SKYbrary Wiki

Informazioni sull’articolo
Categoria:	Teoria del volo
Fonte del contenuto:	SKYbrary
Content control:	Piloti d’aria

Cos’è un anello Vortex?

Il Vortex Ring, (una condizione di volo chiamata anche ‘assestamento con potenza’ o ‘assestamento di potenza’) è una condizione di volo in cui un elicottero che riceve potenza dai suoi motori perde la portanza del rotore principale e successivamente sperimenta la perdita di controllo. Riconoscere che questa condizione si sta sviluppando può essere difficile e l’insorgenza rapida. Tutti i tipi di elicotteri sono vulnerabili ad essa e può verificarsi a qualsiasi altezza al di fuori dell’effetto suolo. Una comprensione di come e perché si sviluppa è la migliore protezione da un incontro.

Si dovrebbe notare che il termine “Settling With Power” è spesso usato come alternativa a Vortex Ring per descrivere la condizione. Assestamento con potenza è in realtà una condizione sottilmente diversa e dovrebbe essere più accuratamente descritta come “Assestamento con potenza insufficiente”. Quest’ultima condizione può verificarsi quando si tenta di arrestare un tasso di discesa a bassa velocità, ma le richieste di potenza non possono essere soddisfatte dai motori entro i limiti di potenza corretti; questo non è un vero Vortex Ring, ma il Vortex Ring può svilupparsi da questa condizione se non c’è potenza sufficiente a prevenire l’aumento del Rate of Descent. Allo stesso modo, gli atterraggi in picchiata possono verificarsi quando un’improvvisa e grande richiesta di portanza, causata da un rapido sollevamento della leva collettiva, può generare grandi forze di trascinamento nel rotore che riducono rapidamente i giri del rotore – se i motori non possono reagire abbastanza rapidamente per superare questo, l’aereo sta effettivamente operando con potenza insufficiente e ridotti giri del rotore con una corrispondente perdita di portanza. In casi estremi i risultati possono essere catastrofici, ma questa condizione non è Vortex Ring.

Come succede

La causa del vero Vortex Ring è duplice. In tutte le circostanze di volo c’è un certo grado di circolazione del flusso d’aria sulle punte delle pale dove l’aria forzata verso il basso ruota aerodinamicamente intorno alla punta del profilo e forma un vortice; questo accade con tutti i profili, comprese le ali degli aerei ad ala fissa. Il vortice generato aumenta la resistenza e riduce la portanza. Se un elicottero sta scendendo rapidamente, c’è un aumento del flusso d’aria sulle punte del rotore e questo aumenta rapidamente la forza e la dimensione dei vortici. Questo riduce la portanza e l’efficienza del profilo alare sulle punte delle pale e richiede più potenza del motore per superare la resistenza. Poiché le pale del rotore stanno girando (al contrario di quelle fisse di un aereo) il vortice viaggia con le pale e il vortice si forma in un anello a forma di “ciambella” sul bordo esterno del disco del rotore.

Inoltre, quando il tasso di discesa aumenta, c’è un aumento del flusso d’aria alle radici delle pale. La velocità delle sezioni interne delle pale è molto più lenta delle punte. Con l’aumento della velocità di discesa, è possibile che l’aria in risalita modifichi e aumenti l’angolo di attacco locale all’estremità della radice in modo tale che l’estremità della radice della pala vada in stallo.

Se il passo collettivo viene ulteriormente aumentato quando l’aereo è in questo stato, l’angolo di attacco lungo tutta la lunghezza della pala viene aumentato. L’effetto di questo sarà quello di aumentare l’estensione del vortice di punta che si estende più all’interno della punta. Di conseguenza, la perdita di portanza alle due estremità delle pale aumenta e l’area intorno alla porzione centrale della pala, che sta effettivamente generando portanza, si riduce. La portanza totale si riduce e l’elicottero accelera verso il basso. Questa accelerazione aumenta il flusso d’aria verso l’alto, che aggrava la condizione di stallo. All’estremo, è possibile che l’intera lunghezza delle pale non produca più alcuna portanza.

L’effetto di tutti questi fattori è maggiore quando l’elicottero è ad alta massa, perché è richiesta più potenza per mantenere una data condizione di volo, ed è più insidioso quando si opera sottovento, poiché l’illusione visiva della velocità quando si è sottovento maschera efficacemente la riduzione della velocità all’aria.

