Por que a auto-rotação * vertical * em um helicóptero não é recomendada?

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Associámos helicópteros a pairar, mas este é um esforço árduo. Mesmo um pouco de velocidade para frente gera elevação translacional, o que torna muito mais fácil para o rotor gerar elevação:

• O influxo para a frente inclina o vetor de elevação para frente, diminuindo o arrasto induzido e o torque da lâmina e aumentando a sustentação. Ou dito de uma maneira diferente: a corrente de ar já está fluindo e não precisa ser acelerada a partir do zero. O rotor agora começa a funcionar mais como uma asa fixa.
• A corrente de ar através do rotor sofre menos interferência da fuselagem.

O efeito da velocidade para frente na taxa de descida auto-rotacional é representado em um gráfico em este livro :

Voltando à autorrotação vertical: a corrente de ar ascendente vertical precisa passar pelo rotor rápido o suficiente para alcançar o estado de aeração, de modo que o levantamento é criado pela desaceleração do ar que passa por ele. Se calcularmos o componente de elevação por área de um rotor de rotação vertical, ele será comparável a um valor de $ C_D $ de 1,1 a 1,2 referenciado à área do rotor. De acordo com esta fonte :

• uma placa plana tem $ C_D $ de 1,28
• um pára-quedas tem $ C_D $ de 1,4.

Assim, na descida vertical, o rotor de rotação automática é quase tão bom quanto um pára-quedas da mesma área - é apenas que o tamanho do pára-quedas é um pouco pequeno para a carga típica de um helicóptero, resultando em velocidades de descida verticais entre 3.600 a 6.200 pés / min. A título de comparação:

• A Air France 447 caiu no chão com uma taxa de descida vertical de 10.000 pés / min.
• O avião do capitão Sullenberger levou quatro minutos para chegar ao Hudson em um planeio adequado, a partir de 2.060 pés de altitude = média de 500 pés / min.

Dois fatores tornam a autorotação muito mais permeável:

1. A taxa de descida pode ser "queimada" puxando a parte traseira cíclica (trocando a velocidade para frente por mais energia cinética do rotor) e então coletiva para cima imediatamente antes do contato com o solo, desacelerando o rotor e aumentando a sustentação. O piloto só tem uma chance nisso.
2. A taxa de descida é muito menor se a rotação automática for feita a uma velocidade de avanço, sendo a melhor a melhor velocidade de subida.

Note que em uma descida vertical não há recuo do cíclico, apenas aumento de coletivo - mais a taxa de descida é maior. Uma velocidade maior e menos meios para travar, isso não é recomendado!

Uma nota lateral

O rotor do moinho de vento não gira para o outro lado! O ar que entra por baixo inclina o vetor de elevação para frente, como em um planador. Parte do disco do rotor é acionado pelos aerofólios na mesma direção em que estava quando ainda está sob energia.

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Existem três boas razões para evitar a Autorotação Vertical.

Primeiro, a Autorotação Vertical é muito mais provável de levar a uma condição de Anel Vortex onde o ar que sai do disco do rotor é recirculado de volta através do disco do rotor. O ar recirculado no anel de vórtice limita a quantidade de fluxo de ar / energia disponível para conversão na velocidade rotacional do disco do rotor, que é fundamental para completar com êxito a parte da manobra de rotação automática essencial à sobrevivência (o flare até o touchdown).

Em segundo lugar, a velocidade de avanço aumenta a quantidade de energia disponível para conversão em velocidade de disco do rotor.

Em terceiro lugar, a velocidade de avanço permite que o choque de pouso seja compartilhado entre diferentes chicotes e amortecedores do assento, diminuindo assim a carga em qualquer eixo específico.

Você tem que considerar a potência requerida pelo helicóptero em vôo, representada pela curva vermelha no gráfico.

A linha azul é a potência fornecida pelo rotor na autorotação. Como você pode ver a velocidade zero, a potência requerida é muito maior que a de 50, 60 ou 70 kts. Portanto, seu déficit de potência também será muito maior a zero de velocidade, resultando em um aumento na taxa de descida.

Outra vantagem dada pela velocidade é a capacidade de flare (passos 3-4 no perfil de voo recomendado pela FAA). Durante o flare, você usa a energia cinética fornecida pela velocidade de avanço para reduzir sua descida. Com velocidade no ar zero você perde completamente essa posibilidade, a única chance de reduzir a taxa de descida restante será aumentar o coletivo (e provavelmente não será o suficiente para evitar um pouso muito difícil).

A linha de fundo, a faixa de velocidade aerodinâmica preferida para a rotação automática é a que fica verde no gráfico, entre a velocidade de potência mínima e a velocidade de melhor alcance. Existem situações em que a faixa amarela é usada (área confinada, alguns procedimentos para autorotação noturna), mas essa área não se estende abaixo de 30 kts, de qualquer forma.

Durante a autorrotação, a velocidade de avanço é usada para controlar a velocidade da cabeça do rotor. Em automático, o motor é desconectado (no caso de falha do rotor de cauda) ou simplesmente morto, portanto não pode ser usado para controlar a velocidade do rotor.

Em uma descida vertical, a cabeça do rotor irá, eventualmente, exceder a velocidade do ar passando pelas pás, e as pás do rotor se afastarão da aeronave. Não é bom.

