Automatická rotace

Autorotace ( jině řecky αὐτός - sám; lat.  rotatio - rotace) - způsob otáčení vrtule letadla nebo motorové turbíny , při kterém se energie potřebná k otáčení odebírá z proudění dopadajícího na šroub . Pojem se objevil mezi lety 1915 a 1920 při počátcích vývoje vrtulníků a vírníků a znamená otáčení hlavního rotoru bez účasti motoru.

Popis

U letadel používajících jako pohon vrtule s neměnným stoupáním vrtule nastává autorotace vrtule (rotace od proti směru proudění), když motor selže nebo je vypnut za letu . V tomto případě dochází k silnému odporu proudění a při poruše jednoho motoru na konzole křídla i k silnému točivému a klopnému momentu, který výrazně komplikuje řízení letounu a může vést až k jeho pádu. Aby se tomuto nepříjemnému jevu předešlo, mají všechny moderní turbovrtulové motory automatické a manuální systémy praporování , které v případě zastavení motoru za letu uvedou (otočí) listy vrtule „po proudu“. Šroub tak má minimální odpor a neotáčí se. Chcete-li nastartovat turbovrtulový motor za letu, vrtule je odstraněna z polohy lopatky a začne motor točit; při dosažení určité rychlosti se zapne zapalování a přívod paliva - „autorotační start“.

Rotor proudových motorů, pokud jsou za letu vypnuty, se může v režimu autorotace otáčet i z protisměrného proudu.

Pro vrtulníky v domácí praxi byl zaveden termín „samorotace hlavního rotoru“ (START) pro označení autorotace hlavního rotoru. Při běžném letu vrtulníku s běžícím motorem proudění vzduchu vstupuje shora a vystupuje zdola - hlavní rotor pracuje v režimu "vrtule". V režimu START se hlavní rotor helikoptéry roztočí z protijedoucího proudu a současně vytváří vztlak. Autorotace je možná, protože hlavní rotor je v takovém toku v režimu „ větrný mlýn “. Pro snížení mechanických ztrát v režimu START je mezi motor a hlavní rotor instalována jednosměrná spojka (její konstrukční řešení je několik). Například na vrtulníku Mi-8 jsou mezi volnou turbínu a hlavní převodovku instalovány jednosměrné spojky, proto je v režimu START hlavní převodovka poháněna od hlavního rotoru, který rozděluje točivý moment na ocasní rotor, hydraulický systém čerpadla a alternátor (a některé další jednotky vrtulníku): vrtulník si zachovává ovladatelnost a napájení letových přístrojů v kokpitu.

Pomocí autorotace může vrtulník provést bezpečné přistání s jedním nebo dvěma poruchami motoru, takže schopnost bezpečně přistát v režimu autorotace je povinná pro certifikaci výrobce vrtulníku. Aerodynamická kvalita v režimu autorotace (například vrtulník Mi-4 ) se pohybuje od 1,55 do 5,0 při rychlosti letu 50 až 120 km/h [1] .

Režim autorotace je pro autogyro funkční . Polára rotujícího hlavního rotoru vírníku je velmi podobná polárce křídla, takže létání ve vírníku je spíše jako létání v letadle než ve vrtulníku.

Použití

U vrtulníků je nejčastějším důvodem pro použití autorotace porucha motoru, ale autorotace může být použita i v případě úplného selhání ocasního rotoru , protože při autorotaci nedochází k žádnému reakčnímu momentu generovanému hlavním rotorem. V některých extrémních situacích lze použít autorotace k vyjetí z vírového prstence , pokud to nadmořská výška dovolí.

U jednorotorových vrtulníků bude v případě poruchy motoru hlavní rotor, pokračující v pohybu setrvačností, nějakou dobu nadále vytvářet vztlak a ztrácet rychlost. Činnost pilota v případě poruchy motoru závisí především na směru otáčení hlavního rotoru. Například při pravé rotaci hlavního rotoru se v okamžiku vysazení motoru samovolně zvětší sklon vrtulníku s vybočením doleva. Pilot odvrací úhel stáčení vychylováním pedálů (změnou sklonu ocasního rotoru) a sklon plynulým odtlačováním kniplu od sebe. Zároveň musí pilot obrátit úhel náběhu listu a snížit stoupání vrtule na minimum, aby vrtule neztrácela úhlovou rychlost. V důsledku změny úhlu náběhu vrtule začíná vrtulník rychle klesat. Přicházející proud vzduchu má silný vliv na šroub a otáčí jej ve stejném směru, ve kterém se otáčí. Směr otáčení zůstává stejný.

