dotaz na techniku pilotaze vrtulniku

[JiK]

Rad bych se zeptal na jednu drobnost ohledne pilotaze modernich vrtulniku. Vim, ze vrtulnik muze pri ztrate vykonu nebo zavade motoru pristat autorotaci, a trochu tusim jak to funguje, akumulace potencialni energie z vysky do rotace rotoru, a pak jednorazove zpomaleni rychlosti klesani, tesne pred dosednutim na zem. Kdyz se to povede, da se to nejen prezit, ale zachrani se i stroj.

moje otazka je neco jineho, jde ve vrtulniku nejak premenit dopredna rychlost na vysku (tak jak u letounu pritazenim), koupit si 2-3 vteriny casu, a tu vysku potom vyuzit treba na tu autorotaci? Nebo, kdyz se pri bojovem letu leti hodne rychle a hodne nizko, je kazdy problem taky ten posledni?

[Alfik]

Rad bych se zeptal na jednu drobnost ohledne pilotaze modernich vrtulniku. Vim, ze vrtulnik muze pri ztrate vykonu nebo zavade motoru pristat autorotaci, a trochu tusim jak to funguje, akumulace potencialni energie z vysky do rotace rotoru, a pak jednorazove zpomaleni rychlosti klesani, tesne pred dosednutim na zem. Kdyz se to povede, da se to nejen prezit, ale zachrani se i stroj.

moje otazka je neco jineho, jde ve vrtulniku nejak premenit dopredna rychlost na vysku (tak jak u letounu pritazenim), koupit si 2-3 vteriny casu, a tu vysku potom vyuzit treba na tu autorotaci? Nebo, kdyz se pri bojovem letu leti hodne rychle a hodne nizko, je kazdy problem taky ten posledni?

Takhle to úplně přesně nefunguje, a pokud vysvětlím, co je autorotace, odpovím i (souhlasně) na otázku zda jde "vyměnit" výšku za dolet.
Nejde vůbec o setrvačnost. Energie jako má rotace nosných ploch, je tak nízká, že by ji její proměna na vztlak velmi rychle zrušila. Ve skutečnosti to dělá jen pár sekund, a piloti se naopak snaží aby k tomuto nedošlo.
Princip autorotace vyplývá s geometrie listu. Stejně jako u vrtule, je i u listů rotoru nutno je nakrucovat, u osy mají větší úhel nastavení (úhel mezi osou, tedy buď hřídelí vrtule nebo hřídelí rotoru, a profilem), aby byl (pokud možno) zachován úhel náběhu. Protože obvod kruhu se zvyšuje s násobkem čísla pí, tzn. např. 0,5m od osy je obvod 3,14m, ale 1m od osy je už 6,28m (obv. kruhu = pí x D), a listy se nuceně pohybují se stálou úhlovou rychlostí, byl by úhel náběhu u "rovného" listu velmi odlišný na začátku a na konci listu, protože se velmi liší jejich obvodová rychlost.
Pokud jsou tedy listy poháněny, vyvíjí zhruba stejný tah (vztlak) na pomalu se pohybující části u osy, i na rychle se pohybující části na konci.
Logicky z toho vyplývá, že velikost listu vrtule i listu rotoru je omezená, jsou prostě rychlosti, u kterých se bude ta pomalá část už pohybovat pod rychlostí kdy může vyvíjet vztlak, zatímco ta rychlá bude atakovat rychlost zvuku, což je nežádoucí. Tím je omezen i maximální tah který lze tímto zp. vyvodit, a tedy maximální velikost a hmotnost vrtulového letadla i vrtulníku.
A teď ta autorotace:
Pokud je list nepoháněn, tak pilot stlačí páku kolektivu dolů, a to co nejrychleji, až po zarážku. Tím nastaví nejnižší možný úhel nastavení, ještě nižší než "bez tahu", na zemi. Tím se ta vnitřní část, která má jak už jsme popsal, nakroucení, stane spotřebitelem energie a vyvozovatelem tahu, protože pořád bude mít kladný úhel náběhu. Ale ta vnější část listů, která je oproti ní méně nakroucená, se dostane do pozice kdy má záporný úhel náběhu, a stane se "motorem", bude ji pohánět proud vzduchu.
Protože ale máme princip páky, tak vzdálená část listu, která bude pohánět tu vnitřní, může být mnohem kratší, jelikož je dále od osy.
Takže se listy dostanou do energetické rovnováhy. Co vnější část listů vyrobí, vnitřní část spotřebuje. Ale, samozřejmě, s tím se dá jedině klesat. Perpetuum mobile nebylo povoleno ani helikopotforám
A teď k tomu dopřednému pohybu.
Ten ve skut. potřebuje mnohem méně energie než vis, bez ohl. jestli je rotor poháněn motorem, nebo autorotací. Je tomu tak proto, že ve visu funguje rotor podobně jako ventilátor. A ty nelítají...
Proč je šikmé ofukování listů výhodnější, než svislé, totiž vyplývá z toho, že (v poměrně široké škále rychlostí) vztlak roste s druhou mocninou rychlosti. Takže, letí-li vrtulník (dejme tomu příklad ke kterému samozřejmě nedochází, je to jen aby se to snadněji počítalo) vodorovně, rychlostí stejnou jako je rychlost jakou pohání listy rotoru, tak na listu který "couvá" vůči trupu vrtulníku, a má tedy nulovou rychlost vůči vzduchu, bude nulový vztlak, ale na listu na opačné straně, který má oproti vzduchu dvojnásobnou rychlost, bude vztlak čtyřnásobný (dvě na druhou). Listy které se pohybují zprava doleva a naopak budou mít rychlost a vztlak, odpovídající rychlosti s jakou rotujeme rotorem.
V tomto příkladu by tedy byl vztlak 3:2 ve prospěch toho pohybujícího se vpřed, ale ve skut. to samozřejmě takhle přesně není. Je to jen příklad.
Kulovitá slepice ve vakuu
Takže, i při autorotaci na dopředném pohybu vrtulník vydělá. Nafukování zespodu, které působí na konečky listů, bude stejné jako u kolmo klesajícího stroje, ale vztlak na postupujícím listu bohatě převýší ztracený vztlak na listu ustupujícím.

