopter är det ofta mindre arbetsbelastning att flyga banor.Det ger ytterligare perspektiv och möjliggör enkel sidorörelse under banans gång. Det minskar också konfigurationsändringar och möjliga kraftförändringar, eftersom flygplanet kan hållas i translatorlyft.

IFR-hållnavigering för helikoptrar är i huvudsak identisk med flygplan, och regelbundna grepp på en korsning eller navaid tilldelas ATC. Detta är för informationsändamål i förhållande till OP-frågan, för i exemplet var helikoptern VFR eller SVFR och ett konventionellt instrumenthåll skulle inte användas om inte ett IFR-godkännande utfärdades. Att sväva på en plats utan visuell referens kan inte enkelt uppnås. De flesta helikoptrar är inte instrumenterade för ett helt IMC-grepp. Till exempel kan liten rörelse inline med längsgående inte exakt bestämmas med de instrument som normalt används för IFR-flygning. GPS / IMS / FMS kan tillhandahålla den informationen, men det görs inte konventionellt. Kort sagt, en helikopter flyger IFR som ett flygplan och svävar med visuell referens.

Sammanfattningsvis tillåter en bana bättre synlighet i alla riktningar och därmed bättre lägesmedvetenhet, och det kräver ingen konfigurationsändring, och det kräver mindre effekt per tidsenhet om flyghastigheten är i ett rimligt kuvert.

Kommentarer

• Bara en sidoanteckning, eftersom den inte direkt tar upp OP-frågan … I Vietnamkonflikten var det vanligt att försök att välja en LZ som var lite större, så att helikoptern kunde kretsa i omedelbar närhet av LZ och med mer skydd mot fiendens eld. Lyftet från en (för) tungt laddad evakueringsflygning skulle vara i markeffekt och övergått skickligt till framåtrörelse, så att translationellisen skulle hjälpa till med stigningen. Naturligtvis lär piloter att aldrig överbelasta sina helikoptrar …
• När det gäller Vietnam och helikoptrar i markeffekt rekommenderar jag starkt boken ” Till gränsen ”. En sak jag kommer ihåg från den boken: helikoptrar var sorgligt understyrka för de uppgifter de användes för!
• @sandos re Vietnam och choppers – jag rekommenderar starkt ” Chickenhawk ”. Roligare än ” MASH ” Blodigare, skrämmande, mer nykterande, mer upplysande mer verkligt och mer intressant än ” MASH ” En verklig världsberättelse om den fullständiga skräck att flyga en UH-1 ” Huey ” helikopter (INTE en kobra) i Vietnam.
• Jag har flera åldrande kompisar som var Huey-piloter och berättade höga berättelser om att vara överbelastade och inte kunna lämna LZ om inte i translationell hiss. Senare lärde jag mig hur det kunde vara så och insåg sedan hur överbelastade de måste ha varit. När de konfronterades förnekade de att de någonsin varit överbelastade, bara en varm och fuktig dag.

När en helikopter svävar, det sitter i grund och botten i sin egen tvätt. Genom att trycka ner luften skapar det ett lågtrycksområde ovanför sig själv och ett högtrycksområde under det. För att hålla svävar måste det suga luft från lågtrycksområdet och tryck in det i högt tryck är under det, vilket tar mycket energi. Om det istället flyger framåt stöter det på frisk luft utan (så mycket av) en tryckdifferens för att slåss.

Matematiken på den : Antag att du har en helikopter med massan $ m_1 $ som stannar i luften under tiden $ t $ . det var precis i fritt fall, det skulle få en hastighet på $ gt $ , för en fart på $ m_1gt $ för att den inte ska få någon nedåtgående hastighet måste den på något sätt kasta $ m_1gt $ av fart. Så det behöver lite reaktionsmassa för att överföra det momentet till. Den massan är luft. Om den skjuter luft med massa $ m_2 $ nedåt med hastighet $ v_2 $ (dvs. tvätthastighet), momentum blir $ m_2v_2 $ . Om vi ställer in $ m_1gt $ lika med $ m_2v_2 $ , finner vi att $ v_2 = \ frac {m_1gt} {m_2} $ . Luftens energi blir $ \ frac {m_2v_2 ^ 2} 2 $ , eller $ \ frac {m_2} 2 (\ frac {m_1gt} {m_2}) ^ 2 $ , vilket minskar till $ \ frac {(m_1gt) ^ 2} {2m_2} $ .

Så ju mer luft helikoptern trycker ner, desto lägre är tvätthastigheten och desto mindre energi använder helikoptern. Genom att fortsätta flyga framåt snarare än att sväva möter helikoptern mer luft, vilket möjliggör en lägre tvätthastighet.

