w poniższych akapitach szczegółowo omówione zostaną przyczyny tego stanu rzeczy. Aby ułatwić Wyjaśnienie, wszystkie opisy będą oparte na prostym systemie wirnika z dwoma łopatkami, który obraca się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, gdy oglądany jest z góry. To sprawia, że przesuwające się ostrze po prawej stronie samolotu kołysze się w kierunku przodu śmigłowca.
wyjaśnienia będą celowo utrzymywane w dość podstawowym zakresie., Dla bardziej zaawansowanych, proszę NIE wysyłać e-maila z informacją, że jest więcej niż zostało powiedziane. Proszę jednak skomentować, jeśli uzna Pan, że którekolwiek z wyjaśnień jest zasadniczo błędne.
istnieje wiele czynników, które regulują maksymalną prędkość śmigłowca:
opór w aerodynamice, opór to siła przeciwna ciągowi. Drag występuje w śmigłowcach w dwóch głównych typach:
a. pasożyt drag pasożyt drag to siły drag utworzone przez elementy wystające do przepływu powietrza wokół śmigłowca., Ponieważ ten opór jest przeciwny ciąg zmniejsza ilość dostępnego ciągu, aby śmigłowiec latał szybciej. Pasożyt drag obejmuje podwozie, anteny, osłony, drzwi itp. Kształt kadłuba będzie również wytwarzał opór pasożytów. W późniejszych śmigłowcach, gdzie producent próbował podnieść prędkość śmigłowca, podwozie jest chowane, aby zmniejszyć ilość wytwarzanego oporu pasożytów., Ogólnie rzecz biorąc, dla danej struktury, ilość oporu pasożyta jest proporcjonalna do prędkości, jaką struktura przechodzi przez powietrze, a zatem opór pasożyta jest czynnikiem ograniczającym prędkość powietrza.
b. hamulec Profilowyprofilowy jest to hamulec wytwarzany przez działanie łopatek wirnika wtłaczanych w nadjeżdżający strumień powietrza. Jeśli łopatka wirnika została przecięta na pół od przedniej części łopatki (krawędzi natarcia) do tylnej części łopatki (krawędzi natarcia), otrzymany kształt podczas patrzenia na przekrój uważany jest za „Profil”łopatki., Aby łopata wirnika wytwarzała siłę nośną, musi mieć grubość od górnej skóry do dolnej skóry, która jest nazywana „pochyleniem” ostrza. Ogólnie rzecz biorąc, im większy pochylenie, tym większy opór profilu. Dzieje się tak dlatego, że nadjeżdżający strumień powietrza musi się dalej oddzielić, aby przejść przez powierzchnie łopaty wirnika. Profil łopatek dla danego śmigłowca został zaprojektowany jako kompromis między zapewnieniem wystarczającej siły podnoszenia, aby śmigłowiec spełniał wszystkie swoje role, a minimalizacją oporu profilu., Aby zmienić ilość podnoszenia wytwarzanego przez układ wirnika, należy zmienić kąt natarcia. Wraz ze wzrostem kąta ataku zwiększa się również opór profilu. Jest to ogólnie określane jako „indukowany opór”, ponieważ opór jest indukowany przez zwiększenie kąta ataku.
Czy podczas podróży samochodem wtykałeś kiedyś rękę przez okno? Jeśli tak, czy zauważyłeś, że jeśli trzymałeś rękę płaską z kciukiem prowadzącym, możesz utrzymać rękę w tej pozycji dość łatwo z pewnym wysiłkiem. Co się stanie, jeśli obrócisz rękę tak, że twoja dłoń jest zwrócona w stronę wiatru?, Teraz nie jest tak łatwo utrzymać rękę nieruchomo i wymaga znacznie większego wysiłku, aby ją utrzymać. Może to być związane z przeciąganiem profilu i przeciąganiem indukowanym. cofanie ostrza aby zrozumieć cofanie ostrza, należy najpierw zrozumieć warunek znany jako”Dysymetria wyciągu”. Rozważ helikopter unoszący się w nieruchomym powietrzu i z zerową prędkością na ziemi. Pilot utrzymuje stały kąt nachylenia łopatek za pomocą dźwigni sterowania skokiem zbiorczym, a samolot znajduje się na stałej wysokości od ziemi., Prędkość przepływu powietrza nad ostrzem do przodu i ostrzem cofającym się jest równa.
