Hissymmetri
|
|
| tillbakadragande bladsida | framskjutande bladsida |
Dissymmetri of lift (även känd som asymmetri of lift eller asymmetrisk lyft ) inom rotorfarkoster aerodynamik hänvisar till en ojämn mängd lyft på motsatta sidor av rotorskivan . Det är ett fenomen som påverkar enrotors helikoptrar och autogyron i framåtflygning.
Ett rotorblad som rör sig i samma riktning som flygplanet kallas det framåtskridande bladet och bladet som rör sig i motsatt riktning kallas det retirerande bladet. När de ses från ovan, vrider de flesta amerikanska helikopterrotorer moturs; Franska och ryska helikoptrar svänger medurs.
Att balansera lyftet över rotorskivan är viktigt för en helikopters stabilitet. Mängden lyft som genereras av en bäryta är proportionell mot kvadraten på dess flyghastighet (hastighet). I en hovring har rotorbladen lika lufthastigheter och därför lika lyft. I framåtflygning har emellertid det framåtgående bladet en högre lufthastighet än det retirerande bladet, vilket skapar ojämn lyftning över rotorskivan.
Analys
Överväg en enrotorshelikopter i stillastående luft. För en stationär (svävande) helikopter, vars blad med en längd på r meter roterar med ω radianer per sekund, rör sig bladspetsen med en hastighet r ω meter per sekund. När bladen roterar förblir bladspetsarnas hastighet i förhållande till luften konstant.
Föreställ dig nu att helikoptern flyger framåt, med v meter per sekund. Bladspetsens hastighet vid punkt A i diagrammet i förhållande till luften är summan av bladspetsens hastighet och helikopterns hastighet framåt: r ω+ v . Men hastigheten på bladspetsen vid punkt B, i förhållande till luften, är skillnaden mellan dess rotationshastighet och hastigheten framåt: r ω- v .
Eftersom lyftet som genereras av en aerofoil ökar när dess relativa flyghastighet ökar, på en framåtgående helikopter producerar bladspetsen vid position A mer lyft än den vid punkt B. Så rotorskivan producerar mer lyft på höger sida än på vänster sida (för en helikopter i amerikansk stil). Denna obalans är "dissymmetri of lift".
Effekter
Dissymmetri i lyftet orsakar en stigning bakåt, inte en rullning.
Vid mycket höga hastigheter framåt har det retirerande bladet otillräcklig lufthastighet för att bibehålla lyftet, ett tillstånd som kallas retirating blade stall . Detta gör att helikoptern rullar till den retirerande sidan och hoppar upp. Denna situation, när den inte omedelbart upptäcks, kan orsaka en allvarlig förlust av flygplanets styrbarhet. Att retirera bladstopp är en faktor som bestämmer helikopterns maximala hastighet framåt, den aldrig överskridande hastigheten ( VNE ) .
Vid mycket höga hastigheter framåt kan det framskjutande bladet gå överljud . Detta är ytterligare en faktor som bestämmer hastigheten som aldrig överskrids.
Motåtgärder
Dissymmetri i lyftet motverkas genom att minska anfallsvinkeln för det framskjutande bladet och öka attackvinkeln för det retirerande bladet. Detta görs genom att bladet flaxar och cykelfjädrar.
Bladflackning är det primära sättet att motverka hissymmetri. Rotorbladen är utformade för att flaxa: det framskjutande bladet flaxar upp och utvecklar en mindre attackvinkel på grund av en förändring i relativa vindvektorer, vilket ger mindre lyft än ett styvt blad skulle göra. Omvänt faller det retirerande bladet ner, utvecklar en högre attackvinkel på grund av en förändring i relativa vindvektorer och genererar mer lyftkraft. Klaffning resulterar i flapback , en lutning bakåt av rotorskivan.
Hissymmetri motverkas också av cyklisk fjädring, dvs en förändring av rotorbladens infallsvinkel när de roterar runt navet.
Det finns en gräns för vilken anfallsvinkeländringar som kan motverka dissymmetri av lyft. Detta sätter en gräns för helikopterns maximala hastighet framåt.
Dubbla rotorer
I helikoptrar med koaxialrotorer roterar de två rotorskivorna i motsatta riktningar. Den ena rotorskivans lyftdisymmetri upphävs av den andra rotorskivans lyftdissymmetri. [ citat behövs ]
Tandemrotorhelikoptrar som CH-47 Chinook lider fortfarande av hissymmetri, eftersom rotorerna är förskjutna från varandra. Tandem-rotor helikoptrar är installerade med automatiska cykliska fjädersystem. Vid låga flyghastigheter kompenserar bladets flaxande hissymmetri. När flyghastigheten ökar, vanligtvis över 70 knop, tillåter dessa system en mer jämn flygkroppshållning vilket minskar påfrestningarna på rotorns drivmekanismer.
Se även
externa länkar
- Artikel av Paul Cantrell