Управление полета вертолета

Управление полета вертолета используется для достижения и поддержания контролируемого аэродинамического вертолета полета . ^{[ 1 ]} Изменения в системе управления полетом самолета передаются механическим в ротор, создавая аэродинамические эффекты на лопасти ротора, которые заставляют вертолет двигаться желательным образом. Чтобы наклонить вперед и назад (шаг) или в сторону (рулон) требует, чтобы элементы управления изменяли угол атаки основных лопастей -ротора циклически во время вращения, создавая различное количество подъема в разных точках цикла. Для увеличения или уменьшения общего подъема требуется, чтобы элементы управления изменяли угол атаки для всех лопастей в совокупности в одинаковые количества одновременно, что привело к восходу, спуска, ускорения и замедлению.

Типичный вертолет имеет три входа управления полетом: циклический палочка, коллективный рычаг и педали против суетка. ^{[ 2 ]} В зависимости от сложности вертолета, циклический и коллективный может быть связан вместе с помощью смешанного блока , механического или гидравлического устройства, которое объединяет входные данные, а затем отправляется вдоль «смешанного» входа в контрольные поверхности, чтобы достичь желаемого результата Полем Ручная дроссельная заслонка также может считаться управлением полетом, потому что он необходим для поддержания скорости ротора на небольших вертолетах без губернаторов. Губернаторы также помогают пилоту контролировать коллективный шаг на главных роторах вертолета, чтобы сохранить стабильный, более точный полет.

Управление

Циклический

Циклический контроль, обычно называемый циклическим или просто циклическим , по внешнему виду похож на большинство вертолетов с контрольной палочкой из самолета с фиксированным крылом. Циклическая палка обычно поднимается из -за передней части сиденья каждого пилота. У Robinson R22 есть «покачивая» циклическая конструкция, подключенная к центральному столбцу, расположенному между двумя местами. Вертолеты с системами проводки позволяют устанавливать контроллер циклического стиля в сторону сиденья пилота.

Циклика используется для управления основным ротором , чтобы изменить направление движения вертолета. В падении циклическое управление движением вертолета вперед, назад и сбоку. Во время перелета вперед циклические входы управления вызывают изменения пути полета, аналогичные полету самолета с фиксированным крылом; Левый или правый входы приводят к тому, что вертолет переворачивается в поворот в желаемом направлении, а входы вперед и назад изменяют отношение высоты вертолета, что приводит к изменениям высоты (скалолазание или седости).

Управление называется циклическим, потому что он независимо изменяет угол механического шага или угол перья каждого основного лезвия ротора в соответствии с его положением в цикле. Шаг изменяется таким образом, что каждый лезвие будет иметь такой же угол падения, как и та же точка в цикле, изменяя подъемник, генерируемый лезвием в этой точке и заставляя каждого лезвия изменить угол падения, то есть Поверните слегка вдоль его длинной оси, в последовательности, когда она проходит ту же точку. Если эта точка мертва впереди, шаг лезвия кратко увеличивается в этом направлении. Таким образом, если пилот толкает циклический вперед, диск ротора наклоняется вперед, а вертолет нарисован прямо впереди. Если пилот толкает циклический вправо, диск ротора наклоняется вправо.

Любая система ротора имеет задержку между точкой в вращении, где элементы управления вводят изменение шага и точку, где происходит желаемое изменение полета лезвия ротора. Эта разница вызвана фазовой задержкой , часто путашей с гироскопической прецессией . Ротор - это колебательная система, которая подчиняется законам, которые управляют вибрацией, которая, в зависимости от системы ротора, может напоминать поведение гироскопа.

Коллектив

Коллективное управление тоном, или коллективный рычаг , обычно расположен на левой стороне сиденья пилота с регулируемым контролем трения, чтобы предотвратить непреднамеренное движение. Коллектив изменяет угол шага всех главных лопастей ротора в совокупности (то есть, все это одновременно) и не зависит от их положения в цикле вращения. Следовательно, если коллективный вход сделан, все лезвия изменяются одинаково, и в результате вертолет увеличивает или уменьшает его общий подъем, полученный из ротора. В уровне полета это вызовет восхождение или спуск, в то время как вертолет выдвинул вперед, увеличение общего подъема приведет к ускорению вместе с данным количеством восхождения.

Если вертолет страдает от сбоя пилота, пилот может отрегулировать коллективный шаг, чтобы поддерживать вращение ротора, генерируя достаточный подъем, чтобы приземлиться и заскочить в относительно мягкой посадке. ^{[ 3 ]}

Коллективное управление тоном в Boeing CH-47 Chinook называется контролем тяги , но служит одной и той же цели, за исключением того, что он управляет двумя системами ротора, применяя дифференциальный коллективный шаг. ^{[ 4 ]}

Дроссельная заслонка

Роторы вертолета предназначены для работы с определенной скоростью вращения. Дроссель управляет мощностью двигателя, который подключен к ротору трансмиссией. Настройка дроссельной заслонки должна поддерживать достаточную мощность двигателя, чтобы удержать скорость ротора в пределах, где ротор производит достаточное количество подъема для полета. Во многих вертолетах управление дроссельной заслонкой представляет собой единый или двойной мотоцикл скручивание в стиле мотоцикла , установленная на коллективном контроле (вращение противоположна дросселу мотоцикла), в то время как некоторые многооверные вертолеты имеют рычаги питания.