Rychlost klesání v režimu autorotace ovlivňuje několik faktorů: hustota vzduchu , hmotnost vrtulníku , rychlost vrtule, rychlost proudění vzduchu. Pro řízení rychlosti klesání pilot nejprve ovládá rychlost na variometru. Snížení nebo zvýšení rychlosti je řízeno stoupáním vrtule, jako při normálním letu. Stálá rychlost vertikálního klesání je přibližně 25-30 m/s a závisí na modelu vrtulníku a výše popsaných faktorech. Takovou rychlost nelze uhasit pouze díky setrvačnosti hlavního rotoru a při absenci dostatečné výšky pro získání horizontální rychlosti je přistání nemožné.

Během klesání hlavní rotor akumuluje velkou kinetickou energii díky své hmotnosti a rychlosti otáčení. Několik metrů od země pilot změní úhel náběhu hlavního rotoru na opačný (žargon je „podkopávání vrtule“). V důsledku kinetické energie otáčení vytváří hlavní rotor při „poddolování“ další zdvih, zatímco rychlost otáčení šroubu se snižuje. Vertikální rychlost je snížena na přijatelné hodnoty (přibližně 5-6 m/s) a vrtulník přistává. Typ přistání závisí na letové hmotnosti vrtulníku: prázdný vrtulník může přistát s kolmým klesáním; pokud je na palubě náklad, musíte přistát s najetými kilometry, „jako letadlo“.

Pro bezpečnější přistání musí mít vrtulník buď dostatečnou výšku, nebo dostatečnou horizontální rychlost. Výška je nutná pro roztočení hlavního rotoru při klesání. Horizontální rychlost slouží k rychlé přeměně kinetické energie pohybu vrtulníku na rotační energii vrtule. Pokud motor selže v malé výšce, přistání může skončit katastrofou. Vojenské vrtulníky operují v malé výšce, proto jsou někdy instalovány vystřelovací sedačky , aby se zachránila posádka , a před katapultáží se vystřelí listy hlavního rotoru.

Nejdelší autorotaci v historii provedl Jean  Boulet v roce 1972 , kdy ve vrtulníku Aérospatiale Lama dosáhl rekordní výšky 12 440 m . Kvůli nízké teplotě (−63 °C) se motor v této výšce zastavil a znovu nenastartoval. Pomocí autorotace se pilotovi podařilo bezpečně přistát s vrtulníkem na zemi. [2] .

Zóny listu rotoru vrtulníku během autorotace

Listy vrtule vrtulníku mají negativní zkroucení (úhel náběhu zadku je větší než úhel náběhu hrotu listu), proto lze při vertikální autorotaci disk tvořený rotujícími listy vrtulníku rozdělit na tři oblasti: vedení, pohon a zóna separačního toku. Velikost těchto oblastí se liší v závislosti na sklonu listů, rychlosti klesání a rychlosti vrtule. Když se tyto parametry změní, změní se také procento těchto tří oblastí.

Hnaná zóna je umístěna na koncích lopatek. Obvykle asi 30 % poloměru. Hnaná zóna zajišťuje brzdění listů a v důsledku toho snížení rychlosti otáčení vrtule.

Náběžná zóna, neboli zóna autorotace, je obvykle mezi 25 % a 70 % poloměru vrtule a je zdrojem hnací síly pro rotaci listu během autorotace. Celková aerodynamická síla v této oblasti směřuje mírně dopředu vůči ose rotace a způsobuje zrychlení rotace vrtule.

Vnitřních 25 % listu pracuje pod úhlem náběhu větším, než je kritický úhel, což způsobuje, že se vrtule roztočí.

Konstantní rychlosti vrtule je dosaženo, když je síla generovaná přední zónou vyvážena brzdnými silami hnané zóny a oddělené proudové zóny. Pilot upravuje sklon listů, například zvětšením plochy náběžné zóny, to způsobí, že se vrtule rychleji otáčí a naopak zvětšuje hnanou a nadkritickou zónu, takže rotace je stabilizována na vyšší frekvenci. . Zmenšením náběhové zóny se sníží rychlost otáčení.

Odkazy

• Přistání vrtulníku v autorotaci. TSENTRNAUCHFILM 1990 (video na YouTube )

Poznámky

1. ↑ Příručka leteckého inženýra / Ed. V. G. Alexandrova. M.: Doprava, 1973. S. 83.
2. ↑ R. Randall Padfield, Ralph C. Padfield, Padfield R., Learning to Fly Helicopters, McGraw-Hill Professional, 1992, ISBN 0-07-157724-6 , ISBN 978-0-07-157724-3

Slovníky a encyklopedie	Velký Rus