Ufff je to složité, já vím když tak to dovysvětlím.

[vencour]

Rad bych se zeptal na jednu drobnost ohledne pilotaze modernich vrtulniku. Vim, ze vrtulnik muze pri ztrate vykonu nebo zavade motoru pristat autorotaci, a trochu tusim jak to funguje, akumulace potencialni energie z vysky do rotace rotoru, a pak jednorazove zpomaleni rychlosti klesani, tesne pred dosednutim na zem. Kdyz se to povede, da se to nejen prezit, ale zachrani se i stroj.

moje otazka je neco jineho, jde ve vrtulniku nejak premenit dopredna rychlost na vysku (tak jak u letounu pritazenim), koupit si 2-3 vteriny casu, a tu vysku potom vyuzit treba na tu autorotaci? Nebo, kdyz se pri bojovem letu leti hodne rychle a hodne nizko, je kazdy problem taky ten posledni?

Takhle to úplně přesně nefunguje, a pokud vysvětlím, co je autorotace, odpovím i (souhlasně) na otázku zda jde "vyměnit" výšku za dolet.
Nejde vůbec o setrvačnost. Energie jako má rotace nosných ploch, je tak nízká, že by ji její proměna na vztlak velmi rychle zrušila. Ve skutečnosti to dělá jen pár sekund, a piloti se naopak snaží aby k tomuto nedošlo.
Princip autorotace vyplývá s geometrie listu. Stejně jako u vrtule, je i u listů rotoru nutno je nakrucovat, u osy mají větší úhel nastavení (úhel mezi osou, tedy buď hřídelí vrtule nebo hřídelí rotoru, a profilem), aby byl (pokud možno) zachován úhel náběhu. Protože obvod kruhu se zvyšuje s násobkem čísla pí, tzn. např. 0,5m od osy je obvod 3,14m, ale 1m od osy je už 6,28m (obv. kruhu = pí x D), a listy se nuceně pohybují se stálou úhlovou rychlostí, byl by úhel náběhu u "rovného" listu velmi odlišný na začátku a na konci listu, protože se velmi liší jejich obvodová rychlost.
Pokud jsou tedy listy poháněny, vyvíjí zhruba stejný tah (vztlak) na pomalu se pohybující části u osy, i na rychle se pohybující části na konci.
Logicky z toho vyplývá, že velikost listu vrtule i listu rotoru je omezená, jsou prostě rychlosti, u kterých se bude ta pomalá část už pohybovat pod rychlostí kdy může vyvíjet vztlak, zatímco ta rychlá bude atakovat rychlost zvuku, což je nežádoucí. Tím je omezen i maximální tah který lze tímto zp. vyvodit, a tedy maximální velikost a hmotnost vrtulového letadla i vrtulníku.
A teď ta autorotace:
Pokud je list nepoháněn, tak pilot stlačí páku kolektivu dolů, a to co nejrychleji, až po zarážku. Tím nastaví nejnižší možný úhel nastavení, ještě nižší než "bez tahu", na zemi. Tím se ta vnitřní část, která má jak už jsme popsal, nakroucení, stane spotřebitelem energie a vyvozovatelem tahu, protože pořád bude mít kladný úhel náběhu. Ale ta vnější část listů, která je oproti ní méně nakroucená, se dostane do pozice kdy má záporný úhel náběhu, a stane se "motorem", bude ji pohánět proud vzduchu.