Detta är ett fenomen för alla flygplan som är tyngre än luft: ju snabbare de flyger, desto lättare är det att producera hiss.

Fråga 1: Nej, en S-76 kan sväva, men den är mer energiintensiv än ekonomikryssning. Det var vettigare att cirkulera och hålla i ett område i motsats till att sväva. Dessutom kan sväva på höjden vara farligt i händelse av motor- eller svansrotorfel och att ha en viss hastighet framåt kan hjälpa till att göra en autorotativ landning, om det behövs.

Fråga 2: Det som orsakade olyckan är spekulativa tills NTSB släpper sin rapport. Vi får inget definitivt svar förrän då. Vi vet att hela Los Angeles-bassängen rapporterade låg mulen och båda KBUR och KVNY rapporterade IFR-väderförhållanden lokalt. Helikoptern håller sig fritt från KBUR klass C tills den får en speciell VFR-avstånd, går sedan nordväst och går runt kanternaav KVNY-klass D-ytan, sväng vänster mot söderut mot Calabasas och följ CA101 genom kanjonerna med hög hastighet, cirka 120 KIAS . En av de sista ATC-interaktionerna var att berätta för SoCal att han manövrerade för att undvika moln. Exakt vilka faktorer som ledde till olyckan vid den tidpunkten är okänd, men som pilot har jag några teorier. Det verkar som om piloten flög i SVFR, men med helikoptrar kan sikten vara så låg som 800 km för SVFR-operationer. Att vara i en smal kanjon med marginella väderförhållanden och försöka flyga med hög hastighet, det fanns förmodligen inte så många alternativ kvar om kanjonen sockades in.

En fullastad S-76 väger in på cirka 5 000 kg och kryssning på 130 KIAS tar det en hel del för att stoppa det. Det kan vara längre än vad synligheten den dagen skulle möjliggöra.

Kommentarer

• Ta bort en annan spekulation från ditt svar. Spekulera inte i pågående utredningar.

Inte alla kan sväva på obestämd tid.

En fullastad sovjetisk tid MI-24 Hind-attackhelikopter kunde bara sväva i 15-20 sekunder, innan motorerna är skadade av överbelastningen.

USA: s underrättelsetjänster undrade varför Hinds alltid tycktes ta en start istället för att dra upp i en sväva för att ta av, tills de fick tag på en och fann att ut.

Kommentarer

Som många av de andra kommentatorerna som nämns här är det mycket lättare och lägre arbetsbelastning för pilot att flyga framåt än att sväva. Det tar också mer kraft från motorn att sväva än att flyga framåt, och detta har i stor utsträckning att göra med de effekter som nämns ovan om att behöva dra luft från ovanför rotorn till under. Det sparar mig också en hel del gas. En sak som jag inte ser nämns här är att det också är betydligt säkrare att flyga framåt än att sväva, i den meningen att det finns en mycket större marginal för fel i framflygningen än det finns i en sväva, och jag kommer att anstränga mig för att förklara.

Helikoptrar, i händelse av motorfel, kan rotera automatiskt. Detta innebär i princip att du ”glider” helikoptern (det fungerar som de pinnarna med en propeller på dem som du snurrar mellan händerna och de flyger lite). Att automatiskt rotera medan man går framåt är mycket lättare att göra och är mycket mildare än att automatiskt rotera i svävaren. Om jag roterar automatiskt i svävaren måste jag först konvertera lite höjd till att gå framåt, och när jag väl gör det kan jag ”glida” mot marken. När jag kommer nära marken konverterar jag framåthastigheten I nu kommer in i rotorn, så jag stannar i grund och en försiktig landning. Vad betyder detta i praktiken? Det betyder att om jag rör mig framåt kan jag rotera automatiskt i vilken höjd som helst. Jag kan rotera var som helst från 20ft till 15000ft höjd. Om jag är i svävar och måste rotera automatiskt kommer jag troligtvis behöva någonstans mellan 200-500 fot höjd för att framgångsrikt automatiskt rotera och landa säkert. När jag flyger är jag bekväm att sväva mycket nära marken (1-30ft) och jag är bekväm att sväva vid 500ft +. Jag är mycket mindre bekväm (ur ett säkerhetsperspektiv) att sväva vid 250ft än jag är på 1000ft.

