Függőleges autorotáció aerodinamikája

A függőleges autorotáció esetén a forgószárny lapátok által alkotott „tárcsát” (súrolt felület) három fő részre oszthatjuk.

  • Meghajtott (vagy mozgatott) terület, (vagy más kifejezéssel propeller terület). Ez a lapátvégekhez közeli rész, a rádiusz kb. 30%-t teszi ki. Az eredő aerodinamikai erővektor ezen a területen kissé hátrafelé, a forgástengely mögé „dől”. Ez légellenállást eredményez (a vektor vízszintes összetevője miatt), amely lassítja a lapátok forgását.
  • Hajtó vagy autorotatív terület. Ez rész a lapát rádiusz 25% és 70%-a között terül el. Az eredő aerodinamikai erő ezen a területen a forgástengelyhez képest kissé előre „dől”. Ez az előre dőlés húzóerőt képez, ami a forgószárny lapátok forgásának gyorsulását idézi elő.
  • Átesési terület. Ez rész a lapát rádiusz belső 25%-ának területét jelenti. Itt a lapátok átesés környéki állásszögön működnek, ezért aerodinamikai ellenállás jön létre ami lassítja a lapátok forgását.
  • A képen jól láthatóak az egyes területek sematikus ábrázolásai. A másik ábra megmutatja az erővektorok helyzetét a meghajtott „A” területen, az átmeneti „B” területen és a meghajtó „C” területen.

    (Katt a képre)

    Az erővektorok eltérnek a különböző zónákban, mert a forgás miatt a lapáttő közeli alacsony relatív megfúvási sebesség a lapát vége felé folyamatosan nő. Amikor a felfelé mozgó átáramló levegő kombinálódik a forgásból eredő relatív megfúvással, a lapát fesztávja mentén elhelyezkedő különböző pontokon eltérő aerodinamikai erők jönnek létre.

    A meghajtott területen az eredő aerodinamikai erővektor a forgástengely mögé mutat és ez fékező hatást fejt ki a rendszerre. Ez a terület ugyan létrehoz felhajtóerőt, de tulajdonképpen a forgással szemben folyamatos fékező hatást vált ki. Ennek a területnek a nagysága a lapát beállítási szögének, a süllyedés mértékének és a forgószárny fordulatának függvényében változik.

    A hajtott és hajtó terület határán kialakul az egyensúlyi helyzet. A lapátok ezen a pontján az eredő aerodinamikai erő hatásvonala párhuzamos a forgástengellyel. Ezen a részen keletkezik felhajtóerő és ellenállás, de eredő hatásuk a forgószárny fordulatra vagy fékező, vagy gyorsító lehet. A lapát „D” pontján is hasonló megállapításokat lehet tenni a vonó és fékezőerővel kapcsolatban.

    A „C” a meghajtó területe a lapátoknak és olyan erőket hoz létre, ami az autorotáció során a szükséges forgószárny fordulatot biztosítja. A meghajtó területen keletkezett eredő aerodinamikai erő iránya a forgástengely elé mutat és folyamatosan gyorsító erőt képvisel. A meghajtó terület mérete a lapát beállítási szögének, a süllyedés mértékének és a forgószárny fordulatának függvényében változik.

    A helikoptervezető az autorotációs fordulatszám változtatásával szabályozza ennek a területnek a nagyságát a meghajtott és az átesési területhez képest. Például ha a kollektív kart felhúzza, akkor a beállítási szög (és állásszög) az összes területen növekedni fog. Ez azt eredményezi, hogy a „B” egyensúlyi pont a lapátvég irányába tolódik, csökkentve ezzel a meghajtott terület nagyságát. A meghajtó terület is eltolódik a lapátvégek irányába. Az átesési terület nagyobbá válik és a lapát eredő ellenállása megnő, ami a fordulatszám csökkenéséhez vezet.

    A kollektív állásszög szabályzásával lehetséges az állandó forgószárny-fordulatszám elérése, így a meghajtó terület gyorsító erői egyensúlyt tartanak a meghajtott és áteséses terület lassító erőivel.

    (Folytatjuk!)