| Artikkelin tiedot | ||
|---|---|---|
| Kategoria: | Lennon teoria |  |
| Sisällön lähde: | SKYbrary |  |
| Sisällönohjaus: | Lentäjät |  |
Mikä on pyörrerengas?
Vortex Ring, (lentotila, jota joskus kutsutaan myös nimellä ”settling with power” tai ”power settling”) on lentotila, jossa helikopteri, joka saa tehoa moottoristaan (moottoreistaan), menettää pääroottorin nostovoiman ja kokee sen jälkeen hallinnan menetyksen. Tämän tilan kehittymisen tunnistaminen voi olla vaikeaa ja sen puhkeaminen voi tapahtua nopeasti. Kaikki helikopterityypit ovat alttiita sille, ja se voi tapahtua missä tahansa korkeudessa maavaikutuksen ulkopuolella. Ymmärrys siitä, miten ja miksi se kehittyy, on paras suoja kohtaamiselta.
On huomattava, että termiä ”Settling With Power” käytetään usein vaihtoehtona termille Vortex Ring kuvaamaan tilaa. Settling With Power on itse asiassa hienoisesti erilainen tila, ja sitä tulisi tarkemmin kuvata nimellä ”Settling With Insufficient Power”. Tämä jälkimmäinen tila voi ilmetä, kun yritetään pysäyttää hidas laskeutumisnopeus, mutta moottorit eivät pysty vastaamaan tehontarpeeseen oikeiden tehorajojen puitteissa; tämä ei ole varsinainen Vortex Ring, mutta Vortex Ring voi kehittyä tästä tilasta, jos teho ei riitä estämään laskeutumisnopeuden kasvua. Vastaavasti ylikuormitettuja laskeutumisia voi tapahtua, kun yhtäkkinen ja suuri nostovoiman tarve, joka aiheutuu ohjausvivun nopeasta nostamisesta, voi synnyttää roottorissa suuria vetovoimia, jotka alentavat nopeasti roottorin kierroslukua – jos moottori(t) ei pysty reagoimaan riittävän nopeasti tämän tilanteen voittamiseksi, ilma-alus toimii käytännössä riittämättömällä teholla ja alentuneilla roottorin kierrosluvuilla, mikä johtaa nostovoiman menetykseen. Äärimmäisissä tapauksissa tulokset voivat olla katastrofaalisia, mutta tämä tila ei ole Vortex Ring.
Miten se tapahtuu
Todellisen Vortex Ringin syy on kaksijakoinen. Kaikissa lento-olosuhteissa siipien kärjissä on jonkinasteinen ilmavirran kierto, jossa alaspäin pakotettu ilma pyörii aerodynaamisesti siiven kärjen ympärillä ja muodostaa pyörteen; näin tapahtuu kaikkien siipien kanssa, myös kiinteäsiipisten lentokoneiden siipien kanssa. Syntyvä pyörre lisää vastusta ja vähentää nostetta. Jos helikopteri laskeutuu nopeasti, ilman nousuvirtaus roottorin kärjissä lisääntyy, mikä lisää nopeasti pyörteiden voimakkuutta ja kokoa. Tämä vähentää nostovoimaa ja siipien hyötysuhdetta siipien kärjissä ja vaatii enemmän moottoritehoa vastuksen voittamiseksi. Koska roottorin lavat kääntyvät (toisin kuin lentokoneessa), pyörre kulkee lapojen mukana, ja pyörre muodostuu ”donitsin” muotoiseksi renkaaksi roottorilevyn ulkoreunaan.
Lisäksi laskeutumisnopeuden kasvaessa ilman nousuvirtaus lisääntyy lapojen juurilla. Lavan sisäosien nopeus on paljon hitaampi kuin lapojen kärkien. Laskeutumisnopeuden kasvaessa on mahdollista, että ylösvirtaava ilma muuttaa ja kasvattaa paikallista kohtauskulmaa lapojen tyvipäässä siten, että lapojen tyvipää sakkaa.
Jos kollektiivista nousua lisätään edelleen, kun ilma-alus on tässä tilassa, kohtauskulma koko lavan pituudelta kasvaa. Tämän seurauksena kärkipyörteen laajuus kasvaa ja se ulottuu kauemmas kärjestä sisäänpäin. Näin ollen nostovoiman menetys lavan molemmissa päissä kasvaa ja lavan keskiosan ympärillä oleva alue, joka itse asiassa tuottaa nostovoimaa, pienenee. Kokonaisnostovoima vähenee ja helikopteri kiihtyy alaspäin. Tämä kiihtyvyys lisää ilman nousuvirtausta, mikä pahentaa sakkaustilaa. Äärimmäisessä tapauksessa on mahdollista, että lapojen koko pituus ei enää tuota lainkaan nostetta.
Kaikkien näiden tekijöiden vaikutus voimistuu, kun helikopterin kokonaismassa on suuri, koska tietyn lentotilan ylläpitämiseen tarvitaan enemmän tehoa, ja se on salakavalampi myötätuuleen operoitaessa, koska myötätuuleen nähden nopeuden visuaalinen illuusio peittää tehokkaasti eteenpäin suuntautuvan nopeuden vähenemisen.
Mahdollistavat olosuhteet
Pyörrekehän kehittymisen edellytykset on suhteellisen helppo tunnistaa. Ne vaihtelevat hieman tyypeittäin ja toimintaolosuhteiden, kuten tiheyden korkeuden, tuuliolosuhteiden ja kokonaismassan, muuttuessa. Kolme ennakkoedellytystä ovat:
- Lentokoneen on oltava moottorilennossa. Jos moottorit eivät tuota tehoa, ilma-alus on autorotaatiossa ja roottorin liikettä ohjaa ilmavirta (eikä moottorin teho). Pyörrekehän tilaan ei ole mahdollista siirtyä helikopterin ollessa autorotaatiossa.