TLDR;
Jag brukar tänka på att rotorn snurrar som ett ”batteri”.Om rotorn slutar snurra har jag ingen energi och kommer att falla ut ur himlen. Rotorn använder ständigt energi för att hålla mig på väg, och att användningen av rotorns energi kommer att sakta ner. Jag kan lägga till mer energi i rotorn genom att använda motorn, men jag kan också omvandla både framåtgående rörelse och höjd till snurrning om jag tappar motorn kommer jag att börja sjunka för att hålla rotorn snurrande tills jag kommer nära marken. Nu finns det ingen gratis lunch, så det jag inte kan göra är att byta min höjd mot rotorhastighet och använd sedan exakt samma energi för att byta min rotorhastighet för att stoppa mitt fall. Den har friktion etc., och så kommer jag att slå marken MYCKET om jag gör det. Vad jag kan göra är dock att gå framåt också! nu går jag framåt och jag byter höjd mot rotorhastighet, vilket i grund och botten betyder att jag faller långsamt (fallande). När jag kommer nära marken kan jag sakta ner helikopternas framåtrörelse och omvandla framåtenergin till rotorhastighet också! Det betyder att jag kan sluta röra mig framåt och som ett resultat få en mycket mjuk landning. Det är därför jag kan inte rotera automatiskt från en svävare lätt. Först måste jag konvertera en del av min höjd till att gå framåt, och först sedan sakta ner mina nedstigningar när jag kommer nära marken. Sedan omvandlar jag den framåtgående rörelsen till att göra min landning trevlig och skonsam. Omvandlingen av den höjden till rörelse framåt tar mig ungefär 200-400 fot, varför helikopterpiloter inte gillar att sväva i låga höjder.
SLUT TLDR;

Alla helikoptrar kan sväva. Det är den största fördelen med den typen av flygplan framför autogyro. Nästan alla roterande flygplan är idag helikoptrar, med bara ett relativt litet antal autogyroer kvar. De mest avancerade autogyros på 30-talet, innan helikoptrar fanns, kunde ta vertikal start och landning, men kunde inte sväva.

Kommentarer

• Inte alla helikoptrar kan sväva från markeffekt i alla vikter. Den maximala vikten som ska tas av & fungerar säkert kan vara långt över maxvikten för att sväva utanför markeffekten. Att sväva i markeffekt tar betydligt mindre kraft än att sväva ut ur markeffekt.
• I markeffekt eller inte är svävning ett kännetecken för helikoptrar. Inget gyroplan kan sväva, även i markeffekt …

Lite intressant information som jag fick höra av en mycket erfaren helikopterpilot idag … saker som inte är uppenbara …

Först först, att en helikopter i svävar har ingen naturlig stabilitet. Om inte piloten upprätthåller en aktiv och omedelbar kontroll över den, som vid användning av visuella referenser, kommer en helikopter i svävar att börja ändra attityd och hastighet och påskynda dessa ändringar tills den kraschar. I framåtriktat flygläge har helikoptern den naturliga stabiliteten hos ett flygplan.

Vid låga flyghastigheter kommer flygplan varna piloten med ett stallvarningshorn att flygegenskaperna håller på att förändras drastiskt. Helikoptrar informerar inte piloten när helikoptern övergår från flygning framåt till svävar. Det är upp till piloten att veta detta.

Detta är viktigt att komma ihåg, eftersom S76 i fråga hade flög i dimma. Noll visuella referenser. Det hade också gått in i en stigning och förlorat flyghastigheten, tillräckligt till där den verkar ha övergått från flygning framåt (där den har den naturliga stabiliteten hos ett flygplan) till svävar med noll stabilitet.

Instrumenten i de flesta kommersiella helikoptrar är desamma som i ett flygplan, och är därför endast användbara om helikoptern har tillräcklig hastighet framåt för att vara i framåtriktat läge, dvs> 30 kts för ett flygplan i storlek och vikt på S76. Man kan inte sväva en helikopter med flyginstrument, bara på instrument. De är inte tillräckligt exakta. Vissa militära flygplan har ytterligare instrument som ger den exakta inställnings- och accelerationsinformationen för att låta sväva med noll visuella referenser, vanligtvis SAR eller special opsfåglar.

Vad jag inte visste förrän i dag: en helikopter med flyginstrument kan inte svävas framgångsrikt under IMC-förhållanden bara på dessa instrument. Frånvarande visuella referenser eller helikopterspecifika instrument kommer att bli alltmer instabil och krascha. Och gör det ganska snabbt, som inom 30 sekunder.

Kommentarer

• Jag har tagit bort det stora avsnittet i mitten där du fortfarande spekulerar i en olycka under utredning. Vänligen gör inte ’ det. Resten av detta svarar inte på den fråga som ställts.