Zijn er helikopters op ware grootte geschikt om omgekeerde vlucht te ondersteunen?

Achtergrond

Ik ben een model-luchtvaartenthousiast en geniet echt van het zien hoe ver mensen de grenzen van kunstvluchten kunnen verleggen. Modelvliegtuigen kunnen hun grenzen ruimschoots overschrijden vanwege hun kleine formaat. Ik begrijp dat dit alleen mogelijk is omdat de modellen klein * zijn, zodat ze bestand zijn tegen krachten die inzittenden in een bemand vaartuig zouden doden. Ook zijn modelvliegtuigen typisch overweldigd in vergelijking met vliegtuigen op grote schaal

Ik heb bijvoorbeeld geen modelvliegtuig dat niet in staat is om 30 graden te klimmen, en het is vrij gebruikelijk dat aerobatic-modelvliegtuigen stuwkracht-gewichtsverhoudingen hebben van meer dan 1,5: 1 of zelfs 2: 1.

Vraag

Toen ik voor het eerst zag wat modelhelikopters in staat waren , werd ik overweldigd. Ik heb ook een aantal full scale helicopter aerobatics gezien ( Red Bull Demonstration ). Ik vroeg me af welke helikopters op ware grootte er zijn. in staat tot.

In de Red Bull-demonstratie leek het erop dat de helikopter misschien een aantal negatieve (of op zijn minst neutrale) collectieven gebruikte tijdens het rollen, maar het leek er niet op dat het genoeg zou hebben om een ​​omgekeerde zweefvlucht of omgekeerde vlucht te volhouden. Dit zette me aan het denken: is er een helikopter op ware grootte geweest die in staat is om een ​​omgekeerde vlucht te handhaven of een omgekeerde zweeftekst (wat nog meer kracht kost)? Als dat niet het geval is, zou het dan mogelijk zijn om een ​​helikopter te bouwen die daarvoor in staat zou zijn?

Opmerking

Ik vraag me alleen af ​​wat de technische mogelijkheid is om een ​​machine te maken die geschikt is voor deze manoeuvre. Overweeg voor de reikwijdte van deze vraag de wettelijke, juridische en economische obstakels die overwonnen moeten worden om een ​​dergelijke prestatie uit te voeren (om nog maar te zwijgen van het vinden van een piloot die bereid is om te proberen).

Ook vraag ik alleen naar een volledige omgekeerde vlucht. Ik begrijp dat de fysica erg snel in de weg zit als iemand zou proberen een helikopter op ware grootte te ontwerpen die geschikt is voor alle aerobatics-modellen.

* sommige modelvliegtuigen en helikopters kunnen groter zijn dan 35% volledige schaal, maar dat is nog steeds klein in vergelijking met full scale-vliegtuigen.

31
Ik geloof dat de AH-64 360 ° kan draaien zonder voorwaartse snelheid, waarbij hij hoogte verliest in het proces. Of ik heb het gezien of een illusie. Ik kan echter geen enkel bewijs vinden op Youtube. Ik zou graag zien dat iemand mij corrigeert of videobewijs plaatst, ik vraag me al jaren af ​​wat ik heb gezien.
toegevoegd de auteur schmidty, de bron
Houd er rekening mee dat ontwerpen niet schalen met dezelfde kracht van hun lineaire formaat. Het is niet alleen het doden van inzittenden, dat is de zorg. Laat staan ​​acrobatische trucs, zou een trouw geschaald modelvliegtuig waarschijnlijk verscheurd worden door de meest saaie pogingen om te vliegen.
toegevoegd de auteur Evan, de bron

1 antwoord

Er is geen echte helikopter die in staat is om een ​​omgekeerde vlucht uit te voeren en zeker niet van omgekeerd zweven.

De eenvoudige reden is dat er geen operationele noodzaak is om dit te doen.

Is het theoretisch mogelijk? Ja, maar je moet veel technische problemen overwinnen. Behalve omgekeerde brandstof- en oliesystemen, zal de rotorkop veel complexer zijn dan hij zou moeten zijn.

Wanneer normaal wordt gevlogen, hangt de romp effectief als een slinger onder de rotor met een grote moer (OK, het is complexer dan dat) om de rotor op de naaf van de rotoras te houden. De rotor trekt de romp omhoog.

Om omgekeerd te vliegen, moet de rotor in staat zijn om de romp omhoog te duwen, zodat de naaf moet worden ontworpen om de juiste krachten in beide richtingen aan te brengen en te weerstaan.