Condizioni favorevoli

Le precondizioni per lo sviluppo dell’anello di vortice sono relativamente semplici da identificare. Esse variano leggermente da tipo a tipo e con i cambiamenti nelle condizioni operative come l’altitudine di densità, le condizioni del vento e tutta la massa. Le 3 pre-condizioni sono:

1. L’aereo deve essere in volo a motore. Se i motori non stanno producendo potenza, l’aereo è in autorotazione e il flusso d’aria (piuttosto che la potenza del motore) viene utilizzato per guidare il movimento del rotore. Non è possibile entrare nello stato di anello di vortice mentre l’elicottero è in autorotazione.
2. Deve esserci un tasso di discesa relativamente alto che supera un valore reale di circa 500’/minuto. (Si noti che a causa degli errori di pressione a bassa velocità e del ritardo del VSI, una cifra di 300 fpm è comunemente data come tasso massimo di discesa). Senza il tasso di discesa non c’è aria in salita e l’inversione del flusso d’aria alla radice della pala non avviene. Allo stesso modo, senza la discesa, il vortice di punta non è amplificato e quindi non è un fattore significativo.
3. L’aereo deve viaggiare ad una bassa velocità di avanzamento.a causa di indicazioni ASI inaffidabili a basso airseed, questo èusually preso per essere un IAS di meno di 30kt. Se c’è una maggiore velocità in avanti, allora il flusso verticale dell’aria è influenzato dal movimento in avanti e le componenti verticali, che sono i fattori generatori, sono significativamente ridotte o addirittura rimosse in quanto l’aria interessata viene lasciata dietro il disco del rotore.

Riconoscimento

L’anello di vortice dà sintomi simili in tutti gli elicotteri ma la gravità può variare notevolmente da tipo a tipo. In effetti, il design moderno della testa del rotore, in particolare quando c’è un sistema attivo di smorzamento delle vibrazioni, può ridurre i sintomi dell’incipiente anello di vortice. Quando i sintomi sono evidenti, generalmente appaiono come segue:

• Le condizioni dell’anello di vortice incipiente sono tipicamente:
  • aumento delle vibrazioni e del buffet,
  • insorgenza di “tic” di piccola ampiezza nel passo e prove di instabilità longitudinale, laterale e direzionale.
• Le condizioni di anello di vortice stabilite sono caratterizzate da:
  • un aumento molto rapido del tasso di discesa verso e oltre 3000fpm,
  • una ridotta efficacia degli input ciclici in rollio o beccheggio
  • l’applicazione del passo collettivo che non riesce ad arrestare il tasso di discesa e solitamente lo aumenta.

Recupero

• Fase incipiente. Una volta riconosciuto, è necessaria una risposta immediata. Mantenere la posizione del collettivo invariata e applicare il ciclico in avanti per ottenere un atteggiamento accelerativo (naso in giù) in modo da aumentare rapidamente la velocità all’aria in avanti. Non appena viene indicato un aumento costante della velocità all’aria, e al di sopra di 30 KIAS, si può applicare più potenza, se necessario, senza aspettare di raggiungere la migliore velocità di salita. Se questa azione non risolve rapidamente la situazione, allora è meglio trattare la condizione come stabilita e intraprendere le azioni seguenti.
• Condizione stabilita. Il recupero può essere effettuato solo cambiando il flusso d’aria intorno al rotore e porterà inevitabilmente a una significativa perdita di quota, il che rende impossibile il recupero da un evento di basso livello. Ci sono due azioni teoricamente possibili: Spostare il ciclico in avanti e abbassare il collettivo. La combinazione di queste azioni è probabile che produca il recupero più rapido con la minore perdita di quota. L’applicazione del ciclico in avanti dovrebbe aumentare la velocità all’aria, ma potrebbe essere necessario un grande input tenuto per diversi secondi prima di ottenere un significativo assetto di beccheggio e un conseguente cambiamento di velocità, con un significativo assetto del muso verso il basso. Abbassare il collettivo per ridurre la potenza verso l’auto-rotazione, quindi disinstallando parte della porzione interna delle pale, può anche essere efficace, ma la velocità all’aria in avanti deve essere guadagnata prima di riapplicare la potenza durante il recupero.

Attenzione: Poiché il recupero dall’anello di vortici è probabile che comporti una perdita di quota molto grande, la migliore forma di recupero è quella di prevenire l’insorgere dello stato in primo luogo. La stretta osservanza del monitoraggio dei tassi di discesa a bassa velocità è essenziale, soprattutto se l’aereo sta operando ad alta massa all up e/o sottovento.

• B412, nei pressi di Karlsborg Svezia, 2003 descrive un incidente in cui l’equipaggio di un elicottero ha perso il controllo del velivolo come risultato di una cattiva gestione del pilota associata allo sviluppo di un Vortex Ring State.
• Offshore Helicopter Safety Review 2014 UK CAA
• Helioffshore Automation Guidance; uso efficace dell’automazione negli elicotteri con più equipaggi e sostiene le SOP basate su di essa. V1.0 Pubblicato dicembre 2016.