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| カテゴリ： | 飛行理論 |  |
コンテンツソース。 | SKYbrary |  |
| コンテンツコントロール： | エアパイロット |  |
Vortex Ringとは何か?
ボルテックスリング（「Settling with Power」または「Power Setling」とも呼ばれる飛行状態）とは、エンジンからパワーを受けているヘリコプターがメインローターの揚力を失い、その結果コントロールを失う飛行状態のことを言います。 このような状態になることを認識するのは難しく、すぐに症状が出ることもあります。 すべての種類のヘリコプターがこの状態に陥りやすく、地上効果線外のどの高さでも発生する可能性があります。
この状態を表すのにVortex Ringの代わりに “Settling With Power “という用語がよく使われることに注意しなければなりません。 Settling With Powerは実際には微妙に異なる状態であり、より正確には “Settling With Insufficient Power “と表現すべきものである。 これは本当のVortex Ringではありませんが、Rate of Descentの上昇を防ぐのに十分なパワーがない場合、この状態からVortex Ringが発生することがあります。 同様に、オーバーピッチランディングは、コレクティブレバーの急激な上昇によって、突然大きな揚力が要求され、ローターに大きな引きずり力が発生し、ローター回転数が急速に低下したときに起こります。 極端な場合、結果は壊滅的なものになりますが、この状態はVortex Ringではありません。
どうして起こるのか
真のVortex Ringの原因は2つあります。 すべての飛行状況において、翼の先端で気流の循環があり、下向きに押し出された空気が翼の先端で空気力学的に回転し、渦を形成します。 この渦は抗力を増加させ、揚力を減少させる。 ヘリコプターが急降下する場合、ローター先端の空気の上昇流が増加し、渦の強度と大きさが急激に増加する。 このため、ブレード先端での揚力と翼の効率が低下し、抗力に打ち勝つために、より多くのエンジン出力が必要になります。 ローターブレードは回転しているので（飛行機の固定とは対照的に）、渦はブレードとともに移動し、ローターディスクの外縁で「ドーナツ」形のリングに形成される。
さらに、降下速度が増加すると、ブレードルートの空気のアップフローが増加する。 ブレードのインボードセクションの速度は、先端よりもずっと遅くなります。 降下速度が増加すると、アップフローする空気がブレードのルートエンドを失速させるようにルートエンドの局所的な迎角を修正し増加させることが可能である。
航空機がこの状態にあるときにコレクティブピッチをさらに大きくすると、ブレードの全長に沿った迎え角が大きくなります。 その結果、先端からさらに内側に伸びる先端渦の範囲が大きくなる。 その結果、ブレード両端の揚力損失が大きくなり、実際に揚力を発生させているブレード中央部付近の面積が小さくなる。 総揚力は減少し、ヘリコプターは下向きに加速していきます。 この加速は空気の上昇流を増加させ、失速状態を悪化させる。
これらすべての要因の影響は、ヘリコプターの全備質量が大きいときに、与えられた飛行状態を維持するためにより多くの電力を必要とするため、大きくなります。また、風下で操作するときは、風下での速度の視覚的錯覚が前方対気速度の減少を効果的に隠すため、より陰湿なものとなっています。
Enabling Conditions
ボルテックスリングが発生するための事前条件は比較的簡単である。 これらは機種によって、また密度高度、風の状態、全備質量などの運転条件の変化で若干異なります。
- 航空機が動力飛行中であること。 エンジンの出力がない場合、航空機はオートローテーション状態にあり、ローター運動の駆動に（エンジン出力ではなく）空気の上昇流が使用されています。
- ヘリコプターが自動回転している間は、ボルテックスリング状態になることはできません。 (低速度での圧力誤差やVSIの遅れにより、最大降下速度として300fpmという数字が一般的に与えられていることに注意してください。) 下降速度がないと上昇気流が発生せず、ブレードルートでの気流の反転が起きない。
- 航空機は遅い前進速度で走行しなければならない。低いエアシードではASIの表示が信頼できないため、これは通常30kt以下のIASとされる。
Recognition
ボルテックスリングはすべてのヘリコプターで同様の症状を示しますが、その深刻度は機種によってかなり異なります。 実際、最新のローターヘッドの設計、特にアクティブ振動減衰システムが装着されている場合、初期のボルテックスリングの症状を軽減することができます。
- 初期のボルテックスリングの状態は、典型的には、
- 振動と緩衝の増加、
- ピッチにおける小さな振幅の「ひずみ」の始まり、縦、横、方向の不安定性の証拠、などです。
- 確立されたボルテックスリング状態は、以下のように特徴付けられます：
- 3000fpm以上への降下率の非常に急速な増加、
- ロールまたはピッチの周期的入力の効果減少、
- 下降率を阻止できず、通常それを増加する集団ピッチを適用した場合。
Recovery
- Incipient Stage. 認識したら、即座に対応することが必要です。 コレクティブポジションを変えずに、フォワードサイクリックをかけ、加速度的（ノーズダウン）な姿勢にすることで、前方の対気速度を早く上昇させる。 対気速度が安定して上昇し、30KIAS以上になったら、最高の上昇速度に達するまで待たずに、必要ならさらにパワーをかけることができる。 もし、この処置で事態が急速に解決しない場合は、その状態を確立したものとして扱い、以下の処置をとることが最善です。 回復はローター周りの気流を変えることによってのみ可能で、必然的に高さを大きく失うことになり、低空での発生からの回復は不可能である。 理論的に可能な処置は2つあります。 サイクリックを前方に移動させることと、コレクティブを下げることです。 これらを組み合わせることで、最も早く、最も少ない高さの損失で回復できる可能性があります。 前方サイクリックを使用すると対気速度が増加しますが、大きなピッチ姿勢とそれに伴う速度変化が得られるまでに数秒間大きな入力を保持する必要があり、その結果大きなノーズダウン姿勢になることがあります。 自動回転のためにコレクティブを下げ、ブレードのインボード部分の一部を取り外すことも効果的ですが、回復中にパワーを再投入する前に前進対気速度が得られていなければなりません。 ボルテックスリングからの回復は、非常に大きな高度損失をもたらす可能性が高いので、回復の最良の形態は、そもそもこの状態を発生させないことです。 特にオールアップやダウンウィンドで飛行している場合は、低速での降下率の監視を徹底することが重要です。
- B412, vicinity Karlsborg Sweden, 2003は、Vortex Ring Stateの発生に伴うパイロットの誤操作の結果、ヘリコプターの乗員が機体のコントロールを失った事故について述べています。
- Offshore Helicopter Safety Review 2014 UK CAA
- Helioffshore Automation Guidance; multi crew helicoptersでの自動化の有効活用とこれに基づくSOPの推奨を述べています。 V1.0 2016年12月発行.