Vervolgens moeten de roterende bladboeien en bijbehorende scharnieren zo zijn ontworpen dat de bladen een negatieve spoed kunnen hebben (gezien vanuit de normale houding) over het volledige bereik. Dit betekent op zijn beurt dat het collectieve mechanisme zo moet worden ontworpen dat het mogelijk is om positieve en negatieve toonhoogte in te stellen zoals vereist.

De messen moeten ook stijver zijn, zodat ze niet te veel kegelvorming vertonen en contact maken met de romp. Dit zou meer krachten toevoegen aan de hoofdgewrichten die zouden moeten worden versterkt.

Ten slotte moet u de cyclische bedieningselementen "omkeren" zodat de verwachte collectieve druk, cyclisch terug; neus omhoog; snelheid verminderen; werkt in de tegenovergestelde zin.

Ik heb waarschijnlijk geen rekening gehouden met andere factoren.

Dit alles zou een aanzienlijke complexiteit en gewicht toevoegen die, gegeven het feit dat er geen vereiste is voor omgekeerde vlucht, niet zal gebeuren.

Overigens zou de kracht die nodig is om omgekeerd te vliegen of zweven hetzelfde te zijn als bij normale vlucht. Er is geen intrinsieke reden waarom omgekeerde vlucht meer kracht nodig zou hebben - bladen die met een bepaalde snelheid draaien, met een bepaalde aanvalshoek zullen dezelfde hoeveelheid lift genereren, ongeacht de manier waarop ze wijzen.

De reden waarom helikopters dit kunnen doen, is dat de verhouding van het gewicht van de rotor tot het gewicht van de romp veel lager is dan voor een echte helikopter, en daarom veel minder stroom nodig heeft om de vereiste lift te produceren, en modellen hebben veel hogere vermogen/gewichtsverhouding.

De reden dat echte helikopters korte tijd omgekeerd in aerobatic manoeuvres kunnen gaan, is omdat het momentum op de romp van de rotor wegtrekt, zodat de omhoog gerichte liftvector, in de richting van de romp, wordt tegengegaan. Overweeg een buitenlus, wat onmogelijk zou zijn, omdat het momentum van de romp en de liftvector zouden combineren.

Je zou dit moeten kunnen demonstreren in een model met een normaal ontworpen stijve kop. Voeg wat (veilige) ballast in de romp toe tot je moet versnellen in grondeffect om een ​​translatielift te krijgen om te kunnen klimmen. Probeer nu omgekeerd te vliegen!

