Zustand des Wirbelrings - Vortex ring state

Wirbelringzustand, bei dem der Luftstrom auf dem inneren Blattabschnitt nach oben gerichtet ist, wodurch zusätzlich zu den normalen Flügelspitzenwirbeln ein sekundärer Wirbel erzeugt wird. Turbulenter Luftstrom führt zu einem Verlust des Rotorwirkungsgrads. Bei Fortsetzung kann es zu unbefohlenen Nick- und Rolloszillationen mit einer großen Sinkgeschwindigkeit kommen.

Der Wirbelringzustand (VRS) ist ein gefährlicher aerodynamischer Zustand, der beim Helikopterflug auftreten kann, wenn ein Wirbelringsystem den Rotor umhüllt und einen starken Auftriebsverlust verursacht . Der Wirbelringzustand wird manchmal als Einschwingen mit Leistung bezeichnet , obwohl letzterer auch eine Terminologie ist, die unterschiedlich für Zustände mit niedriger Drehzahl verwendet wird, die durch schnelle Anstiege des Kollektivs verursacht werden, die zu einer Überneigung der Hauptrotorschaufeln und / oder einer Überschreitung der Triebwerksleistung während schnelles Abbremsen und/oder Sinken. Die Federal Aviation Administration (FAA) sieht diese Begriffe als Synonyme, während Transport Canada sie als zwei unterschiedliche Phänomene betrachtet.

Dieser Zustand tritt auch bei Tiltrotoren auf und war für einen Unfall mit einer V-22 Osprey verantwortlich . Der Vortex-Ring-Zustand verursachte den Verlust eines stark modifizierten MH-60-Hubschraubers während der Operation Neptune Spear , dem Angriff 2011, bei dem Osama bin Laden getötet wurde.

Beschreibung

Die gebogenen Pfeile zeigen die Luftstromzirkulation um die Rotorscheibe an. Der gezeigte Hubschrauber ist die RAH-66 Comanche .

Im Vorwärtsflug mit translatorischem Auftrieb gibt es keine Aufwärtsströmung ( Upflow ) von Luft im Nabenbereich. Wenn die Vorwärtsfluggeschwindigkeit abnimmt und die vertikalen Sinkgeschwindigkeiten steigen, beginnt eine Aufwärtsströmung, da es keine Tragflächenoberflächen im Mast- und Blattgriffbereich gibt. Wie oben strömenden Volumen zunimmt, wird die induzierte Strömung (Luft gezogen oder „induzierte“ nach unten durch das Rotorsystem) der inneren Schaufelabschnitte zu überwinden und die Blätter beginnen zu Strömungsabriß in der Nähe der Nabe. Wenn die inneren Blattabschnitte abwürgen, bildet sich ein zweiter Wirbelsatz, ähnlich den Rotorspitzenwirbeln, in der Mitte des Rotorsystems und führt zusammen mit dem äußeren Wirbelsatz zu einem starken Auftriebsverlust. Das Versäumnis eines Hubschrauberpiloten, den Zustand zu erkennen und darauf zu reagieren, kann zu hohen Sinkraten und Bodenaufprall führen.

Auftreten

Ein Hubschrauber normalerweise trifft diese Bedingung , wenn versucht wird zu schweben Unrundbodeneffekt (OGE) oberhalb des Schwebedecke für das Flugzeug, der Bodeneffekt schwebt, ohne genaue Höhensteuerung beibehalten wird , und während Herstellung oder steile Abwind, angetrieben , wenn die Ansätze die Fluggeschwindigkeit sinkt auf fast null.

Erkennung und Korrektur

Die Anzeichen von VRS sind eine Vibration im Hauptrotorsystem, gefolgt von einer zunehmenden Sinkrate und möglicherweise einer Abnahme der zyklischen Autorität.

Bei Hubschraubern mit einem Rotor wird der Wirbelringzustand traditionell korrigiert, indem das Kollektiv leicht abgesenkt wird , um die zyklische Autorität wiederzuerlangen, und die zyklische Steuerung verwendet wird , um eine seitliche Bewegung auszuüben, wobei oft die Nase nach unten geneigt wird, um einen Vorwärtsflug zu ermöglichen. Bei Tandemrotor-Hubschraubern wird die Bergung durch seitliche zyklische oder Pedaleingaben oder beides erreicht. Das Flugzeug fliegt aus dem Wirbelring in „saubere Luft“ und kann wieder Auftrieb gewinnen.