Protože ale máme princip páky, tak vzdálená část listu, která bude pohánět tu vnitřní, může být mnohem kratší, jelikož je dále od osy.
Takže se listy dostanou do energetické rovnováhy. Co vnější část listů vyrobí, vnitřní část spotřebuje. Ale, samozřejmě, s tím se dá jedině klesat. Perpetuum mobile nebylo povoleno ani helikopotforám
A teď k tomu dopřednému pohybu.
Ten ve skut. potřebuje mnohem méně energie než vis, bez ohl. jestli je rotor poháněn motorem, nebo autorotací. Je tomu tak proto, že ve visu funguje rotor podobně jako ventilátor. A ty nelítají...
Proč je šikmé ofukování listů výhodnější, než svislé, totiž vyplývá z toho, že (v poměrně široké škále rychlostí) vztlak roste s druhou mocninou rychlosti. Takže, letí-li vrtulník (dejme tomu příklad ke kterému samozřejmě nedochází, je to jen aby se to snadněji počítalo) vodorovně, rychlostí stejnou jako je rychlost jakou pohání listy rotoru, tak na listu který "couvá" vůči trupu vrtulníku, a má tedy nulovou rychlost vůči vzduchu, bude nulový vztlak, ale na listu na opačné straně, který má oproti vzduchu dvojnásobnou rychlost, bude vztlak čtyřnásobný (dvě na druhou). Listy které se pohybují zprava doleva a naopak budou mít rychlost a vztlak, odpovídající rychlosti s jakou rotujeme rotorem.
V tomto příkladu by tedy byl vztlak 3:2 ve prospěch toho pohybujícího se vpřed, ale ve skut. to samozřejmě takhle přesně není. Je to jen příklad.
Kulovitá slepice ve vakuu
Takže, i při autorotaci na dopředném pohybu vrtulník vydělá. Nafukování zespodu, které působí na konečky listů, bude stejné jako u kolmo klesajícího stroje, ale vztlak na postupujícím listu bohatě převýší ztracený vztlak na listu ustupujícím.

Ufff je to složité, já vím když tak to dovysvětlím.

Zeptám se jako laik: řídí tohle otáčky "zadní vrtule"?
Podle popisu (https://www.pilotemnazkousku.cz/pilotem ... -vrtulnik/) nejsou listy vrtule u cykliky po svém obvodu stejně nastavené ... a tam se i píše, že otáčky zadní vrtule jsou konstantní co do rychlosti.
Takže to je skoro vyšší dívčí. Pro mne i v tom, že v simulátoru musím mít aspoň cca 50% plynu, abych se zvedl (asi víc). V tom pohledu pak dává smysl, že je třeba hodně "energie" udržet tohle ve vzduchu nebo to zvednout ještě výš. A u přistání je to ještě větší práce nerozbít, znam lidi, co koupili model a hned ho rozbili. Opravdu ta schopnost viset, udržet a nepadat, je celkem těžké pro začátečníka podchytit.

