Срыв отступающей лопасти является опасным состоянием полета в вертолетах и других винтокрылых летательных аппаратах , где отступающая лопасть ротора имеет более низкую относительную скорость лопасти в сочетании с увеличенным углом атаки , что приводит к срыву и потере подъемной силы. Срыв отступающей лопасти является основным ограничивающим фактором скорости вертолета , V NE , которую он никогда не превышает . [1]
Застревание отступающей лопасти происходит на высоких скоростях движения вперед, и его не следует путать со застреванием ротора, которое вызвано низкими оборотами ротора и может произойти на любой скорости движения вперед. [1]
Лопасть несущего винта, движущаяся в том же направлении, что и самолет, называется наступающей лопастью , а лопасть, движущаяся в противоположном направлении, называется отступающей лопастью.
Балансировка подъемной силы по диску ротора важна для устойчивости вертолета. Величина подъемной силы, создаваемой аэродинамическим профилем, пропорциональна квадрату его воздушной скорости (скорости). При зависании с нулевой воздушной скоростью лопасти ротора, независимо от их положения во вращении, имеют равные воздушные скорости и, следовательно, равную подъемную силу. В прямом полете наступающая лопасть имеет более высокую воздушную скорость, чем отступающая лопасть, создавая неравную подъемную силу по диску ротора.
Более полное рассмотрение дается при асимметрии подъемной силы .
Большинство конструкций вертолетов компенсируют это, включая определенную степень вертикального «закрылкового» движения лопастей ротора. При взмахе лопасть ротора будет двигаться вверх во время своего продвижения вперед, создавая меньший угол атаки (AOA) и, следовательно, меньшую подъемную силу. Когда лопасть отходит назад, лопасть снова падает вниз, увеличивая AOA и, следовательно, создавая большую подъемную силу.
Существует три основных конструкции. Самая ранняя и, безусловно, наименее распространенная конструкция сегодня — это полностью жесткая роторная система; лопасти жестко закреплены на ступице ротора, но изготовлены из гибкого материала, что позволяет им в некоторой степени отклоняться.
Полужесткие роторные системы имеют горизонтальный шарнир у основания лопастей, что позволяет им отклоняться при вращении. По необходимости они всегда имеют четное количество лопастей, поскольку каждая противостоящая пара механически соединена для предотвращения вибрации.
Полностью шарнирные роторные системы используют комбинацию взмахов и горизонтального движения, которое слегка перемещает отступающие лопасти вперед и снова возвращает их назад на наступающей стороне, тем самым создавая больший относительный поток воздуха и подъемную силу на отступающей стороне за счет наступающей стороны.
Во всех случаях пилот может компенсировать индуцированный крен левым или правым циклическим управлением (в зависимости от вращения ротора) до определенного градуса. Однако быстрая скорость изменения изгиба лопасти и угла атаки вызывает неконтролируемое продольное скручивание и сильную вибрацию на более поздних стадиях, что приводит к полной потере циклического управления, если его не контролировать. При условии отсутствия повреждений ротора восстановление из этого состояния возможно и описано ниже .
Эти компенсации могут сделать только определенное количество. Увеличение угла атаки для компенсации уменьшенной скорости полета лопасти приводит к сохранению подъемной силы только до точки, где достигается критический угол атаки , за пределами которой подъемная сила резко уменьшается.
Все аэродинамические профили имеют критический угол атаки (также называемый углом атаки сваливания), который является углом атаки, который создает наибольшую подъемную силу. Выше этого угла поток над аэродинамическим профилем становится отрывистым и подъемная сила уменьшается, состояние, обычно называемое сваливанием .
Когда самолет с фиксированным крылом превышает свой критический угол атаки, весь самолет теряет подъемную силу и входит в состояние, называемое сваливанием . Обычными последствиями сваливания самолета с фиксированным крылом являются резкое падение высоты самолета и пикирование. Сваливание самолета с фиксированным крылом практически всегда является восстанавливаемым событием (при достаточной высоте).
Однако при срыве с отступающей лопастью срыв происходит только на отступающей половине диска ротора вертолета. Наступающая лопасть продолжает создавать подъемную силу, но отступающая лопасть входит в состояние срыва, что обычно приводит к неконтролируемому увеличению угла наклона носа и крену в направлении отступающей стороны диска ротора. В системах роторов с вращением против часовой стрелки (как в большинстве американских моделей) это левая сторона; в системах с вращением по часовой стрелке (например, в большинстве французских и российских моделей) [2] это крен вправо.
Когда самолет приближается к условиям сваливания отступающей лопасти, он содрогнется, и нос начнет задираться вверх. Результирующий задир носа вверх естественным образом начнет исправлять ситуацию, поскольку это приведет к замедлению самолета. Если его заставят продолжить ускорение с помощью органов управления полетом (прямой циклический + коллективный), он может перекатиться в сторону отступающей лопасти.
Восстановление включает в себя снижение шага для уменьшения угла атаки лопастей, а затем применение заднего циклического шага для снижения скорости полета. [1]
Срыв потока воздуха на отступающей лопасти чаще всего происходит на вертолете, если выполняются следующие условия (по отдельности или в сочетании):