Во многих вертолетах с мощностью поршневого двигателя пилот манипулирует дросселем, чтобы поддерживать скорость ротора. Вертолеты турбинного двигателя и некоторые вертолеты поршня, используют губернаторов или другие электромеханические системы управления для поддержания скорости ротора и снятия пилота обычной ответственности за эту задачу. (Обычно существует также ручная реверсия, доступная в случае провала губернатора.)

Педали против суеты

Педали против вершины расположены в том же месте, что и педали руля в самолете, и служат аналогичной цели-они контролируют направление, в котором указывает нос самолета. Нанесение педали в заданном направлении изменяет шаг лезвия хвостового ротора, увеличивая или уменьшая тягу хвостового ротора и сделав нос в направлении приложенной педали ^{[ 5 ]}

Более поздние конструкции, известные как « Нотар », используют воздушный поток, чтобы обеспечить противодействие управлению вместо хвостового ротора. Этот воздушный поток генерируется в фюзеляже небольшим вентилятором или турбиной и направляется из задней части хвостового бума через вентиляционные отверстия. Внутренние лопатки могут варьировать этот поток, позволяя управлять осью рыскания. Системы Notar безопаснее, чем использование вращающегося хвостового ротора, и отсутствие ротора также удаляет связанный с ним сопротивление, потенциально повышая эффективность. ^{[ 6 ]}

Управление и эффекты вертолета
Имя	Непосредственно контролирует	Первичный эффект	Вторичный эффект	Используется в прямом полете	Используется в полете Hover
Циклический (боковой)	Варьируется в основном лезвие ротора с передним и кормовым движением	Наклоните основной диск ротора вперед и назад через шваровку	Индуцирует товар носа вниз или вверх	Чтобы отрегулировать скорость вперед и управление перевернутым поворотом	Двигаться вперед/назад
Циклический (продольный)	Варьируется главное шаг лезвия ротора с левым и правым движением	Наклоните основной ротор диск влево и вправо через шваровку	Индуцирует бросок в направлении перемещенного	Создать движение к сторонам	Двигаться вбок
Коллектив	Коллективный угол атаки для главных лезвий ротора через сплавку	Увеличьте/уменьшить угол шага всех лопастей главного ротора в равной степени, в результате чего самолет поднимается/спускается	Увеличить/уменьшить крутящий момент. В некоторых вертолетах контроль (ы) дроссельной заслонки является частью коллективной палочки. Скорость ротора сохраняется в основном постоянной на протяжении всего полета.	Чтобы отрегулировать мощность через настройку шага лезвия ротора	Чтобы отрегулировать высоту заноса/вертикальная скорость
Педали против суеты	Коллективная высота, подаренная в ротора хвостовые лопасти	Показатель рыскания	Увеличить/уменьшить крутящий момент и скорость двигателя (меньше, чем коллективное)	Чтобы отрегулировать угол бокового скольжения	Контролировать скорость/заголовок рыскания

Условия полета

Существует три основных условия полета для вертолета: прокат, вперед полет и ауторотация.

Прокачать

Некоторые пилоты считают, что парят самый сложный аспект полета вертолета. ^{[ 7 ]} Поскольку вертолеты, как правило, динамически нестабильны, отклонения от данного отношения не исправляются без пилотного ввода. Таким образом, пилот должен быть внесен частые входы управления и исправления, чтобы держать вертолет в желаемом месте и высоте. Использование пилота управляющих входов в прокатке выглядит следующим образом: циклический используется для устранения дрейфа в горизонтальной плоскости (например, вперед, назад и от стороны в сторону); Коллектив используется для поддержания желаемой высоты; и педали ротора хвостового ротора (или анти-верховой системы) используются для контроля направления или заголовка носа . Именно взаимодействие этих элементов управления может затруднить усложнение обучения, поскольку часто регулировка в любом управлении требует корректировки двух других, что требует знакомства с пилотом с связью управляющих входов, необходимых для получения плавного полета.

Вперед

В прямом полете управление полетом на вертолете ведут себя больше похожи на самолета с фиксированным крылом. Перемещение циклического вперед заставляет нос шаг вниз, тем самым теряя высоту и увеличивая скорость воздуха. Перемещение циклической спины заставляет нос вверх, замедляя вертолет и заставляя его подниматься. Увеличение коллективного (мощности) при сохранении постоянной воздушной скорости вызывает подъем, в то же время уменьшение коллективного (мощного) заставляет вертолет спускаться. Координация этих двух входов, вниз по коллективной плюс кормовой (задней) циклической или вверх, коллективной плюс прямой циклический причины, вызывает изменения в воздушной скорости, сохраняя постоянную высоту. Педали выполняют одну и ту же функцию как на вертолете, так и в самолете, чтобы поддерживать сбалансированный рейс. Это делается путем применения ввода педали в направлении, необходимого для центрирования мяча в ходе хода и индикатора банка .

