| Informacje o artykule | ||
|---|---|---|
| Kategoria: | Teoria lotu |  |
| Źródło treści: | SKYbrary |  |
| Kontrola treści: | Piloci lotniczy |  |
Co to jest pierścień wirowy?
Vortex Ring, (stan lotu nazywany również czasem „osiadaniem z mocą” lub „osiadaniem z mocą”) jest stanem lotu, w którym śmigłowiec otrzymujący moc od silnika(ów) traci siłę nośną wirnika głównego, a następnie doświadcza utraty kontroli. Rozpoznanie, że ten stan się rozwija może być trudne, a początek szybki. Wszystkie typy śmigłowców są na to podatne i może to nastąpić na każdej wysokości poza efektem przyziemienia. Zrozumienie jak i dlaczego rozwija się ten stan jest najlepszą ochroną przed spotkaniem z nim.
Należy zauważyć, że termin „Settling With Power” jest często używany jako alternatywa dla Vortex Ring do opisania tego stanu. Osiadanie z Mocą jest w rzeczywistości subtelnie innym stanem i powinno być dokładniej opisane jako „Osiadanie z niewystarczającą Mocą”. Ten ostatni stan może wystąpić podczas próby zatrzymania prędkości opadania przy małej prędkości, ale zapotrzebowanie na moc nie może być spełnione przez silniki w prawidłowych granicach mocy; nie jest to prawdziwy Vortex Ring, ale Vortex Ring może rozwinąć się z tego stanu, jeśli nie ma wystarczającej mocy, aby zapobiec wzrostowi prędkości opadania. Podobnie, lądowania z przechyleniem mogą wystąpić, gdy nagłe i duże zapotrzebowanie na siłę nośną, wywołane szybkim podniesieniem dźwigni zbiorczej, może generować duże siły oporu w wirniku, które gwałtownie zmniejszają obroty wirnika – jeśli silnik(i) nie może(ą) zareagować wystarczająco szybko, aby to przezwyciężyć, samolot efektywnie działa z niewystarczającą mocą i zmniejszonymi obrotami wirnika z odpowiednią utratą siły nośnej. W skrajnych przypadkach wyniki mogą być katastrofalne, ale ten stan nie jest pierścieniem wirowym.
Jak to się dzieje
Przyczyna prawdziwego pierścienia wirowego jest dwojaka. W każdych warunkach lotu istnieje pewien stopień cyrkulacji przepływu powietrza na końcówkach łopatek, gdzie powietrze wymuszone w dół aerodynamicznie obraca się wokół końcówki spirali i tworzy wir; dzieje się tak w przypadku wszystkich spirali, w tym skrzydeł samolotów o stałym skrzydle. Powstający wir zwiększa opór i zmniejsza siłę nośną. Jeśli śmigłowiec gwałtownie się obniża, na końcówkach wirnika występuje zwiększony przepływ powietrza, co gwałtownie zwiększa siłę i rozmiar wirów. Zmniejsza to siłę nośną i sprawność aerodynamiczną na końcówkach łopat i wymaga większej mocy silnika do pokonania oporu. Ponieważ łopaty wirnika obracają się (w odróżnieniu od nieruchomych w samolocie), wir przemieszcza się wraz z łopatami i formuje się w pierścień w kształcie „pączka” na zewnętrznej krawędzi tarczy wirnika.
Dodatkowo, wraz ze wzrostem prędkości opadania, następuje zwiększony wypływ powietrza u nasady łopat. Prędkość wewnętrznych sekcji łopatek jest znacznie mniejsza niż końcówek. Wraz ze wzrostem prędkości opadania możliwe jest, aby wznoszące się powietrze zmodyfikowało i zwiększyło lokalny kąt natarcia przy nasadzie, tak że nasada łopatki utknie w martwym punkcie.
Jeśli zbiorowy skok jest dalej zwiększany, gdy samolot jest w tym stanie, kąt natarcia na całej długości łopatki jest zwiększany. Skutkiem tego będzie zwiększenie zasięgu wiru wierzchołkowego, który rozciąga się dalej od wierzchołka. W konsekwencji zwiększa się utrata siły nośnej na obu końcach łopaty, a zmniejsza się obszar wokół środkowej części łopaty, która faktycznie wytwarza siłę nośną. Całkowita siła nośna zostaje zredukowana i śmigłowiec przyspiesza w dół. Przyspieszenie to zwiększa wznoszenie, co pogarsza stan zatrzymania. W skrajnym przypadku możliwe jest, że cała długość łopat nie wytwarza już żadnej siły nośnej.
Wpływ wszystkich tych czynników jest zwiększony, gdy śmigłowiec ma dużą masę całkowitą, ponieważ więcej mocy jest wymagane do utrzymania danego stanu lotu, i jest bardziej zdradliwy, gdy działa z wiatrem, ponieważ wizualne złudzenie prędkości przy wietrze skutecznie maskuje zmniejszenie prędkości lotu do przodu.