O ar que bate nas pás do vôo para a frente é usado para induzir arrasto nas pás do rotor, diminuindo a velocidade delas. Quanto mais rápido o helicóptero se mover para frente, maior será o arrasto.

Assim, o piloto, em automático, usa a velocidade no ar para controlar a velocidade do rotor. Se a velocidade da cabeça do rotor se acumular muito, desça um pouco para ganhar velocidade e desacelerar o rotor. Se a cabeça do rotor começar a desacelerar, diminua a velocidade para frente para permitir que a cabeça do rotor atinja a velocidade.

O vôo adiante também ajuda a manobrar o helicóptero ao escolher um ponto de toque, mas principalmente, ele é usado para manter a velocidade do rotor no green.

Todo helicóptero tem uma velocidade de vôo para a frente ideal, que deve manter a velocidade da cabeça do rotor verde. Em um Bell JetRanger, acho que é em torno de 60 kts, embora essa seja uma diretriz geral, não absoluta.

Esquecendo-se de TEORIA ... uma auto-rotação vertical é possível e pode ser realizada com segurança. Para responder a essa pergunta que meu co-piloto me fez naquele dia no Vietnã, levei o H-Model Huey até 5.000 'e confirmei o hover. Abaixei o coletivo e cortei o acelerador para dividir as agulhas e monitorei a rotação do rotor para garantir que não houvesse velocidade excessiva, mantendo o centro cíclico para a vertical verdadeira. Eu usei coletivo para estabilizar nossa taxa de afundamento. Uma vez satisfeito que a manobra era segura, eu me recuperei em cerca de 1.000 ', empurrando o poder cíclico para frente e recuperando. Não tivemos problemas com a teoria dos anéis de vórtices ou qualquer indicação de que essa manobra fosse perigosa. Se eu precisasse realmente colocá-lo para baixo, eu teria iniciado um aspecto cíclico para frente, a fim de executar um flare padrão e set-down, uma vez abaixo de 1.000 'eu escolhi. Na escola de vôo do Exército na década de 1960, praticamos todos os aspectos possíveis de auto-rotações SEMPRE para o solo, sem nenhuma recuperação de energia a 50 'absurdo. Eu pessoalmente acredito que é irresponsável e insano não treinar um piloto de helicóptero para veículos de contato com o solo. O que? Deus vai aparecer de repente e ajudar nos últimos 50 'ou mais? SIMS NÃO são um substituto aceitável para a prática real. Fizemos autos pairando, autos rodando, autos de 180 ° e 360 °, autos de desaceleração de velocidade total, mas o meu favorito de todos os tempos foi chamado de "Spot Autos". O IP escolheu um ponto na pista - geralmente um dos números e eu iniciei um auto a partir da altitude padrão e da velocidade no rumo da pista observando o meu ângulo de planeio através da bolha do queixo. Mantendo o coletivo abaixado e usando apenas o ciclo, eu chamei o helicóptero para uma parada quase inoperante - monitorando de perto a rotação do rotor e puxando o coletivo quando necessário para evitar o excesso de velocidade. Cíclico foi empurrado para a frente para iniciar a descida maravilhosamente rápida novamente - oh pequenino - nós poderíamos obter pelo menos duas e às vezes três flares na descida - o último era parar no número escolhido e puxar o que era essencialmente um suspenso auto para pousar. Nós sempre completamos todos os nossos carros para o chão com todas essas manobras e eles eram realmente divertidos de fazer! Nossos IPs definiram competência e competência e fizeram um excelente trabalho de incutir essas mesmas características em todos nós, sabendo que, para onde estávamos indo, precisaríamos de todas as vantagens de treinamento que pudéssemos lidar. Meus dois centavos (1.955 horas de vôo de helicóptero de combate no Vietnã slicks e armas).

Existem muitas respostas erradas neste tópico, mas eu quero abordar uma que qualquer piloto de helicóptero classificado deve ser capaz de responder (o que a julgar pelas respostas neste tópico pode não ser tão verdadeiro quanto eu estou esperando) e isso é :

VOCÊ NÃO PODE OBTER O ESTADO DO VORTEX EM UMA AUTORAÇÃO

As três coisas que você precisa para o VRS ou "Settling with Power" (definição da FAA) são:

• Taxa de descida maior que 300fpm
• Velocidade menor que ETL
• PODER APLICADO

Obviamente, se o motor parou você não pode ter energia aplicada.

Dito isto, você ainda tem energia armazenada no helicóptero na forma de energia potencial (em altitude acima do nível do solo) e energia cinética (na velocidade relativa do helicóptero). A energia cinética aumenta exponencialmente com a velocidade no ar, ou seja, se você dobrar sua velocidade (ex. 30 a 60 kts) você triplicar a quantidade de energia cinética que você pode usar para manter sua rotação no flare (que você precisará muito para parar a taxa de descida e velocidade no ar antes de tocar para baixo)

Se você não tiver velocidade no ar, terá uma taxa de descida mais alta no carro e menos energia para interromper essa taxa de descida antes do pouso.

Respostas a estas perguntas e mais podem ser encontradas no Manual do Helicóptero Voador, que pode ser baixado gratuitamente no site da FAA!

Piloto Comercial -FAA RW e CFI-I