Вихровий кільце - критичний режим польоту вертольота, що розвивається при швидкому зниженні з малою поступальною швидкістю. Характеризується різкою втратою висоти і ослабленням реакції вертольота на переміщення органів управління.
механізм виникнення
рис.1 Схема освіти вихрового кільця
Коли вертоліт знижується вертикально на моторному режимі з невеликою швидкістю Vy = 3-4м / с, то зустрічний потік підходить до площини обертання гвинта знизу з такою ж швидкістю. Несучий гвинт, що приводиться в обертання від двигуна, при зниженні підсмоктує повітря зверху зі швидкістю u і відкидає його вниз зі швидкістю 2u. Таким чином під площиною обертання гвинта два повітряні потоки - індуктивний і зустрічний - рухаються назустріч один одному. При цьому відбувається утворення вихрів, розташованих по колу несучого гвинта, а тому отримали назву вихрового кільця (див. Рис. 1)
При наявності вихрового кільця на режимах вертикального зниження велика частина повітряного потоку знаходиться в турбулентному (завіхрённом) стані. Частина потужності двигуна, а також деяка частина енергії повітря, що протікає через гвинт, витрачається на вихреобразование, тобто не бере участі в створенні тяги несучого гвинта, і, отже, являє собою втрату потужності. Режим польоту, при якому утворюється вихровий кільце, називається режимом вихрового кільця.
Вихровий кільце починає утворюватися при малих швидкостях моторного зниження (1-2 м / с) і зростає в міру збільшення швидкості зниження до максимального значення (5-16 м / с). При подальшому прибиранні газу і зменшенні кроку гвинта відкидання повітря вниз зменшується. Тому зменшується і вихреобразование, хоча вертикальна швидкість зниження росте.
При швидкості зниження, що відповідає максимальній циркуляції повітря в вихровому кільці, втрати потужності на вихровий кільце різко зростають. Частина захоплюваної площі стає неефективною і вимикається з роботи, спрямованої на створення тяги несучого гвинта. Вертоліт різко збільшує швидкість зниження; внаслідок турбулентного стану потоку в вихровому кільці виникає тряска вертольота, погіршується стійкість і керованість.
Вихід з режиму
Рекомендації дані для вертольота Ка-32, але також можна застосувати й для Ка-50.
Від моменту зародження ВК до його повного формування і появи специфічного впливу на поведінку вертольота проходить 5-6 секунд. Це час приблизно характеризує міру інертності процесу освіти вихору. Тому в момент зародження вихору вертоліт з волі льотчика ще може переміщатися в бічному і поздовжньому напрямку щодо цього освіти і займати в ньому безпечнішу позицію. По вертикалі становище визначається величиною вертикальну швидкість зниження (від 5 м / с -верхня межа вихору, до 16м / с - нижня межа).
Фізично вертоліт не може подолати тільки верхню межу через необхідних для цього величезних потужностей двигунів. При зміщенні убік, вперед або назад ви-хід з вихору можливий (з великим спільним кроком), але призведе (особливо на кордоні) до значного хаотичного переміщення лопатей несучого гвинта (відхилення від соконусності). Причиною цього є відносне переміщення вертольота по області з різними за величиною і напрямком векторами швидкостей повітряних струменів. При цьому льотчик відчує підвищену вібрацію і значний опір вихору при спробі вертольота вийти з нього.
Вихор здатний активно утримувати машину в своєму центрі і знижувати висоту його зависання, якщо льотчик не буде заздалегідь вміти правильно і енергійно дійство-вать. Через різку зміну напрямку потоку повітря з спадного на висхідний на бічній кордоні вихору на лопатях можуть виникнути закритические кути атаки і, як наслідок, зрив потоку з падінням обертів несучого гвинта. При цьому можливо нерозрахованих зближення лопатей. Тому вихід з вихору з великим спільним кроком принципово неприпустимий.
Повільний вихід вниз тільки за рахунок плавного зменшення загального кроку призведе на нижній межі (14-16 м / с) до дуже нестійкого поведінки вертольота, «виштовхують» вихором в будь-яку сторону за межі кільця з подальшим зниженням. При цьому поведінка лопатей також нестійка, можливо зменшення оборотів і наближення до кордонів зриву на лопатях через попадання несучого гвинта в сильний висхідний повітряний потік. У цьому випадку можливо і відхилення від соконусності, і вібрація, і нерозрахованих зближення лопатей. Такий вихід теж є неприпустимим.
Отже, правильні дії льотчика в умовах «вихрового кільця» вимагають обліку перерахованих нижче властивостей.
1. На малих швидкостях польоту при нестійкому поведінці стрілки покажчика швидкості (менше 35 км / год) потрапляння в ВК легко визначається по мимовільного збільшення вертикальну швидкість зниження до 7-8 м / с (льотчик навіть фізично добре відчуває несанкціоноване «провалювання» вертольота), по зникненню звичної реакції вертольота на збільшення загального кроку і по відчуттю зменшення ефективності ручки управління. Якщо в цей момент вертоліт знаходиться в центрі вихрового освіти, то збільшення вібрації і порушення соконус-ності лопатей може і не бути. Проте, після визначення та уточнення ситуації залишатися в ВК навіть на великих висотах НЕПРИПУСТИМО. Льотчик, як і лікар, повинен бути прекрасним діагностом, щоб вчасно визначити виникнення небезпечного режиму і необхідний порядок дій.
2. Якщо на самому початку самовільного «провалювання» на вертикальних швидкостях 5-6 м / с льотчик злегка змінить тангаж на пікірування (на 5-10 °) і одночасно скине спільний крок (на 3-5 °), то вихор легко відступає. Якщо режим розвинувся до Vy = 7-12 м / с, необхідно одночасно і енергійно скинути спільний крок приблизно на 2/3 від початкового положення, а ручкою управління створити тангаж 25-30 ° на пікірування.
