| Informații despre articol | ||
|---|---|---|
| Categorie: | Teoria zborului |  |
Sursa conținutului: | SKYbrary |  |
| Controlul conținutului: | Piloți de aviație |  |
Ce este un inel Vortex?
Vortex Ring, (o condiție de zbor numită uneori și „stabilizare cu putere” sau „stabilizare cu putere”) este o condiție de zbor în care un elicopter care primește putere de la motorul (motoarele) său (sale) pierde portanța rotorului principal și, ulterior, suferă o pierdere de control. Recunoașterea faptului că această condiție se dezvoltă poate fi dificilă, iar declanșarea poate fi rapidă. Toate tipurile de elicoptere sunt vulnerabile și poate apărea la orice înălțime în afara efectului sol. Înțelegerea modului și a motivelor în care se dezvoltă este cea mai bună protecție împotriva unei astfel de situații.
Ar trebui remarcat faptul că termenul „Settling With Power” este adesea utilizat ca o alternativă la Vortex Ring pentru a descrie această condiție. Așezarea cu putere este de fapt o condiție subtil diferită și ar trebui să fie descrisă mai exact ca „Așezarea cu putere insuficientă”. Această ultimă condiție poate apărea atunci când se încearcă să se oprească o rată de coborâre la viteză redusă, dar cererea de putere nu poate fi satisfăcută de motoare în limitele de putere corecte; nu este vorba de un adevărat inel Vortex, dar inelul Vortex poate apărea din această condiție dacă nu există suficientă putere pentru a împiedica creșterea ratei de coborâre. De asemenea, pot apărea aterizări supraînălțate atunci când o cerere bruscă și mare de portanță, provocată de ridicarea rapidă a manetei colectoare, poate genera forțe mari de rezistență în rotor care reduc rapid turația rotorului – dacă motorul (motoarele) nu poate (pot) reacționa suficient de repede pentru a depăși această situație, aeronava funcționează efectiv cu o putere insuficientă și o turație redusă a rotorului, cu o pierdere corespunzătoare de portanță. În cazuri extreme, rezultatele pot fi catastrofale, dar această condiție nu este Vortex Ring.
Cum se întâmplă
Cauza unui adevărat Vortex Ring este dublă. În toate circumstanțele de zbor există un anumit grad de circulație a fluxului de aer la vârfurile paletelor, unde aerul forțat în jos se rotește aerodinamic în jurul vârfului profilului și formează un vortex; acest lucru se întâmplă la toate profilurile, inclusiv la aripile aeronavelor cu aripi fixe. Vortexul generat crește rezistența la înaintare și reduce portanța. În cazul în care un elicopter coboară rapid, se produce o creștere a fluxului de aer în sus la vârfurile rotorului, ceea ce mărește rapid puterea și dimensiunea vortexurilor. Acest lucru reduce portanța și eficiența profilului aerodinamic la vârful palelor și necesită mai multă putere a motorului pentru a învinge rezistența la înaintare. Deoarece paletele rotorului se rotesc (spre deosebire de cele fixe ale unui avion), vortexul se deplasează odată cu paletele și se formează un inel în formă de „gogoașă” la marginea exterioară a discului rotorului.
În plus, pe măsură ce rata de coborâre crește, se produce o creștere a fluxului ascendent de aer la rădăcina paletelor. Viteza secțiunilor interioare ale paletelor este mult mai lentă decât cea a vârfurilor. Pe măsură ce rata de coborâre crește, este posibil ca fluxul de aer ascendent să modifice și să mărească unghiul de atac local la extremitatea rădăcinii, astfel încât extremitatea rădăcinii palei să intre în staționare.
Dacă pasul colectiv este în continuare mărit atunci când aeronava se află în această stare, unghiul de atac pe întreaga lungime a palei este mărit. Acest lucru va avea ca efect creșterea amplorii vortexului de vârf care se extinde și mai mult spre interior de la vârf. În consecință, pierderea de portanță la ambele capete ale paletelor crește, iar zona din jurul porțiunii centrale a paletei, care generează de fapt portanță, se reduce. Portanța totală este redusă, iar elicopterul accelerează în jos. Această accelerație mărește fluxul de aer ascendent, ceea ce agravează starea de blocaj. În extremis, este posibil ca întreaga lungime a paletelor să nu mai producă deloc portanță.
Efectele tuturor acestor factori sunt sporite atunci când elicopterul are o masă totală ridicată, deoarece este nevoie de mai multă putere pentru a menține o anumită condiție de zbor, și sunt mai insidioase atunci când se operează în direcția vântului, deoarece iluzia vizuală a vitezei în direcția vântului maschează efectiv reducerea vitezei de înaintare.
Condiții favorizante
Condițiile prealabile pentru dezvoltarea inelului vortex sunt relativ simplu de identificat. Ele vor varia ușor de la un tip la altul și în funcție de modificările condițiilor de operare, cum ar fi altitudinea densității, condițiile de vânt și masa totală. Cele 3 condiții prealabile sunt:
- Aeronava trebuie să fie în zbor cu motor. Dacă motoarele nu produc putere, aeronava se află în autorotație, iar fluxul de aer ascendent (mai degrabă decât puterea motorului) este utilizat pentru a acționa mișcarea rotorului. Nu este posibil să se intre în starea de inel vortex în timp ce elicopterul se află în autorotație.