Вперед в вертолете имеет ограничения, отличные от самолета с фиксированным крылом. В самолете с фиксированным крылом максимальная скорость воздуха ограничена напряжением, которое планер может противостоять; В вертолете он ограничен RPM ротора и эффективной воздушной скоростью над каждым лезвием. ^{[ 5 ]}

В стационарном наведении каждый лезвие ротора будет испытывать одну и ту же скорость в постоянной оборотной стороне. В условиях полета вперед одно лезвие ротора будет двигаться в встречный воздушный поток, в то время как другой уходит от него. При определенных воздушных скоростях это может создать опасное состояние, в котором запятнание лезвия ротора отступает, вызывая нестабильный полет. ^{[ 5 ]}

Авторотация

Дифференциальный контроль тона

Для вертолетов с двумя горизонтально установленными роторами изменениям, которые часто требуют, чтобы два ротора ведут себя обратно в ответ на стандартные входы управления от пилота. Те, у кого коаксиальные роторы (такие как камив Ка-50 ), имеют оба ротора, установленные на одной и той же мачте, один над другим на концентрических валах с приводными валами, выдвигающимися в противоположных направлениях на общей оси, и вносят рыскание, увеличивая Коллективный шаг ротора вращается в направлении желаемого поворота, одновременно уменьшая коллективный шаг другого, создавая диссимметрию крутящего момента.

Тандема-роторное судно (например, в Boeing CH-47 Chinook ) также используют два ротора, вращающихся в противоположных направлениях- территории , когда оно происходит из двух отдельных точек на одном планере, но имеет роторы на отдельных приводных валах через мачты у носа и хвоста. Эта конфигурация использует дифференциальный коллективный шаг, чтобы изменить общее отношение высоты самолета. Когда пилот перемещает циклический вперед, чтобы ударить нос вниз и ускорить вперед, вертолет реагирует, уменьшая коллективный шаг на переднем роторе и увеличивая коллективный шаг на заднем роторе, пропорционально, поворачивая два конца вокруг их общего центра масс . Изменения в рыскании вносятся с дифференциальным циклическим шагом, передний ротор, изменяющий циклический шаг в желаемом направлении, и противоположный шаг, нанесенный на задний план, еще раз поворачивая ремесло вокруг своего центра.

И наоборот, синхроптер и поперечный вращающийся вращающийся ротор-ротор-вращающийся вращающийся ротор (например, ротор наклона колокола/Boeing V-22 ) имеют две большие горизонтальные сборы ротора, установленные рядом, и используют дифференциальный коллективный шаг, чтобы воздействовать на рулон самолета. Как и тандемные роторы, дифференциальный циклический шаг используется для управления движением вокруг оси рыскания.

Смотрите также

Ссылки

Примечания

^ Gablehouse, Charles (1969) Вертолеты и автогиро: история вращающейся крыла и V/Stol Aviation. Липпинкотт. с.206
^ Полет вертолета на Helis.com
^ «Как вертолеты скользит на землю, когда двигатель вырезает» . Популярная механика . 14 ноября 2017 года.
^ Tandem Rotors Archived 2010-10-30 на машине Wayback на www.helicopterpage.com
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в FAA, Министерство транспорта США (2019). Руководство по летанию вертолета . С. Глава 2 - Аэродинамика полета.
^ Франкович, я.; Радо, б.; Rados, J. (2005). «Проектирование и применение нотара в качестве замены для классического хвостового ротора» . Анналы Дааама и разбирательства : 131–133.
^ Обучение летать на вертолетах , см. Раздел под названием: Первый урок: воздух

Источники

Служба стандартов полета. Руководство по летанию Rotorcraft: Руководство по FAA H-8083-21 . Вашингтон, округ Колумбия: Служба стандартов полета, Федеральное авиационное управление , американский кафедра транспорта , 2001. ISBN 978-1-56027-404-9 .
AOPA: владельцы самолетов и ассоциация пилотов http://www.aopa.org/news-and-video/all-news/2013/november/27/rotocraft-ruekie-helicopter-controls

[1] Gablehouse, Charles (1969) Вертолеты и автогиро: история вращающейся крыла и V/Stol Aviation. Липпинкотт. с.206

[2] Полет вертолета на Helis.com

[3] «Как вертолеты скользит на землю, когда двигатель вырезает» . Популярная механика . 14 ноября 2017 года.

[4] Tandem Rotors Archived 2010-10-30 на машине Wayback на www.helicopterpage.com

[:0-5] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в FAA, Министерство транспорта США (2019). Руководство по летанию вертолета . С. Глава 2 - Аэродинамика полета.

[6] Франкович, я.; Радо, б.; Rados, J. (2005). «Проектирование и применение нотара в качестве замены для классического хвостового ротора» . Анналы Дааама и разбирательства : 131–133.

[7] Обучение летать на вертолетах , см. Раздел под названием: Первый урок: воздух

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]