- Laskunopeuden on oltava suhteellisen suuri, ja sen on ylitettävä todellinen arvo, joka on noin 500’/minuutti. (Huomaa, että matalalla lentonopeudella esiintyvien painevirheiden ja VSI:n viiveen vuoksi suurimmaksi laskeutumisnopeudeksi ilmoitetaan yleisesti 300 fpm). Ilman laskeutumisnopeutta ei ole nousevaa ilmaa, eikä ilmavirran kääntymistä lavan juuressa tapahdu. Samoin ilman laskeutumisnopeutta kärkipyörre ei vahvistu, joten se ei ole merkittävä tekijä.
- Lentokoneen on kuljettava hitaalla etenemisnopeudella.Koska ASI-ilmoitukset ovat epäluotettavia matalalla lentokorkeudella, tämän katsotaan yleensä olevan alle 30kt:n IAS. Jos etenemisnopeus on suurempi, etenemisliike vaikuttaa pystysuuntaiseen ilmavirtaan, ja pystysuuntaiset komponentit, jotka ovat synnyttäviä tekijöitä, pienenevät merkittävästi tai jopa häviävät, kun vaikutuksen kohteena oleva ilma jää roottorilevyn taakse.
Tunnistaminen
Pyörrekehä aiheuttaa samankaltaisia oireita kaikissa helikoptereissa, mutta vakavuus voi vaihdella huomattavasti tyypeittäin. Nykyaikainen roottoripään suunnittelu, erityisesti jos siihen on asennettu aktiivinen tärinänvaimennusjärjestelmä, voi vähentää alkavan pyörrevyöryn oireita. Jos oireet ovat havaittavissa, ne ilmenevät yleensä seuraavasti:
- Alkavan pyörrerenkaan olosuhteet ovat tyypillisesti:
- lisääntynyttä tärinää ja puskuria,
- pienen amplitudin ”nykimistä” korkeusasennossa ja merkkejä pituussuuntaisesta, sivusuuntaisesta ja suuntasuunnassa tapahtuvasta epävakaudesta.
- Vakiintuneille pyörrerengasolosuhteille on ominaista:
- laskeutumisnopeuden hyvin nopea lisääntyminen kohti 3000fpm ja sen yli,
- pyörimis- tai kallistusnopeuden syklisen syötön tehokkuuden väheneminen,
- kollektiivisen korkeusaseman käyttö ei pysäytä laskeutumisnopeutta, vaan se tavallisesti jopa lisää sitä.
Palautuminen
- Alkava vaihe. Kun se on tunnistettu, tarvitaan välitöntä reagointia. Pitäkää lentokoneen ohjauspyörän asento muuttumattomana ja käyttäkää etusykliä kiihdyttävän (nokka alaspäin suuntautuvan) asennon aikaansaamiseksi, jotta lentonopeus kasvaa nopeasti. Heti kun nopeus kasvaa tasaisesti ja yli 30 KIAS:n, voidaan tarvittaessa lisätä tehoa odottamatta parhaan nousunopeuden saavuttamista. Jos tämä toimenpide ei ratkaise tilannetta nopeasti, on parasta käsitellä tilannetta todettuna ja ryhtyä alla oleviin toimenpiteisiin.
- Todettu tila. Toipuminen voidaan toteuttaa vain muuttamalla ilmavirtausta roottorin ympärillä ja se johtaa väistämättä huomattavaan korkeuden menetykseen, mikä tekee toipumisen matalalta tapahtumasta mahdottomaksi. Teoriassa on kaksi mahdollista toimenpidettä: Pyörän siirtäminen eteenpäin ja kollektiivin laskeminen. Näiden toimien yhdistelmällä saavutetaan todennäköisesti nopein toipuminen pienimmällä korkeuden menetyksellä. Pyörimisliikkeen suuntaamisen eteenpäin pitäisi lisätä lentonopeutta, mutta useiden sekuntien ajan pidetty suuri syöttö voi olla tarpeen, ennen kuin saavutetaan merkittävä kallistusasento ja siitä johtuva nopeuden muutos, jonka seurauksena nokka laskee merkittävästi. Ohjauslaitteen laskeminen tehon vähentämiseksi kohti automaattista pyörimistä, jolloin osa siipien sisäpuolisesta osasta irtoaa, voi myös olla tehokasta, mutta lentonopeus eteenpäin on saavutettava ennen kuin teho otetaan uudelleen käyttöön palautuksen aikana.
Varoitus.
Varoitus: Koska toipuminen pyörrekehästä johtaa todennäköisesti hyvin suureen korkeuden menetykseen, paras toipumismuoto on estää tilan syntyminen alun perin. Laskeutumisnopeuden tarkkailu pienellä nopeudella on välttämätöntä, erityisesti jos ilma-alus lentää suurella kokonaismassalla ja/tai myötätuulella.
- B412, Karlsborgin lähistöllä Ruotsissa, 2003 kuvaa onnettomuutta, jossa helikopterin miehistö menetti ilma-aluksen hallinnan lentäjän virheellisen ohjauksen seurauksena, joka liittyi pyörremyrskyn rengastilan kehittymiseen.
- Offshore-helikopterien turvallisuusselvitys 2014 Ison-Britannian siviili-ilmailuviranomainen CAA:n
- helikopteriautomaatio-ohjeet; automatiikan tehokasta käyttöä usean miehistön helikoptereissa ja suosittaa siihen pohjautuvia toimintatapoja. V1.0 Julkaistu joulukuussa 2016.