Jeśli końcówka ostrza cofającego się porusza się z prędkością 300 km / h, to końcówka ostrza cofającego musi również poruszać się z prędkością 300 km / h. Prędkość przepływu powietrza nad łopatką jest stopniowo zmniejszana, gdy przyjrzymy się bliżej korzeniu łopatki (w kierunku piasty wirnika), ponieważ zmniejsza się odległość obserwowanego punktu do poruszania się po okręgu.,
w tym stanie ilość podnoszenia generowana przez każde ostrze jest taka sama, ponieważ ilość wytwarzanego podnoszenia jest funkcją prędkości i kąta natarcia. Jeśli jednak śmigłowiec zacznie poruszać się do przodu, prędkość przepływu powietrza nad ostrzem do przodu zostanie zwiększona o ilość prędkości do przodu, gdy ostrze porusza się w przeciwnym kierunku do lotu.,prędkość poruszania się do przodu przy prędkości 100 km/h, a następnie przepływ powietrza na rozwijającej się końcówce ostrza będzie wynosił:
| prędkość wywoływana przez obracanie ostrzy: | 300 km/h |
| Plus prędkość z lotu do przodu: | 100mph |
| całkowita efektywna prędkość na końcówce: | 400mph |
przy cofającym się ostrzu prędkość jest zmniejszona o ilość prędkości do przodu, gdy ostrze porusza się w tym samym kierunku, co przepływ powietrza utworzony przez lot do przodu., Tak więc końcówka jest teraz efektywnie poruszająca się z prędkością 200 km / h, czyli o połowę większą niż ostrze posuwające się do przodu. Ze wzoru na Podnośnik wiadomo, że ilość wyprodukowanego podnośnika zmienia się jako kwadrat prędkości. Z powyższego przykładu wynika, że ostrze przesuwające się będzie produkować cztery razy więcej podnoszenia niż ostrze cofające się. Jeśli sytuacja ta nie została poprawiona, śmigłowiec nie mógł latać do przodu w linii prostej podczas próby lotu do przodu. (To by rzeczywiście rzucać nos-up, ale to już inna historia!,)
Aby to poprawić, układ wirnika może „klapować”, dzięki czemu jedna końcówka łopaty może wznieść się ponad drugą w odniesieniu do płaszczyzny obrotu wirnika. Efektem tego jest zmniejszenie podnoszenia na ostrzu przesuwającym się i zwiększenie podnoszenia na ostrzu cofającym się. Następnie unoszenie obu łopatek jest wyrównywane.
Teraz, gdy rozumiemy „Dysymetrię wyciągu”, możemy przyjrzeć się wycofującej się ostoi.Przypominamy, że ostrze cofające się ma mniejszą prędkość przepływu powietrza niż ostrze przesuwające się w locie do przodu., Gdybyśmy mieli przyspieszyć nasz śmigłowiec z powyższego przykładu do 300 km / h, wtedy śmigło do przodu miałoby prędkość przepływu powietrza 600 km / h, a wycofujące się śmigło byłoby zerowe. Aby ostrze wytwarzało podnośnik, musi mieć nad nim pewien przepływ powietrza, więc w tym przypadku ostrze „przeciągnie się”. Stall to stan, w którym występuje załamanie gładkiego laminarnego przepływu powietrza nad powierzchniami Aerofłotu (łopaty wirnika).
przy wejściu każdego ostrza w stan przeciągnięcia po lewej stronie śmigłowca, lot do przodu nie mógł być utrzymywany przy tej prędkości., Zanim ostrze faktycznie zatrzymało się, wytworzyłoby serię ostrych wibracji znanych jako”buforowanie”. Kiedy producent produkuje nowy śmigłowiec, prędkość, z jaką nastąpi to zdeformowanie, jest ustalana podczas prób w locie, a następnie publikowana jest niższa liczba, która jest powszechnie znana jako VNE lub prędkość-nigdy nie przekracza .Określa to margines bezpieczeństwa poniżej prędkości, w której może wystąpić cofanie się ostrza.
odwrócenie przepływu powietrza odwrócenie przepływu powietrza zwykle występuje przed wycofaniem ostrza., Przypominamy, że prędkość przepływu powietrza jest stopniowo zmniejszana wzdłuż ostrza od najwyższej na czubku do najniższej na końcu korzenia.
Jeśli prędkość na końcu wynosi 300 km / h, to jest możliwe, aby prędkość była tak niska, jak 100 km / h u nasady. Dlatego przy prędkościach do przodu tak niskich, jak 100mph (ok. 87 Kts) są spotykane, główny koniec ostrza jest skutecznie zablokowany. Przy wyższych prędkościach, przepływ powietrza przez główny koniec ostrza może faktycznie cofać się i przemieszczać od krawędzi spływu do krawędzi natarcia., Dzieje się tak, ponieważ prędkość przepływu powietrza wytwarzana przez prędkość do przodu jest większa niż prędkość wytwarzana przez obracające się łopaty wirnika. Odwrócenie przepływu powietrza jest przeciwne do wytwarzania ciągu podnoszenia i wirnika.