[Alfik]

No, je to stejné, samozřejmě. Ono je to totiž (a proto je složité to vysvětlit) tak, že ty listy mají jednak úhel nastavení který se mění, ale mimo to mají ještě zkroucení, aby se dodrželo to co jsem napsal, o tom úhlu .
Hele, podívej se na nějakou fotku vrtule, nebo lodního šroubu. Protože mají vysoké obrátky, oproti rotoru vrtulníku, i oproti té vyrovnávací vrtulce, tak to zkroucení je na nich lépe vidět.
Třeba tady: https://www.mojerc.cz/images/stories/vi ... 4509-1.jpg (neumím vkládat obrázky na Palbu, omlouvám se)
Podíváš-li se na pravý list (z hl. obrázku), uvidíš, že má na začátku, u osy, hodně velký úhel, odhadem tak 45 stupňů, ale na konci asi tak jednotky stupňů.
To je to zkroucení, o němž jsem psal. Rotory na vrtulníku mají totéž, ale nemusí to mít tak moc zkroucené, mají na to mnohem větší délku.
No a pak je tu nastavování úhlu za pomocí kolektivního ovládání (rotor) a nožních řididel (vyrovnávací rotor). Ten mění nastavení celého listu. U hl. rotoru se tím řídí vztlak, u vyrovnávacího se tím ovládá síla která vrtulník točí okolo svislé osy.
A ano.
A ještě jednou ano.
Je to vyrovnávací rotor, nikoli "vrtulka" má stejnou strukturu, tedy řízení a listy a vše ostatní, jako hlavní rotor.
Má stálé otáčky, stejně jako hlavní rotor (ostatně je poháněn od hlavní převodovky, takže musí), jejich tah se ovládá jen kolektivním zvýšením úhlu nastavení jejich listů. A motorový automat pak se postará o to, aby se podle toho přidalo či ubralo na palivu tak, aby výkon byl v rovnováze a otáčky se neměnily.
Btw spousta simulátorů to zjednodušuje až tak, že je to o h***ě. Prostě - nad 50% stoupáš, pod 50% klesáš.
Doporučuju počkat až v MSFS dodají patch č. 9, slibují v něm výpočty obtékání, a tím i vztlaku, v reálném čase, jak pro křídla, tak pro vrtule a rotory.
Pak by mělo mít smysl vše co jsem popsal, tzn. např. vliv země a vliv výšky, měl by statický dostup být zhruba roven polovina dynamického (viz předchozí příspěvek - vliv dopředného pohybu). Slibují ho letos. Uvidíme.
Nebo DCS. Dát si třeba Apache na mapu Krymu a snažit se doletět na nejvyšší kopec Tam se prostě nedá dostoupat staticky, musí se letět dopředně a stoupat

[Alfik]

Tak. A teď k té cyklice.
Cyklika se to jmenuje proto, že se to mění cyklicky, tzn. když se list dostane na nějaké místo, tak tam má takové nastavení jako když tam byl jiný, předešlý list. Na rozdíl od kolektivu (všechy listy kolektivně stejně). Např.: vepředu uberu, tím se stroj skloní, apod.
To znamená, že ta řízená změna úhlu nastavení, se děje tak, aby se projevovala na listech synodicky, vždy ten, co je tam co je, má takový úhel jaký má mít právě tam. Když se posune, otočí, tak má takový, jaký má mít na novém místě.
To má několik důvodů, jeden z nich je právě ovládání klonění a klopení hlavním rotorem. Ale neméně důležitý vliv je ten, že toto uložení listů umožňuje jejich mávání, tedy aby se list mohl, na rozdíl od vrtule, pohybovat aspoň trošku nahoru a dolů (resp. doprava a doleva), podle toho, co se se strojem děje. Díky tomu se listy neulomí pokaždé, když manévruješ
To je navíc spřaženo s nastavováním listu, takže listu, který mávne nahoru, se sníží úhel nastavení, a naopak. To zajišťuje, aby se listy neustále stabilizovaly v žádoucí poloze, tzn. mávnout si můžou, ale hned je aerodynamika bude umravňovat a tlačit je na jejich místo
Proto je cyklika také u vyrovnávacího rotoru. Pom. kolektivu si nastavíš, zda se vrtulník má točit nebo ne, a cyklika zaručí, že se listy nepolámou pokaždé, když stroj nějak nakloníš nebo naklopíš.
Btw mám někde v knihovně výkresy sestavení rotorové hlavy u Ka-50, který, jak asi víš, má dva protiběžné rotory, a oba musí mít nastavování cykliky i kolektivu, je to velmi chytré řešení a neváhal bych říci, že ty výkresy jsou něco jako porno pro technika

[knezdub]

Sem s těmi výkresy :-)

[Alfik]

Ses urval? To je několik plachet A0... nemám jak to ani ofotit a převést do el. podoby. To budeš mít rychlejší najít to na netu

[JiK]

predpokladam, ze cyklika, tedy uhel nabehu kazdeho listu rotoru vzhledem k aktualni pozici listu rotoru, (vulgarneji jestli ten hypoteticky disk rotoru tahne nahoru vpredu, vzadu, vlevo nebo vpravo) se ovlada kniplem, a uhel nabehu listu zadniho stabilizacniho rotoru, tedy toceni, se ovlada pedalama. ne?

