Вихревое кольцо
Вихревое кольцо - критический режим полета вертолета, развивающийся при быстром снижении с малой поступательной скоростью. Характеризуется резкой потерей высоты и ослаблением реакции вертолета на перемещение органов управления.
Механизм возникновения
Когда вертолёт снижается вертикально на моторном режиме с небольшой скоростью Vy=3-4м/с, то встречный поток подходит к плоскости вращения винта снизу с такой же скоростью. Несущий винт, приводимый во вращение от двигателя, при снижении подсасывает воздух сверху со скоростью u и отбрасывает его вниз со скоростью 2u. Таким образом под плоскостью вращения винта два воздушных потока - индуктивный и встречный - движутся навстречу друг другу. При этом происходит образование вихрей, расположенных по окружности несущего винта, а поэтому получивших название вихревого кольца (см. рис. 1)
При наличии вихревого кольца на режимах вертикального снижения большая часть воздушного потока находится в турбулентном (завихрённом) состоянии. Часть мощности двигателя, а также некоторая часть энергии воздуха, протекающего через винт, расходуется на вихреобразование, т.е. не участвует в создании тяги несущего винта, и, следовательно, представляет собой потерю мощности. Режим полёта, при котором образуется вихревое кольцо, называется режимом вихревого кольца.
Вихревое кольцо начинает образовываться при малых скоростях моторного снижения (1-2 м/с) и возрастает по мере увеличения скорости снижения до максимального значения (5-16 м/с). При дальнейшем убирании газа и уменьшении шага винта отбрасывание воздуха вниз уменьшается. Поэтому уменьшается и вихреобразование, хотя вертикальная скорость снижения растёт.
При скорости снижения, соответствующей максимальной циркуляции воздуха в вихревом кольце, потери мощности на вихревое кольцо резко возрастают. Часть ометаемой площади становится неэффективной и выключается из работы, направленной на создание тяги несущего винта. Вертолёт резко увеличивает скорость снижения; вследствие турбулентного состояния потока в вихревом кольце возникает тряска вертолёта, ухудшается устойчивость и управляемость.
Выход из режима
Рекомендации даны для вертолёта Ка-32, но также применимы и для Ка-50.
От момента зарождения ВК до его полного формирования и появления специфического влияния на поведение вертолета проходит 5-6 секунд. Это время примерно характеризует меру инертности процесса образования вихря. Поэтому в момент зарождения вихря вертолет по воле летчика еще может перемещаться в боковом и продольном направлении относительно этого образования и занимать в нем более безопасную позицию. По вертикали положение определяется величиной вертикальной скорости снижения (от 5 м/с -верхняя граница вихря, до 16м/с - нижняя граница).
Физически вертолет не может преодолеть только верхнюю границу из-за необходимых для этого огромных мощностей двигателей. При смещении вбок, вперед или назад вы-ход из вихря возможен (с большим общим шагом), но приведет (особенно на границе) к значительному хаотичному перемещению лопастей несущего винта (отклонению от соконусности). Причиной этого является относительное перемещение вертолета по области с различными по величине и направлению векторами скоростей воздушных струй. При этом летчик ощутит повышенную вибрацию и значительное сопротивление вихря при попытке вертолета выйти из него.
Вихрь способен активно удерживать машину в своем центре и снижать высоту его зависания, если летчик не будет заранее уметь правильно и энергично действо-вать. Из-за резкого изменения направления потока воздуха с нисходящего на восходящий на боковой границе вихря на лопастях могут возникнуть закритические углы атаки и, как следствие, срыв потока с падением оборотов несущего винта. При этом возможно нерасчетное сближение лопастей. Поэтому выход из вихря с большим общим шагом принципиально НЕДОПУСТИМ.
Медленный выход вниз только за счет плавного уменьшения общего шага приведет на нижней границе (14-16 м/с) к очень неустойчивому поведению вертолета, «выталкиваемого» вихрем в какую-либо сторону за пределы кольца с последующим снижением. При этом поведение лопастей также неустойчиво, возможно уменьшение оборотов и приближение к границам срыва на лопастях из-за попадания несущего винта в сильный восходящий воздушный поток. В этом случае возможно и отклонение от соконусности, и вибрация, и нерасчетное сближение лопастей. Такой выход тоже НЕДОПУСТИМ.
Итак, правильные действия летчика в условиях «вихревого кольца» требуют учета перечисленных ниже свойств.
1. На малых скоростях полета при неустойчивом поведении стрелки указателя скорости (менее 35 км/ч) попадание в ВК легко определяется по самопроизвольному увеличению вертикальной скорости снижения до 7-8 м/с (летчик даже физически хорошо чувствует несанкционированное «проваливание» вертолета), по исчезновению привычной реакции вертолета на увеличение общего шага и по ощущению уменьшения эффективности ручки управления. Если в этот момент вертолет находится в центре вихревого образования, то увеличения вибрации и нарушения соконус-ности лопастей может и не быть. Тем не менее, после определения и уточнения ситуации оставаться в ВК даже на больших высотах НЕДОПУСТИМО. Летчик, как и врач, должен быть прекрасным диагностом, чтобы вовремя определить возникновение опасного режима и необходимый порядок действий.
2. Если в самом начале самопроизвольного «проваливания» на вертикальных скоростях 5-6 м/с летчик слегка изменит тангаж на пикирование (на 5-10°) и одновременно сбросит общий шаг (на 3-5°), то вихрь легко отступает. Если режим развился до Vy = 7-12 м/с, необходимо одновременно и энергично сбросить общий шаг примерно на 2/3 от исходного положения, а ручкой управления создать тангаж 25-30° на пикирование.