Через 2-3 секунди ручкою управління повернути вертоліт в початкове положення і скоригувати поступальну швидкість (вийти на режим стійкого поведінки стрілки покажчика швидкості, тобто Vпріб.> 35 км / год), а загальним кроком встановити необхідну вертикальну. Згідно з інструкцією, мінімальна приладова швидкість польоту при зниженні більш 3м / с повинна складати 50 км / год. При цьому стрілка покажчика швидкості знаходиться в дуже нестійкому положенні, що вимагає великої і не завжди виправданою концентрації уваги льотчика на приладах. Тому мінімально допустимої доцільніше вважати швидкість 35 км / год / при якій положення стрілки приладу стає стійким, що, до речі, відмінно видно і бічним зором.
Освіта ВК на цій швидкості при будь-яких вертикальних швидкостях неможливо. Загалом, якщо V> 3 м / с, а стрілка покажчика швидкості стала нестійкою, що не помітити неможливо, то, не чекаючи ускладнення ситуації, потрібно негайно виконати дії, рекомендовані для виходу з початкової стадії «вихрового кільця».
Описаний вихід з вихору вниз дуже результативним, протікає без трясінь, небезпечного зближення лопатей і зниження ефективності управління. При цьому втрата висоти на виведенні за рахунок скороченого часу процесу порівняно невелика. Якби було можливо перед виходом якось пофарбувати повітря, то після завершення маневру протягом декількох десятків секунд можна було б спостерігати його обертання через великий інерції повітряного середовища і енергії «вихрового кільця».
3. Якщо при зниженні вертольота в ВК поточна висота здасться льотчику вже недостатньою для благополучного виходу, але буде ще більше 25 м, необхідно енергійно створити тангаж на пікірування 20-25 ° з одночасним скиданням загального кроку на 1/2 залишився ходу. Через 1 секунду необхідно збільшити загальний крок до злітної потужності, а рухом ручки управління на себе зі швидкістю, сумірною швидкості наближення землі, зменшувати тангаж на пікірування до припинення зниження. Зі збільшенням швидкості перейти в набір висоти.
Енергійне зменшення тангажу зі сни-ням призведе до негайного розриву замкнутості вихору і зміни направле-ня впливу низхідній частині вихрового потоку на лопаті. Крім того, миттєво виникає «коса обдування» несучого гвинта, яка разом з короткочасним скиданням загального кроку забезпечує великий вихідний запас по зриву. До моменту збільшення загального кроку збільшується потужність і інтенсивність «косою обдування», а управління вертольотом швидко стає нормальним.
4. Якщо поточна висота вже менше 20 м, на зменшення тангажу і набір швидкості часу немає, а V не більше 2м / с що залежить від положення важеля загального кроку, то на висоті 15-10 м пропорційно швидкості зближення із землею слід виконати енергійне і повне, наскільки дозволяє бустер, збільшення загального кроку ( «підрив»).
Схема вихрового кільця
Вихровий кільце - це рух рідини або газу в формі "бублика", закручується навколо самого себе (див. Ілюстрацію). Приклади вихрових кілець: колечка диму, шапка ядерного гриба, кільцеві бульбашки (часто спостерігаються аквалангістами). Такий рух виникає, коли великий і щодо сферичний обсяг речовини з великою швидкістю проганяється якусь середу (наприклад, те ж саме речовина) - краю і внутрішня частина проганяє обсягу піддаються зовнішньому впливу по-різному, і через різницю швидкостей більш "швидка" зовнішня область починає закручуватися навколо повільнішою внутрішньої.
У разі вертольота таке завихрення виникає, коли лопаті несучого гвинта з великою швидкістю проганяють повітря крізь площину несучого гвинта. У цьому випадку повітря не просто женеться вниз відносно площини гвинта, створюючи підйомну силу, а закручується навколо гвинта, не створюючи такої сили. Що робить вертоліт без підйомної сили? Правильно, падає.
Режим вихрового кільця настає, наприклад, при різкому гальмуванні або при швидкому вертикальному зниженні, коли вертоліт сідає в свою струмінь повітря. Для виходу з режиму необхідно вивести вертоліт із вихровий зони "на чисте повітря".
"Першою ознакою неблагополуччя соосной схеми при бойовому застосуванні і маневруванні стала катастрофа Ка-50 в 85-му році, коли на випробуваннях розбився провідний льотчик-випробувач фірми" Камов ", Герой Радянського Союзу Ларюшін. Сталося це за таких обставин. На випробування приїхав маршал авіації Єфімов. Спочатку показували свою машину ми, потім пілотували свою машину "камовци". Ка-50 почав повторювати елементи, які незадовго до цього виконали ми, і потрапив в так зване "вихровий кільце". у всіх вертольотів є ймовірність потрапити в режим вихрового кільця. Але махові руху лопатей в вихровому кільці на вертольотах одногвинтової схеми "Миля" не призводять до зіткнення з хвостовій балкою. А у співвісних ж вертольотів при певному положенні органів управління неминуче відбувається схлестиваніе лопатей.
Потім, під час розслідування цієї катастрофи, виявили дуже важливий момент. Виявилося, що будь-який вертоліт проходить вихровий кільце при здійсненні будь-якого маневру з певною швидкістю. Режим вихрового кільця ми можемо отримати при гальмуванні, наприклад. Але той же Мі-28, щоб уникнути попадання в цей режим, може гальмувати з позитивною або нульовий вертикальними швидкостями, а ось Ка-50, навіть при гальмуванні з позитивною вертикальною швидкістю, потрапляє в вихровий кільце з непередбачуваними маховими рухами. "