Nicmene muj puvodni dotaz byl na malicko neco jineho. kdyz rozhulakam letoun na vysokou rychlost na nizke vysce a neco se stane, prvni instinkt je s citem ale razne pritahnout. Koupim si vysku za rychlost, mam diky ni cas neco delat. Jak je to u vrtulniku? Kdyz to rozbalim na Vmax 15 m nad zemi, a neco se stane, da se nejak ziskat vyska, cas, a moznost s tim neco udelat?

[Alfik]

predpokladam, ze cyklika, tedy uhel nabehu kazdeho listu rotoru vzhledem k aktualni pozici listu rotoru, (vulgarneji jestli ten hypoteticky disk rotoru tahne nahoru vpredu, vzadu, vlevo nebo vpravo) se ovlada kniplem, a uhel nabehu listu zadniho stabilizacniho rotoru, tedy toceni, se ovlada pedalama. ne?

Přesně tak. A kolektiv tou pákou na boku, co se pohybuje nahoru a dolů.

Nicmene muj puvodni dotaz byl na malicko neco jineho. kdyz rozhulakam letoun na vysokou rychlost na nizke vysce a neco se stane, prvni instinkt je s citem ale razne pritahnout. Koupim si vysku za rychlost, mam diky ni cas neco delat. Jak je to u vrtulniku? Kdyz to rozbalim na Vmax 15 m nad zemi, a neco se stane, da se nejak ziskat vyska, cas, a moznost s tim neco udelat?

Je to stejné jako u letadla. Ano, jemně si vytratit rychlost tím, že si jakoby získáváš výšku. Ideální je potom v autorotaci klesat zhruba tak, abys měl úhel sestupu nižší než 45 stupňů, tedy pokud dejme tomu klesáš 3m/s, tak dopředná rychlost aby byla vyšší než 3m/s, tedy zhruba 11km/h.
Takže, ideální je to cos popsal, a současně zarazit páku kolektivu (jako "plyn") do podlahy až kam to půjde.
A získanou výšku si užít, dokud to jde, vybrat si místo posazení a posadit to jako letadlo, tedy s tou dopřednou rychlostí.
Na tom videu Ka-52, u kterého jsme se začali bavit o Škvalu, je právě krásně vidět, že pilot napřed jemně vytratil rychlost, a pak dosedl nouzově - ale pořád v poměrně velké dopředné rychlosti.
Ale maximálka vrtulníku je MNOHEM nižší než u letadla! Nečekej že nastoupáš desítky metrů. Spíš nenastoupáš ani celý jeden...

Problém maximálky vrtulníku, a to proč je dvourotorový vrtulník rychlejší než jednorotorový, by bylo další vysvětlování. Holt něco za něco. Chceš viset, bočit či couvat? Jak je libo, ale za cenu pomalosti

Mimochodem, to o tom úhlu sestupu platí i o zvládání vortexu - tzn. pokud se to stane, tak naklonit vrtulník tak, aby nabral vodorovnou rychlost (nemusí být dopředu, naopak ideální je na tu stranu na bok, na kterou jej bude tlačit i vyrovnávací rotor na zádi) takovou, aby byla vyšší než rychlost klesání. A vortex zmizí sám. Pokud jej ovšem "chytneš" deset metrů nad zemí... a nestihneš to už... bada bum

A ještě mimochodem pro šťouraly: Zajímavost taková, no... když pohneš pákou cykliky dopředu, tak se nezačne zdvihat zadní část listů a klesat přední. Ve skut. se začne zdvihat a klesat levá nebo pravá strana, podle směru otáčení
To je proto, že nepotřebuješ naklonit rovinu listů, to je jen nástroj. Potřebuješ naklonit vrtulník, a rovina listů jej bude následovat.
No a protože ten vrtulník potom bude do toho požadovaného náklonu tlačit gyroefekt rotoru ... a ten je mnohem silnější než okamžitá a krátkodobá změna aerodyn. síly na listech... tak...

[vencour]

Pokud je potřeba aspoň 50% výkonu motoru na vis, tak při ztrátě motoru je to skoro jako když letadlo ztratí velkou část křídel.