Через 2-3 секунды ручкой управления вернуть вертолет в исходное положение и скорректировать поступательную скорость (выйти на режим устойчивого поведения стрелки указателя скорости, то есть Vприб. > 35 км/ч), а общим шагом установить необходимую вертикальную. Согласно инструкции, минимальная приборная скорость полета при снижении более 3м/с должна составлять 50 км/ч. При этом стрелка указателя скорости находится в очень неустойчивом положении, что требует большой и не всегда оправданной концентрации внимания летчика на приборах. Поэтому минимально допустимой целесообразнее считать скорость 35 км/ч/ при которой положение стрелки прибора становится устойчивым, что, кстати, отлично видно и боковым зрением.
Образование ВК на этой скорости при любых вертикальных скоростях невозможно. В общем, если V > 3 м/с, а стрелка указателя скорости стала неустойчивой, что не увидеть невозможно, то, не дожидаясь усложнения ситуации, нужно незамедлительно выполнить действия, рекомендованные для выхода из начальной стадии «вихревого кольца».
Описанный выход из вихря вниз очень результативен, протекает без трясок, опасного сближения лопастей и снижения эффективности управления. При этом потеря высоты на выводе за счет сокращенного времени процесса сравнительно небольшая. Если бы было возможно перед выходом как-то окрасить воздух, то после завершения маневра в течение нескольких десятков секунд можно было бы наблюдать его вращение из-за большой инерции воздушной среды и энергии «вихревого кольца».
3. Если при снижении вертолета в ВК текущая высота покажется летчику уже недостаточной для благополучного выхода, но будет еще больше 25 м, необходимо энергично создать тангаж на пикирование 20-25° с одновременным сбросом общего шага на 1/2 оставшегося хода. Через 1 секунду необходимо увеличить общий шаг до взлетной мощности, а движением ручки управления на себя со скоростью, соразмерной скорости приближения земли, уменьшать тангаж на пикирование до прекращения снижения. С увеличением скорости перейти в набор высоты.
Энергичное уменьшение тангажа со сни-жением приведет к немедленному разрыву замкнутости вихря и изменению направле-ния воздействия нисходящей части вихревого потока на лопасти. Кроме того, мгновенно возникает «косая обдувка» несущего винта, которая вместе с кратковременным сбросом общего шага обеспечивает большой исходный запас по срыву. К моменту увеличения общего шага увеличивается мощность и интенсивность «косой обдувки», а управление вертолетом быстро становится нормальным.
4. Если текущая высота уже менее 20 м, на уменьшение тангажа и набор скорости времени нет, а V не более 2м/с что зависит от положения рычага общего шага, то на высоте 15-10 м соразмерно скорости сближения с землей следует выполнить энергичное и полное, насколько позволяет бустер, увеличение общего шага («подрыв»).
Источник: http://yak52.narod.ru/theorie/Vikhr_Ka-32.htm
Описание
Вихревое кольцо - это движение жидкости или газа в форме "бублика", закручивающегося вокруг самого себя (см. иллюстрацию). Примеры вихревых колец: колечки дыма, шапка ядерного гриба, кольцевые пузырьки (часто наблюдаемые аквалангистами). Такое движение возникает, когда большой и относительно сферический объем вещества с большой скоростью прогоняется некую среду (например, то же самое вещество) -- края и внутренняя часть прогоняемого объема подвергаются внешнему воздействию по-разному, и из-за разницы скоростей более "быстрая" внешняя область начинает закручиваться вокруг более медленной внутренней.
В случае вертолёта такое завихрение возникает, когда лопасти несущего винта с большой скоростью прогоняют воздух сквозь плоскость несущего винта. В этом случае воздух не просто гонится вниз относительно плоскости винта, создавая подъемную силу, а закручивается вокруг винта, не создавая такой силы. Что делает вертолет без подъемной силы? Правильно, падает.
Режим вихревого кольца наступает, например, при резком торможении или при быстром вертикальном снижении, когда вертолет садится в собственную струю воздуха. Для выхода из режима необходимо вывести вертолет из вихревой зоны "на чистый воздух".
| Автор: Герой Советского Союза, заслуженный лётчик-испытатель Гурген КАРАПЕТЯН, газета "Завтра"
|
|---|
| "Первым признаком неблагополучия соосной схемы при боевом применении и маневрировании стала катастрофа Ка-50 в 85-м году, когда на испытаниях разбился ведущий летчик-испытатель фирмы "Камов", Герой Советского Союза Ларюшин. Произошло это при следующих обстоятельствах. На испытания приехал маршал авиации Ефимов. Сначала показывали свою машину мы, потом пилотировали свою машину "камовцы". Ка-50 начал повторять элементы, которые незадолго до этого выполнили мы, и попал в так называемое "вихревое кольцо". У всех вертолетов есть вероятность попасть в режим вихревого кольца. Но маховые движения лопастей в вихревом кольце на вертолётах одновинтовой схемы "Миля" не приводят к столкновению с хвостовой балкой. А у соосных же вертолётов при определенном положении органов управления неминуемо происходит схлестывание лопастей. Потом, при расследовании этой катастрофы, выявили очень важный момент. Оказалось, что любой вертолет проходит вихревое кольцо при совершении любого маневра с определённой скоростью. Режим вихревого кольца мы можем получить при торможении, например. Но тот же Ми-28, чтобы избежать попадания в этот режим, может тормозить с положительной или нулевой вертикальными скоростями, а вот Ка-50, даже при торможении с положительной вертикальной скоростью, попадает в вихревое кольцо с непредсказуемыми маховыми движениями." |