31
toegevoegd
@ user2357112: De slingerwaanzin is het idee dat het monteren van de liftgenerator boven de CoG tot passieve houdingsstabiliteit zal leiden. Dit is fout; ongeacht of de rotor zich boven of onder het vaartuig bevindt, u hebt actieve controle over de richting van de lift nodig om een ​​stabiele vlucht te bereiken. In een helikopter biedt dat het cyclische. Toch hebt u een snellere en/of preciezere controle nodig om uw vaartuigen boven het liftpunt te kunnen balanceren dan nodig om eraan te bungelen. Dat is gemakkelijker om te voorzien in raketten, omdat verwacht wordt dat ze toch niet zweven.
toegevoegd de auteur jatanp, de bron
Het pendelargument werkt niet. In een slinger moet de kracht op het scharnier altijd naar boven zijn, maar de lift kantelt met de rotor en die kantelt met de romp. Rotorcraft is niet stabiel en hogere of lagere CoG verandert dit niet (aangezien het de rolstabiliteit niet verandert in vliegtuigen met een vaste vleugel).
toegevoegd de auteur Jan Hudec, de bron
@ user2357112, ja dat is zo. Maar dan wordt het gecompliceerder, omdat naarmate het vliegtuig daadwerkelijk zijwaarts begint te vliegen, er een nieuwe aerodynamische kracht zal verschijnen die nu het koppel kan creëren. Dus er is eigenlijk een effect, maar het kan niet worden verklaard met slingers.
toegevoegd de auteur Jan Hudec, de bron
@Simon, ja, het is gecompliceerd (voor vliegtuigen met een vaste vleugel doet het er eigenlijk ook toe voor slip , het maakt niet uit voor alleen rollen). Hoe dan ook, alle andere redenen die je gaf zijn goed.
toegevoegd de auteur Jan Hudec, de bron
Bedankt voor het verschaffen van helderheid. Ik ging ervan uit dat de rotor op snelheid was en de kracht kreeg die nodig was om de vlucht te ondersteunen. Ik had dat moeten zeggen. Zijn helikopters doorgaans ook in staat om een ​​negatief collectief te bieden? Ik denk het wel, maar dat is slechts een gok.
toegevoegd de auteur Alex Tereshenkov, de bron
Bedankt voor het inzicht. Hoewel ik redelijk vertrouwd ben met de modellen, weet ik niet wat de uitdagingen zijn voor grootschalige heli's. Modellen hoeven zich bijvoorbeeld meestal geen zorgen te maken over rotoraanvallen, dus daar heb ik nog nooit eerder over nagedacht. Ook aerobatic-modellen zullen vaak zoveel mogelijk negatief collectief als positief toelaten, daarom vroeg ik me af wat de schaal betreft.
toegevoegd de auteur Alex Tereshenkov, de bron
Wat betreft uw punt op kracht, zou ik gelijk hebben als ik veronderstel dat de bladen een symmetrische aërodynamica hebben als ze dezelfde hoeveelheid positieve of negatieve 'lift' produceren voor een bepaalde invalshoek?
toegevoegd de auteur Alex Tereshenkov, de bron
Dat is zo ongeveer wat ik dacht. Het gebrek aan behoefte in combinatie met extra engineering vereist dat het gewoon niet zal gebeuren.
toegevoegd de auteur Alex Tereshenkov, de bron
Ik denk niet dat de cyclische aanpassing nodig is: een piloot kan worden getraind om omgekeerde vlucht te behandelen. En ik denk dat we een waaghals moeten overtuigen om een ​​helikopter daadwerkelijk te veranderen - volgens mij zijn er alleen praktische overwegingen, geen fundamentele beperkingen.
toegevoegd de auteur Guido Kanschat, de bron
@ jdkorv11 Niet voor zover ik weet. Alle typen die ik heb gevlogen, hebben een lichte positieve toonhoogte wanneer het collectief volledig leeg is om de RPM van de rotor in autorotatie te regelen. Het vermogen om een ​​negatieve toonhoogte te genereren zonder de sterkere kop en de stijvere bladen die ik in het antwoord noem, zou de kans op een rotoraanrijding groter maken.
toegevoegd de auteur Simon, de bron
@ jdkorv11 Graag gedaan.
toegevoegd de auteur Simon, de bron
@ jdkorv11 Niet noodzakelijk, hoewel veel blades symmetrisch zijn. Zo niet, dan is alles wat je moet doen de aanvalshoek vergroten. Vergeet niet dat er kracht nodig is om weerstand te overwinnen, die een functie is van hoeveel lift wordt geproduceerd. Om dezelfde hoeveelheid lift van een bepaalde vleugel te produceren, heeft u dezelfde hoeveelheid kracht nodig, ongeacht waar de liftvector naar toe wijst. Stel je een stilstaand mes voor. Je kunt de aanvalshoek (pitch) maken ongeacht je wilt zonder kracht, want geen snelheid = geen lift = geen weerstand.
toegevoegd de auteur Simon, de bron
@ JDługosz Ik heb geen idee, je kunt beter de filmmakers vragen. Tenzij je suggereert dat omdat CGI niet bestond, de helikopter ondersteboven had moeten vliegen, in welk geval ik je zou vragen hoe ze het busje konden laten vliegen? Of een ander aantal speciale effecten dat wordt gebruikt. Tussen haakjes, het eerste gebruik van CGI in films was in 1973 en er waren veel technieken die eerder werden gebruikt, zoals matten en compositing.
toegevoegd de auteur Simon, de bron
@JanHudec Eigenlijk wel. Ik begon wat tamelijk lange opmerkingen te schrijven, waarin ik uitlegde waarom, maar het heeft de dingen wat verstopt, dus ik zal gewoon de alinea verwijderen. Ik denk dat ik redelijk goed heb kunnen uitleggen waarom helikopters niet ondersteboven vliegen. Verticale CofG heeft zeker invloed op de stabiliteit van de rol, het is simpelweg niet relevant in een vaste vleugel, omdat het niet mogelijk is om de CofG aanzienlijk verticaal te verplaatsen, weg van het aërodynamische centrum. dat is ongeveer waar de vleugels zijn. In een helikopter bevindt de CofG zich aanzienlijk onder het aërodynamische centrum, althans wanneer deze niet is omgekeerd :)
toegevoegd de auteur Simon, de bron
Ik voel me als het deel over "De zwaartekracht zal proberen de romp naar beneden en opzij te trekken, de slinger zal proberen naar beneden te slingeren" zou kunnen lijden aan iets dat lijkt op de slinger raket denkfout .
toegevoegd de auteur Dylan Tack, de bron
Dus hoe hebben ze de scène opgenomen aan het einde van Escape to Witch Mountain ? Dit was in 1975, lang voordat CGI effect had.
toegevoegd de auteur Slobodan, de bron