Por que o estado do vórtice é impossível na rotação automática?

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Um artigo no Skybrary indica que um estado de toque de vórtice ocorra:

The aircraft has to be in powered flight. If the engines are not producing power, the aircraft is in autorotation and the upflow of air (rather than engine power) is being used to drive the rotor motion. It is not possible to enter the vortex ring state whilst the helicopter is in autorotation. [emphasis mine]

O => FAQ Rotorcraft Flying Handbook .pdf lista auto-rotacao como um metodo de sair do VRS.

In a fully developed vortex ring state, the only recovery may be to enter autorotation to break the vortex ring state.

Por que um VRS é impossível durante a rotação automática?

    
por TomMcW 17.08.2017 / 20:33

1 resposta

OK - primeiro, uma revisão rápida do que é o estado do anel vortex. Vou ser breve, mas há mais detalhes aqui:

O estado do anel de vórtice (VRS) ocorre quando os vórtices de galpão do rotor começam a recircular no sistema do rotor, travando efetivamente o rotor e diminuindo significativamente o empuxo total produzido. É um dos 4 estados de trabalho do rotor, 3 dos quais são descritos na imagem abaixo (nota: as taxas de descida são aproximadas. O que realmente importa é a relação entre a velocidade induzida pelo rotor e a velocidade de descida do helicóptero). O estado de funcionamento da hélice é o estado normal de trabalho de um helicóptero. VRS é o segundo estado mostrado, onde as taxas de descida são relativamente baixas (e a velocidade de vôo para frente é tipicamente muito baixa / zero), e o estado do freio de vento é o que você vê na autorrotação.

No seguinte enredo (de Princípios de Aerodinâmica de Helicóptero de Leishman ), estes estados de trabalho são sobrepostos em um gráfico de velocidade de subida e velocidade induzida no disco do rotor. Em suma, o VRS ocorre quando você não está descendo rápido o suficiente para permitir que o downwash seja soprado para cima e você ainda está tentando produzir impulso. Um exemplo seria um helicóptero tentando pairar acima de seu teto suspenso (assim, mesmo com a potência máxima, ele não pode manter a altitude e tem uma pequena razão negativa de velocidade de subida se referenciada à parcela abaixo). Como resultado, ele começa a descer a uma velocidade crescente (e, por corolário, está caindo "em" seu próprio "downwash" à medida que sua velocidade descendente aumenta).

Então, por que a auto-rotação é uma saída? Autorotation é o que acontece quando, em certo sentido, você pára de tentar se manter. Na autorotação, o empuxo produzido pelo rotor é mínimo (dependendo de como você faz sua contabilidade de forças atuando na aeronave) durante a descida. Como conseqüência, a aeronave está descendo tão rapidamente que a esteira do rotor está acima do helicóptero! Além disso, enquanto o rotor está produzindo alguma sustentação e, consequentemente, algum downwash, a velocidade induzida do downwash na direção vertical é muito pequena comparada à velocidade do vento relativo que passa pelo disco do rotor (na direção oposta do downwash). .

Colocando tudo isso em outras palavras: o estado do anel de vórtice é sustentado pelo piloto tentando manter o poder de despejo no sistema do rotor enquanto desce em sua própria descida (sem alterar a velocidade de vôo ou o empuxo do rotor de cauda, como mencionado em este artigo puro: link ). Ele ou ela está produzindo downwash produzindo empuxo e, conforme a descida acelera mais ou menos em equilíbrio com a velocidade de downwash, as mesmas forças aerodinâmicas que produzem o empuxo acabam recirculando o downwash através do rotor.

Para entrar em autorrotação, o piloto reduz coletivamente o acelerador a zero e deixa a aeronave cair (mais ou menos - é um pouco mais nuançada, mas essa é uma questão à parte), que, por sua vez, reduz a velocidade induzida de o downwash tal que é muito menor que a velocidade vertical da aeronave, permitindo que os vórtices se movam com o vento relativo afastado do rotor (para cima) quando o rotor entra no estado de freio do aerogerador. Como não há mecanismo para manter os vórtices próximos ao rotor (ou produzi-los em primeiro lugar), os vórtices não podem recircular e induzir VRS.

    
17.08.2017 / 21:18