Autorotációs siklás aerodinamikája

Az autorotációs erők vízszintes sebességvektor esetén a fentiekhez hasonló módon jönnek létre. A vízszintes sebesség miatt megváltozik a forgószárny síkon átáramló levegő, a meghajtó és áteső terület elmozdul abba az irányba ahol az állásszög nagyobb, tehát visszafelé haladó lapátok felé.

Mivel az előre haladó lapátok állásszöge kisebb, ezen az oldalon a lapát áteséses része kisebb. A visszafelé haladó lapátokon nagyobb az átesése terület és a lapáttő környékén, kis területen visszafelé áramlás tapasztalható. A visszafelé haladó oldalon a meghajtó terület nagysága lecsökken.

Az autorotáció három jól elkülönülő részre osztható:

  • Autorotáció megkezdése
  • Stabilizálódott süllyedés
  • Lassítás és földet érés
  • Ezek a fázisok egytől egyig más és más aerodinamikai jellemzőkkel rendelkeznek, melyeket az alábbiakban részletesebben megvizsgálunk.

    A helikopter autorotációba vitele a hajtómű teljesítmény elvesztését követően kerül végrehajtásra. A teljesítmény vesztés azonnali jele a forgószárny fordulat esés és a légijármű kitrimmeltségének megszűnése. A fordulatszám esés mértéke annál gyorsabb minél nagyobb a kollektív állásszög. A legtöbb helikopter esetében a fordulatszám esés a minimum biztonsági határérték eléréséig csak néhány másodperc lehet. A pilótának gyorsan kell reagálni és azonnal csökkenteni kell a kollektív állásszöget ami megóvja a fordulatszám túlzott lecsökkenésétől.

    A következő ábra a levegő áramlását és az erővektorokat mutatja nagysebességű hajtóműves repülésnél (a lapátokra vonatkoztatva):

    Megjegyzendő, hogy a felhajtóerő, illetve az ellenállás vektorok nagyok és a teljes aerodinamikai erő vektora jelentősen a forgástengely mögé dől. Ha a hajtómű megáll amikor a helikopter ebben az állapotban van, akkor a forgószárny fordulat ugrásszerűen csökken. A fordulatszám esés elkerülése érdekében a pilótának azonnal csökkenteni kell a kollektív állásszöget, hogy csökkenjen az aerodinamikai ellenállás és így az eredő aerodinamikai erővektor iránya a forgástengely irányának közelébe kerüljön.

    Következő ábra a levegő áramlását és az erővektorokat mutatja abban a pillanatban, amikor a helikopter elveszíti a hajtómű teljesítményt:

    A kollektív állásszöget csökkenteni kellett, de a helikopter még nem kezdett süllyedni. Megjegyzendő, hogy ekkor a felhajtóerő illetve a légellenállás csökken és a teljes aerodinamikai erővektor előre mozdul, a dőlése kisebb lesz mint a hajtóműves repülés során. Miután a helikopter megkezdte a süllyedést az áramlás megváltozik. Ezáltal az eredő aerodinamikai erő dőlése is megváltozik, tovább mozog előre. Egy idő után létrejön az egyensúlyi helyzet és a fordulatszám biztonságos „üzemi” értékre áll be. A helikoptervezető olyan siklást biztosít, amelynek a sebessége (levegő szerinti) a helikopter típusától és tömegétől függően 50…75 csomó. Az autorotáció során a forgószárny fordulatnak stabilnak kell lennie, mely normális esetben egy kicsivel a rendes működési fordulatszám felett van.

    A következő ábrán a helikopter stabil, egyenletes süllyedése figyelhető meg:

    A süllyedés során a levegő alulról felfelé áramlik a forgószárny síkján keresztül. A megváltozott áramlás miatt – annak ellenére, hogy a lapátok beállítási szöge változatlan maradt – az állásszög nagyobb lesz mint a süllyedés megkezdése előtt (ld. előző ábra). A teljes aerodinamikai erő megnövekszik és „dőlése” előre mozdul, létrejön az egyensúlyi helyzet. A süllyedés mértéke és a forgószárny fordulat stabilizálódik, a helikopter konstans szög alatt süllyed. A süllyedés szöge normális esetben 17…20 fok, ami több tényezőtől függ, mint pl. levegő szerinti sebesség, nyomásmagasság, szél, helikopter tervezési sajátosságai.

    A következő ábra illusztrálja az autorotációs aerodinamikai fékezést:

    Az autorotációs leszállás sikeres végrehajtásához a pilótának közvetlenül a földet érés előtt le kell csökkentenie sebességet és a süllyedés mértékét. Mindkét műveletet részlegesen a ciklikus állásszög vezérlő kar hátrahúzásával lehet végrehajtani, megváltoztatva ezzel a forgószárny síkjának helyzetét a relatív megfúváshoz képest. Ez a változtatás befolyásolja a forgószárny eredő aerodinamikai erejének irányát. Mivel ennek a vektornak a dőlése hátrafelé megnő, lefékezi a mozgást így a vízszintes sebesség csőken. Ez ugyancsak növeli a lapátok állásszögét mert a forgószárny síkba belépő levegő iránya is megváltozik. Ennek eredményeképpen a teljes felhajtóerő növekszik, ezért a süllyedés sebessége lecsökken. Amikor az eredő aerodinamikai erővektor hossza megnő a fordulatszám szintén megnő, ezáltal a földetérés tompítására rendelkezésre álló kinetikai energia is növekszik. Miután a vízszintes sebesség a biztonságos leszállási értékre csökken és a helikopter leszállási magasságba kerül a kollektív állásszög vezérlő kar meghúzásával tompítani lehet a földet érést.

    (Folytatjuk!)