Warunki sprzyjające
Warunki wstępne do powstania pierścienia wirowego są stosunkowo proste do zidentyfikowania. Będą się one nieznacznie różnić w zależności od typu i zmian warunków pracy, takich jak wysokość gęstości, warunki wiatrowe i masa całkowita. Trzy warunki wstępne to:
- Samolot musi być w locie z napędem. Jeśli silniki nie wytwarzają mocy, samolot znajduje się w autorotacji, a do napędu wirnika wykorzystywany jest strumień powietrza (a nie moc silnika). Nie jest możliwe wejście w stan pierścienia wirowego podczas gdy śmigłowiec jest w autorotacji.
- Musi istnieć stosunkowo wysoka prędkość opadania przekraczająca rzeczywistą wartość około 500’/minutę. (Zauważ, że z powodu błędów ciśnienia przy niskiej prędkości lotu i opóźnienia VSI, liczba 300 fpm jest powszechnie podawana jako maksymalna prędkość opadania). Bez prędkości opadania nie ma wypływu powietrza i nie następuje odwrócenie przepływu powietrza na nasadzie łopatki. Podobnie, bez opadania, wir wierzchołkowy nie jest wzmacniany, a więc nie jest istotnym czynnikiem.
- Samolot musi poruszać się z małą prędkością do przodu.Ze względu na zawodne wskazania ASI przy niskim zasiewie powietrza, zwykle przyjmuje się, że jest to IAS poniżej 30kt. Jeśli prędkość lotu jest większa, pionowy przepływ powietrza jest zakłócony przez ruch do przodu i składowe pionowe, które są czynnikami generującymi, są znacznie zredukowane lub nawet usunięte, ponieważ zakłócone powietrze pozostaje za tarczą wirnika.
Rozpoznanie
Pierścień wirowy daje podobne objawy we wszystkich śmigłowcach, ale nasilenie może się znacznie różnić w zależności od typu. Nowoczesna konstrukcja głowicy wirnika, zwłaszcza z aktywnym systemem tłumienia drgań, może zmniejszyć objawy początków pierścienia wirowego. Gdy objawy są zauważalne, generalnie pojawiają się w następujący sposób:
- Warunki początkowego pierścienia wirowego to zazwyczaj:
- wzmożone wibracje i bufet,
- początek „drgań” o małej amplitudzie w skoku i dowody niestabilności wzdłużnej, bocznej i kierunkowej.
- Ustanowione warunki pierścienia wirowego charakteryzują się:
- bardzo szybkim wzrostem prędkości opadania w kierunku i powyżej 3000fpm,
- zmniejszoną skutecznością cyklicznych wejść w przechył lub pochylenie
- zastosowaniem zbiorowego pochylenia, które nie zatrzymuje prędkości opadania i zwykle ją zwiększa.
Recovery
- Incipient Stage. Po rozpoznaniu, wymagana jest natychmiastowa reakcja. Utrzymać niezmienioną pozycję kolektywu i zastosować cykliczny bieg do przodu w celu osiągnięcia przyspieszenia (nos w dół), aby szybko zwiększyć prędkość lotu do przodu. Gdy tylko pojawi się stały wzrost prędkości lotu, powyżej 30 KIAS, można w razie potrzeby zwiększyć moc, nie czekając do osiągnięcia najlepszej prędkości wznoszenia. Jeżeli to działanie nie rozwiąże sytuacji szybko, wtedy najlepiej jest traktować stan jako ustalony i podjąć działania poniżej.
- Stan ustalony. Wznoszenie może być wykonane tylko przez zmianę przepływu powietrza wokół wirnika i nieuchronnie prowadzi do znacznej utraty wysokości, co uniemożliwia wznoszenie po wystąpieniu niskiego poziomu. Teoretycznie możliwe są dwa działania: Przesunięcie cykliki do przodu i obniżenie kolektywu. Połączenie tych działań prawdopodobnie pozwoli na najszybsze odzyskanie wysokości przy najmniejszej utracie wysokości. Przesunięcie cykliczności do przodu powinno zwiększyć prędkość lotu, ale może być wymagane duże wychylenie utrzymywane przez kilka sekund, zanim zostanie osiągnięte znaczące wychylenie i w konsekwencji zmiana prędkości, co może skutkować znacznym przechyleniem nosa w dół. Obniżenie kolektywu w celu zmniejszenia mocy w kierunku autorotacji, a więc odczepienie części wewnętrznej części łopat, może być również skuteczne, ale prędkość lotu musi być uzyskana zanim moc zostanie ponownie zastosowana podczas powrotu do normalnego lotu.
Ostrzeżenie: Ponieważ odzyskiwanie z pierścienia wirowego prawdopodobnie spowoduje bardzo dużą utratę wysokości, najlepszą formą odzyskiwania jest zapobieganie powstaniu tego stanu w pierwszej kolejności. Ścisłe przestrzeganie monitorowania prędkości opadania przy małej prędkości jest niezbędne, szczególnie jeśli samolot działa przy dużej masie całkowitej i/lub z wiatrem.
- B412, okolice Karlsborg Szwecja, 2003 opisuje wypadek, w którym załoga śmigłowca straciła kontrolę nad samolotem w wyniku nieumiejętnego postępowania pilota związanego z rozwojem stanu pierścienia wirowego.
- Offshore Helicopter Safety Review 2014 UK CAA
- Helioffshore Automation Guidance; efektywne wykorzystanie automatyki w śmigłowcach z wieloma załogami i opowiada się za opartymi na niej SOP. V1.0 Opublikowano grudzień 2016 r.
.