Do helikopterrotortips går regelbundet supersoniskt?

17

I min fråga om helikopterbuller gjorde jag antagandet att en anledning till att de är så bullriga är att de viktigaste rotortipparna går snabbare än ljudets hastighet. @FreeMan ifrågasatte om så var fallet.

Jag har försökt att hitta information om detta men de flesta sidor slutar diskutera V NE - framåthastigheten vid vilken de framåtgående bladen går supersoniska medan de returrerande bladen förlorar lyft och stall. Det handlar inte om den situationen.

Det här handlar om regelbunden flygning - är det extremt höga bruset från helikoptrar eftersom deras rotortips är supersoniska eller kommer från andra källor?

P.S. Det finns viss omnämnande att "WOP-WOP" av nedstigande helikoptrar orsakas av rotortipparna som går supersoniska. Är detta fallet - och i så fall är det ett kantfall (den enda gången tipsen är supersoniska) eller bara ett exempel på när de gör det.

    
uppsättning RoboKaren 17.07.2015 05:40

2 svar

20

"Wop wop", som vanligtvis kallas knivsläpp, hörs när bladets spets passerar genom virveln som skapats av den tidigare.

Det kan undvikas. Den vanligaste flygregimen när detta händer är en grund nedstigning men fortfarande med ganska mycket kraft - t.ex. snabbt och grunt. Vortexen börjar röra sig ner så fort det lämnar bladets spets så i nivåflygning passerar följande blad över det. I en grund nedstigning med hög tonvinkel kan följande blad bokstavligen "släppa" in i föregående virvel. Vorten av de två bladen växlar nu och kan orsaka lokalt, övergående supersoniskt flöde. För att undvika det, sänk helt enkelt tonhöjden för att skapa en mer positiv nedstigning eller dra tillbaka den cykliska för att öka skivbelastningen och planera inställningen.

Bladtoppen går inte supersoniskt. Faktum är att i nästan alla helikoptermönster roterar rotorn inom ett mycket snävt hastighetsområde, vanligtvis mellan 90% och 110% av normalhastigheten. I de flesta flygregimer roterar rotorn med 100%, +/- några procent, oavsett om du klättrar, faller eller kryssar. Endast under automatisk rotation och aggressiv manövrering varierar intervallet med 10% eller mer. Det beror på vilken typ av helikopter som helst, men absoluta gränser skulle vara ungefär 85% (paniktid, risk för komplett stall) och 115% (mindre panik, risk för skador på maskinen, särskilt i svansrotorns drivaxel).

I normala operationer, och designen syftar till att uppnå detta, går rotortipsna inte supersoniska eftersom de gör en plötslig och stor minskning av prestanda med mer kraft krävs, högre bladbelastningar , vibrationer och buller.

Tänk på en helikopter som flyger framåt. Det framåtriktade bladet i sitt mest vinkelräta läge upplever ett relativt luftflöde som är lika (ignorerar alla slags mindre biverkningar) till framåthastigheten plus bladets hastighet. Returbladet upplever en relativ luftflöde som motsvarar bladets hastighet minus helikopterets hastighet.

Om knivarna roterar så fort att spetsarna är supersoniska, så kommer den huvudsakliga lyftgenererande delen av spårbladet, de yttre två tredjedelarna av spännvidden, att uppleva en så låg lufthastighet, för en del av spänningen kommer det till och med att bli negativt, att knivarna stallar och orsakar en katastrofal rulle in i den sidan. Det är detta fenomen som i sista hand begränsar knivarnas rotationshastighet och helikopterets maximala hastighet.

Låt oss titta på R22 som ett exempel. Följande siffror är ungefärliga.

Rotorns spetshastighet är cirka 670 fps (fot per sekund). Ljudets hastighet på marknivå på en standarddag är cirka 1100 fps. R22 flyger på nära VNE, låt oss säga 100kts vilket är cirka 170 fps.

Spetsen på framfartssidan, vid det snabbaste, flyger därför i förhållande till luftflödet vid 840 fps och på retursidan, vid det sakta, vid 500 fps.

Bladlängden är cirka 11 fot, så bladets mittparti på återkomstsidan flyger bara vid 190 fps (hälften av 670 minus lufthastigheten). När du kommer till ca 4 meter från bladroten är det nu bara 50 fps och inte mycket längre därifrån, blir noll, då negativ.

Kom ihåg att hissen är proportionell mot hastighetens kvadrat. Du kan nu se den enorma skillnaden mellan hissen på båda sidor då flyghastigheten ökar.

För att svara på din fråga direkt, skulle R22 behöva flyga vid 530 fps för att närma sig supersonisk spetshastighet, vilket motsvarar ca 330 kts vilket det inte kan nå någonstans nära att uppnå.

PS. R22 POH talar i kejserliga åtgärder. När jag får lite tid, gör jag om siffrorna i metriska som jag, och det mesta av världen, föredrar.

    
svaret ges 17.07.2015 10:57
6

En helikopterrotors karakteristiska takt orsakas av växelverkan mellan rotorbladets vorter, särskilt mellan huvudrotorn och svansrotorvorterna. Eftersom chockvågorna av dessa impulser sammanfaller skapar de kraftfulla (höga) övertoner. Denna effekt kan inträffa vid rotorhastigheter långt under supersonisk.

Vortexinteraktionen kan minskas genom att omge (en mindre, flerblads) svansrotor - mer som en fläkt - med en lila. En sådan installation kallas en fenestron ("windowed", och egentligen ett varumärke som tillhör Eurocopter), en kanalfläkt eller fan-in-fin. Denna utveckling var ursprungligen konstruerad för förbättrad säkerhet och prestanda.

Modifieringar av huvudrotorn för att minska impulsen från virveln brukar handla bort ström eller ekonomi.

På supersonisk hastighet har helikoptrar en teoretisk topphastighet på 417 km / h i konventionellt flygläge på grund av problemet med det framåtgående bladet som når supersonisk hastighet över ett stort område och det returrättande bladet förlorar hissen plötsligt.

Någon frågade hur en del av bladet kunde vara supersoniskt medan majoriteten av dess längd var subsonisk. Detta beror på att rörelsen är vinklad. En punkt på ytterdelen rör sig mycket snabbare än en punkt på innerområdet för att täcka samma vinkel samtidigt. Detta supersoniska tillstånd uppnås tidigare i flygning än i svävaren. När bladet rör sig "framåt" läggs lufthastigheten till rotationshastigheten för det framåtriktade bladet och subtraheras från det bakåtgående rörbladet. En gemensam lösning för att hysa skillnaden i höjning av motstående knivar är att leda dem i roten för att tillåta bladet med en högre lufthastighet att fälla uppåt i begränsad utsträckning. Vissa "styva" mönster ersätter gångjärnet med en flexibel sektion.

    
svaret ges 28.02.2017 18:06