- Trebuie să existe o rată de coborâre relativ mare care să depășească o valoare reală de aproximativ 500’/minut. (Rețineți că, din cauza erorilor de presiune la viteze mici și a decalajului VSI, o cifră de 300 fpm este dată în mod obișnuit ca rată maximă de coborâre). Fără rata de coborâre nu există flux de aer ascendent și nu se produce inversarea fluxului de aer la rădăcina palei. De asemenea, fără coborâre, vârful vortexului nu este amplificat și, prin urmare, nu este un factor semnificativ.
- Aeronava trebuie să se deplaseze cu o viteză de înaintare mică.Din cauza indicațiilor ASI nesigure la un nivel scăzut de aer, se consideră de obicei că aceasta este un IAS mai mic de 30kt. Dacă viteza de înaintare este mai mare, atunci fluxul vertical de aer este afectat de mișcarea de înaintare, iar componentele verticale, care sunt factorii generatori, sunt reduse semnificativ sau chiar eliminate pe măsură ce aerul afectat este lăsat în spatele discului rotorului.
Recunoaștere
Inelul de vîrtej dă simptome similare la toate elicopterele, dar gravitatea poate varia considerabil de la un tip la altul. Într-adevăr, proiectarea modernă a capului rotorului, în special în cazul în care este montat un sistem activ de amortizare a vibrațiilor, poate reduce simptomele inelului vortex incipient. În cazul în care simptomele sunt vizibile, acestea apar, în general, după cum urmează:
- Condițiile inelului vortex incipient sunt, de obicei:
- vibrații și bufnituri crescute,
- apariția unor „zvâcniri” de mică amplitudine în tangaj și dovezi de instabilitate longitudinală, laterală și direcțională.
- Condițiile stabilite de inel vortex sunt caracterizate de:
- o creștere foarte rapidă a ratei de coborâre spre și dincolo de 3000fpm,
- eficacitatea redusă a intrărilor ciclice în ruliu sau în tangaj
- aplicarea unui tangaj colectiv care nu reușește să oprească rata de coborâre și, de obicei, o crește.
Recuperare
- Stadiul incipient. Odată recunoscută, este necesară o reacție imediată. Se menține neschimbată poziția colectivului și se aplică ciclul de înaintare pentru a obține o atitudine de accelerare (bot în jos), astfel încât să se mărească rapid viteza de înaintare. De îndată ce este indicată o creștere constantă a vitezei aerodinamice și peste 30 KIAS, se poate aplica mai multă putere, dacă este necesar, fără a aștepta până când se atinge cea mai bună viteză de urcare. Dacă această acțiune nu rezolvă rapid situația, atunci cel mai bine este să se trateze condiția ca fiind stabilită și să se întreprindă acțiunile de mai jos.
- Stare stabilită. Recuperarea poate fi efectuată numai prin modificarea fluxului de aer din jurul rotorului și va duce inevitabil la o pierdere semnificativă de înălțime, ceea ce face imposibilă recuperarea de la un eveniment la nivel scăzut. Există două acțiuni posibile din punct de vedere teoretic: Deplasarea ciclicului înainte și coborârea colectivului. Combinarea acestor acțiuni este probabil să producă cea mai rapidă recuperare cu cea mai mică pierdere de înălțime. Aplicarea ciclicului înainte ar trebui să mărească viteza aerului, dar poate fi necesară o intrare mare, menținută timp de câteva secunde, înainte de a se obține o atitudine de tangaj semnificativă și o schimbare de viteză consecventă, rezultând o atitudine semnificativă de coborâre a botului. Coborârea colectivului pentru a reduce puterea spre auto-rotație, deci dezinstalarea unei părți din partea interioară a paletelor, poate fi, de asemenea, eficientă, dar viteza de înaintare trebuie să fie câștigată înainte de reaplicarea puterii în timpul recuperării.
Atenție: Deoarece recuperarea din inelul vortex este posibil să rezulte într-o pierdere foarte mare de altitudine, cea mai bună formă de recuperare este de a preveni apariția stării în primul rând. Respectarea strictă a monitorizării ratelor de coborâre la viteze mici este esențială, în special dacă aeronava operează cu masă mare de tot în sus și/sau în josul vântului.
- B412, vecinătatea Karlsborg Suedia, 2003 descrie un accident în care echipajul unui elicopter a pierdut controlul aeronavei ca urmare a unei manevre greșite a pilotului, asociată cu dezvoltarea unei stări de inel de vortex.
- Offshore Helicopter Safety Review 2014 UK CAA
- Helioffshore Automation Guidance; utilizarea eficientă a automatizării la elicopterele cu echipaj multiplu și pledează pentru SOP-uri bazate pe aceasta. V1.0 Publicat în decembrie 2016.