Stato dell'anello del vortice - Vortex ring state
Lo stato dell'anello di vortice (VRS) è una condizione aerodinamica pericolosa che può verificarsi durante il volo in elicottero , quando un sistema ad anello di vortice avvolge il rotore causando una grave perdita di portanza . Lo stato dell'anello di vortice è talvolta indicato come assestamento con la potenza , sebbene quest'ultima sia anche una terminologia variamente utilizzata per gli stati a basso numero di giri causati da rapidi aumenti del collettivo con conseguente eccessiva beccheggio delle pale del rotore principale e/o dal superamento della capacità del motore durante decelerazione e/o discesa rapida. La Federal Aviation Administration (FAA) vede questi termini come sinonimi, mentre Transport Canada li vede come due fenomeni diversi.
Questa condizione si verifica anche con i convertiplani ed è stata responsabile di un incidente che ha coinvolto un V-22 Osprey . Lo stato dell'anello di vortice ha causato la perdita di un elicottero MH-60 pesantemente modificato durante l' operazione Neptune Spear , il raid del 2011 in cui è stato ucciso Osama bin Laden .
Descrizione
Nel volo in avanti con portanza traslazionale , non c'è flusso verso l'alto (flusso ascendente ) di aria nell'area del mozzo. Quando la velocità in avanti diminuisce e le velocità di discesa verticale aumentano, inizia un flusso verso l'alto perché non ci sono superfici aerodinamiche nell'area dell'albero e dell'impugnatura della pala. All'aumentare del volume del flusso verso l'alto, il flusso indotto (aria tirata o "indotta" verso il basso attraverso il sistema del rotore) delle sezioni interne delle pale viene superato e le pale iniziano a stallare vicino al mozzo. Quando le sezioni della pala interna si bloccano, una seconda serie di vortici, simili ai vortici della punta del rotore, si forma al centro del sistema del rotore e, combinata con la serie esterna di vortici, provoca una grave perdita di portanza. L'incapacità di un pilota di elicottero di riconoscere e reagire alla condizione può portare a velocità di discesa elevate e impatto al suolo.
Evento
Un elicottero normalmente incontra questa condizione quando tenta di librarsi con effetto fuori suolo (OGE) sopra il soffitto in volo stazionario per l'aeromobile, stando fuori dall'effetto suolo senza mantenere un controllo preciso dell'altitudine e mentre effettua avvicinamenti a motore sottovento o ripidi quando il la velocità dell'aria scende quasi a zero.
Rilevamento e correzione
I segni di VRS sono una vibrazione nel sistema del rotore principale seguita da un aumento della velocità di caduta e possibilmente una diminuzione dell'autorità ciclica .
Negli elicotteri a rotore singolo, lo stato dell'anello di vortice viene tradizionalmente corretto abbassando leggermente il collettivo per riguadagnare l'autorità ciclica e utilizzando il controllo ciclico per applicare il movimento laterale, spesso abbassando il muso per stabilire il volo in avanti. Negli elicotteri con rotore in tandem, il recupero avviene tramite l'input laterale del ciclico o del pedale o entrambi. L'aereo volerà fuori dall'anello di vortice in "aria pulita" e sarà in grado di recuperare la portanza.
Un'altra correzione ora ampiamente conosciuta come Tecnica di recupero Vuichard dopo aver guadagnato popolarità recente, è stata insegnata da Claude Vuichard, un ispettore dell'Ufficio federale dell'aviazione civile (UFAC) in Svizzera. Questa tecnica utilizza una combinazione di tutti e tre i controlli insieme per ridurre la perdita di quota e recuperare più rapidamente: applicare il ciclico nella direzione della spinta del rotore di coda, aumentare il collettivo per salire di potenza e coordinarsi con il pedale di potenza per mantenere la rotta (comandi incrociati). Il recupero è completo quando il disco del rotore raggiunge la parte sopravvento del vortice.
Spegnimento dallo stato dell'anello vortice
È possibile spegnere lo stato dell'anello di vortice, ma ciò richiede di avere circa il doppio della potenza necessaria per librarsi. Solo un elicottero a grandezza naturale, il Sikorsky S-64 Skycrane , è documentato come in grado di farlo, a vuoto.
Reazione del pilota o dell'operatore
Ai piloti di elicotteri viene più comunemente insegnato a evitare il VRS monitorando i loro tassi di discesa a velocità inferiori. Quando incontrano il VRS, ai piloti viene insegnato ad applicare il ciclico in avanti per volare fuori dalla condizione e/o abbassare il passo collettivo . Mentre la transizione al volo in avanti o laterale allevierà la condizione da sola, l'abbassamento del collettivo per ridurre la richiesta di energia diminuisce la dimensione dei vortici e riduce la quantità di tempo necessaria per liberarsi dalla condizione. Tuttavia, poiché la condizione si verifica spesso vicino al suolo, l'abbassamento del collettivo potrebbe non essere un'opzione; si verificherà una perdita di quota proporzionale alla velocità di discesa sviluppata prima di iniziare il recupero. In alcuni casi, si incontra lo stato dell'anello di vortice e si lascia avanzare al punto che il pilota può perdere gravemente l'autorità ciclica a causa del flusso d'aria interrotto. In questi casi, l'unica possibilità per pilota può essere immettere un autorotazione per rompere il sistema di rotore libera del suo stato vortex ring.
Elicotteri a rotore tandem
In un elicottero a rotore in tandem , il ciclico in avanti non arresterà la velocità di discesa causata da VRS. In un elicottero del genere, che utilizza il passo collettivo differenziale per guadagnare velocità, gli input ciclici laterali devono essere effettuati accompagnati da input del pedale per scivolare orizzontalmente fuori dall'aria disturbata dello stato dell'anello di vortice.
Multirotori radiocomandati
I multirotori (comuni sui droni) sono soggetti alla normale aerodinamica dei velivoli ad ala rotante, incluso lo stato dell'anello di vortice. Il design, le dimensioni e la potenza del telaio influiscono sulla probabilità di entrare nello stato e di riprendersi da esso. I multirotori che non hanno il mantenimento dell'altitudine hanno anche maggiori probabilità di soccombere all'errore dell'operatore, in cui il pilota lascia cadere il velivolo troppo velocemente con conseguente upwash sui mozzi del rotore che può portare allo stato dell'anello di vortice. Quelli che ne sono dotati, invece, tendono a controllare automaticamente la loro discesa e di solito (ma non sempre) possono sfuggire alla condizione di pericolo.
Guarda anche
Riferimenti
link esterno
- Manuale di volo dell'elicottero FAA dello stato dell'anello di vortice
- Calcoli di attivazione del vortice libero di rotori di elicotteri e rotori di inclinazione che operano e passano attraverso lo stato dell'anello di vortice
- Sfatare il mito della MV-22 Archive
- Anello Vortex su SKYbrary
- Tecnica di recupero Vuichard - Come sfuggire a uno stato di anello di vortice