Eine weitere Korrektur, die heute weithin als Vuichard Recovery Technique bekannt ist, nachdem sie in letzter Zeit an Popularität gewonnen hat, wurde von Claude Vuichard, einem Inspektor des Bundesamts für Zivilluftfahrt (BAZL) in der Schweiz, unterrichtet. Diese Technik verwendet eine Kombination aller drei Bedienelemente zusammen, um den Höhenverlust zu reduzieren und sich schneller zu erholen: Wenden Sie zyklisch in Richtung des Heckrotorschubs an, erhöhen Sie die kollektive Steigleistung und koordinieren Sie mit dem Power-Pedal, um den Kurs beizubehalten (Kreuzsteuerung). Die Erholung ist abgeschlossen, wenn die Rotorscheibe den am Wind liegenden Teil des Wirbels erreicht.

Ausschalten des Wirbelringzustands

Es ist möglich, den Wirbelringzustand zu verlassen, aber dies erfordert etwa die doppelte Leistung, die zum Schweben benötigt wird. Nur ein Hubschrauber in Originalgröße , der Sikorsky S-64 Skycrane , ist dafür in der Lage, dies unbeladen zu tun.

Piloten- oder Betreiberreaktion

Hubschrauberpiloten wird am häufigsten beigebracht, VRS zu vermeiden, indem sie ihre Sinkgeschwindigkeit bei niedrigeren Fluggeschwindigkeiten überwachen. Beim Auftreffen auf VRS wird den Piloten beigebracht, vorwärts zyklisch zu fliegen, um aus dem Zustand herauszufliegen und/oder den kollektiven Pitch zu verringern . Während der Übergang zum Vorwärts- oder Seitenflug den Zustand selbst mildert, verringert ein Absenken des Kollektivs zur Verringerung des Leistungsbedarfs die Größe der Wirbel und verringert die Zeitdauer, die erforderlich ist, um den Zustand zu befreien. Da der Zustand jedoch häufig in Bodennähe auftritt, ist eine Absenkung des Kollektivs möglicherweise keine Option; ein Höhenverlust wird proportional zur Sinkgeschwindigkeit auftreten, die vor Beginn der Bergung entwickelt wurde. In einigen Fällen wird ein Wirbelringzustand angetroffen und kann bis zu einem Punkt vorrücken, an dem der Pilot aufgrund des unterbrochenen Luftstroms die zyklische Autorität stark verlieren kann. In diesen Fällen kann der Pilot die einzige Möglichkeit sein, in eine Autorotation einzutreten , um das Rotorsystem aus seinem Wirbelringzustand zu befreien.

Tandem-Rotor-Helikopter

Bei einem Tandem-Rotor- Hubschrauber wird der Vorwärtszyklus die durch VRS verursachte Sinkgeschwindigkeit nicht stoppen. Bei einem solchen Helikopter, der einen differentiellen kollektiven Pitch nutzt, um die Fluggeschwindigkeit zu erhöhen, müssen seitliche zyklische Eingaben begleitet von Pedaleingaben gemacht werden, um horizontal aus der gestörten Luft des Wirbelringzustands herauszugleiten.

Funkgesteuerte Multirotoren

Multirotoren (bei Drohnen üblich) unterliegen der normalen Aerodynamik von Drehflüglern, einschließlich des Wirbelringzustands. Rahmendesign, Größe und Leistung beeinflussen die Wahrscheinlichkeit, in den Zustand einzutreten und sich davon zu erholen. Multirotoren, die keine Höhenhaltung haben, erliegen auch eher einem Bedienerfehler, bei dem der Pilot das Fahrzeug zu schnell absenkt, was zu einem Aufwind an den Rotornaben führt, der zu einem Wirbelringzustand führen kann. Diejenigen, die damit ausgestattet sind, neigen dagegen dazu, ihren Abstieg automatisch zu steuern und können normalerweise (aber nicht immer) dem gefährlichen Zustand entkommen.

Siehe auch

Verweise

Externe Links