Aby zmniejszyć skutki wahań podnoszenia od nasady do czubka ostrza, producent przekręci ostrze wzdłuż jego długości lub zastosuje stożek do ostrza.Twist to zmniejszenie kąta ataku od nasady do końcówki. Pamiętacie, że podnoszenie zwiększa się wraz z prędkością i kątem ataku?, Ponieważ końcówka porusza się szybciej niż korzeń, kąt ataku musi być zmniejszony w kierunku końcówki, aby utrzymać taką samą siłę podnoszenia na końcówce i korzeniach. Stożek to stopniowe zmniejszanie szerokości ostrza od krawędzi natarcia do krawędzi natarcia. Linia prosta ciągnięta od środka krawędzi natarcia do środka krawędzi natarcia jest nazywana „linią akordową”. Redukując linię akordów od nasady do końcówki, mniejsza powierzchnia jest dostępna dla przepływu powietrza, aby działać w celu wytworzenia lift.,
na śmigłowcach o większych prędkościach (Westland Lynx), głównym końcem ostrza jest tylko spar ostrza i obszar mocowania. Kształt Aerofłotu zaczyna się dopiero kilka stóp od środka wirnika. Ma to na celu zmniejszenie skutków odwrócenia przepływu powietrza, umieszczając powierzchnię produkującą podnośnik dalej, gdzie prędkość obrotowa jest wyższa.Ściśliwość powietrza powietrze jest gazem i dlatego odpowiada właściwościom gazu, a mianowicie zdolności do sprężania., Podczas badania aerodynamiki należy jednak również wziąć pod uwagę, że powietrze ma pewne właściwości płynu. Ciecz ma znacznie mniejszą ściśliwość niż gaz.
gdy przepływ powietrza nad łopatą wirnika uderza w krawędź natarcia, jest on dzielony na dwa strumienie, które następnie przechodzą nad i pod łopatą. Przy niższych prędkościach ta akcja rozszczepiania występuje stosunkowo łatwo wymagając niewielkiej energii. Wraz ze wzrostem prędkości powietrze uderzające w krawędź natarcia ma tendencję do ściskania przed rozdzieleniem na dwa strumienie. Pomyśl o tym, jak o uderzeniu ręką w powierzchnię wody., Jeśli posiekasz rękę w wodzie, jak karate, możesz dość łatwo oddzielić wodę. Jeśli jednak uderzysz otwartą ręką w wodę, potrzeba znacznie większej siły, aby zanurzyć rękę. Przepływ powietrza na krawędzi natarcia jest bardzo podobny. Ponieważ powietrze na krawędzi natarcia jest stopniowo sprężane, wymaga to znacznie większego nacisku wirnika, aby łopata rozdzieliła przepływ powietrza na dwa strumienie.Cyclic Control Stick Design projektanci śmigłowców zawsze starają się dopasować więcej sprzętu do kokpitu śmigłowca, aby zaspokoić wymagania rynku., Jednocześnie starają się zminimalizować ciężar samolotu, aby mógł on przenosić i podnosić więcej. Projektując stanowiska pracy pilota i drugiego pilota, konstruktorzy starają się umieścić elementy sterujące w miejscu, w którym załoga może łatwo i wygodnie obsługiwać wszystkie elementy sterujące bez nadmiernego sięgania i rozciągania. W ten sposób ogranicza się ilość ruchu dostępnego na cyklicznym drążku sterującym.,
projektanci mogli w praktyce zorganizować sterowanie tak, aby do normalnego lotu wymagane były bardzo małe ilości ruchu drążka, ale to sprawiłoby, że sterowanie w locie byłoby bardzo trudne, ponieważ sterowanie byłoby bardzo wrażliwe na małe wejścia. Z tego powodu elementy sterujące są rozmieszczone tak, aby dostępny był rozsądny ruch sterowania, zwykle 6-8 cali ruchu drążka w zależności od konkretnego modelu samolotu.dostępna moc silnika układ silnika w śmigłowcu jest wymagany do zapewnienia mocy dla szeregu wymagań, nie tylko układu wirnika., W układzie wirnika do pokonania oporu potrzebny jest ciąg. Wraz ze wzrostem prędkości, tak samo drag. Jeśli dostępna jest większa moc, aby pokonać opór, potencjalnie śmigłowiec może latać szybciej.
podsumowanie widać, że z tych czynników bardzo trudno jest projektantom śmigłowców zwiększyć maksymalną prędkość śmigłowca, ponieważ wiele czynników jest poza ich kontrolą. Wiele badań i rozwoju miało miejsce w takich obszarach, jak zmniejszenie oporu, lepsze konstrukcje łopatek wirnika i zwiększenie dostępnej mocy silnika.