Земной резонанс

8.5.2.1 Физическая сущность “земного резонанса”

“Земной резонанс” это совпадение частот колебаний НВ с частотой собственных колебаний вертолёта, находящегося на земле, когда амортизаторы частично разжаты и энергия колебаний не может рассеиваться через амортизаторы. Эти колебания относятся к самовозбуждающимся, они происходят только в поперечной плоскости. Появился «земной резонанс» вследствие внедрения в конструкцию НВ вертикальных шарниров. При определённых условиях, при нахождении вертолёта на земле в взвешенном состоянии, «земной резонанс» может возникнуть и на вертолёте с полозковым шасси.

В полёте лопасть НВ совершает колебания вокруг вертикальных шарниров за счёт сил Кориолиса, а так же за счёт изменения профильного сопротивления лопасти в зависимости от ее азимутального положения. Но эти колебания незначительны т.к. большие обороты НВ создают большие центробежные силы, которые удерживают лопасти под углом 120° друг к другу, центр масс всех лопастей совпадает с центром вращения НВ – колебаний нет. Во время движения вертолёта по земле (руление, разбег, пробег) обороты НВ меньше чем в полёте, меньше центробежные силы, возникают колебания вертолёта из-за неровностей грунта, при этом лопасти могут оказаться в разных положениях относительно вертикальных шарниров, т. е. между лопастями будет угол не 120˚, а больше или меньше (рис 2). Линии, соединяющие центры масс лопастей образуют неравносторонний треугольник, центр масс НВ определяется на пересечении медиан (линий соединяющих угол треугольника с серединой противоположной стороны).

Общий центр масс НВ смещается от оси вращения НВ и будет двигаться по сложной замкнутой траектории. На втулке НВ появится неуравновешенная центробежная сила «Рцб», которая и раскачивает несущую систему с определённой частотой, источником энергии колебаний являются двигатели. Вместе с несущей системой раскачивается вертолёт.

При небольшой частоте вращения НВ с обжатыми амортстойками шасси колебания вертолёта демфируются амортизаторами, пневматиками колёс и гидродемферами вертикальных шарниров и его частота колебаний не совпадает с частотой колебаний НВ - резонанса нет.

При увеличении частоты вращения НВ и увеличении шага (руление по неровному грунту) неуравновешенная центробежная сила возрастает, а «работа» демфирующих сил уменьшается ввиду роста подъёмной силы НВ и уменьшения обжатия амортизаторов и пневматиков колёс. При недостаточно обжатых амортизаторах изменяется частота колебаний вертолёта и она может совпасть с частотой колебаний несущей системы, возникнет резонанс этих частот – «земной резонанс». Колебания вертолёта резко возрастут и при бездействии пилота могут дойти до такой величины, что приведут к разрушению вертолёта.

Рулевой винт, как мощный гироскоп, будет отставать от поперечных колебаний вертолёта и может произойти деформация или даже разрушение хвостовой балки.

8.5.2.2 Условия, при которых может возникнуть «земной резонанс».

Земной резонанс может возникнуть при нарушении правил эксплуатации амортизаторов, пневматиков колёс и гидродемферов вертикальных шарниров.

Причиной начала колебаний могут быть:

· порыв ветра;

· резкое и значительное отклонение РЦШ от нейтрального положения;

· наезд на кочку при рулении на большой скорости;

· посадка с пробегом или взлёт с разбегом по не ровной площадке.

Возникновению «земного резонанса» способствуют:

· большой общий шаг НВ при движении вертолёта по земле;

· высокая температура воздуха – уменьшается вязкость масла в гидравличес-ких демферах.

8.5.2.3 Признаки возникновения «земного резонанса».

При запуске двигателя, при движении вертолёта по земле или при вертикальной посадке вертолёт самопроизвольно начинает раскачиваться с нарастающей амплитудой.

8.5.2.4 Действия пилота при возникновении «земного резонанса».

Действия пилота должны быть направлены на уменьшение подвода энергии для развития колебаний и устранения причин вызывающих колебания лопастей относительно вертикальных шарниров. Ввиду быстрого развития «земного резонанса» (от начала до разрушения вертолёта 6-7 сек.) действия пилота должны быть своевременными и быстрыми.

При возникновении земного резонанса пилоту необходимо:

1 Полностью вывести коррекцию газа на минимальные обороты и одновременно энергично опустить рычаг «шаг-газ» вниз до упора – уменьшается подвод энергии для развития колебаний, увеличивается работа сил демфирующих колебания.

2 Установить РЦШ в нейтральное положение – уменьшается разбалансировка НВ.

Если «земной резонанс» возник при движении вертолёта по земле, то кроме указанных действий необходимо уменьшить скорость движения торможением колёс (нельзя тормозить отклонением РЦШ «к себе») при необходимости до полной остановки.

Если после указанных действий поперечные колебания не прекратились – выключить двигатели. После прекращения «земного резонанса» взлёт запрещается, необходимо тщательно осмотреть вертолёт.

8.5.2.5 Меры по предотвращению возникновения «земного резонанса».

1 Соблюдать правила эксплуатации амортизаторов, пневматиков колёс и гидродемферов вертикальных шарниров.

2 Соблюдать ограничения по скорости руления и скорости ветра при рулении.

3 Не рулить при большом шаге НВ по неровному грунту.

4 Не превышать рекомендуемые скорости при взлёте с разбегом и посадке с пробегом.

5 При взлёте и посадке по вертолётному не удерживать вертолёт во взвешен-ном состоянии продолжительное время.

Рис 2 Схема земного резонанса

8.5.3 Режим «вихревого кольца».

8.5.3.1 Физическая сущность «вихревого кольца».

При снижении с работающими двигателями с малой поступательной скоростью и большой вертикальной скоростью (равной индуктивной скорости отбрасывания) под НВ встречаются два потока – индуктивный поток сверху и набегающий поток снизу.

На некотором расстоянии от НВ образуется поверхность раздела (рис 3), в которой эти скорости равны, а общая скорость равна нулю. При увеличении вертикальной скорости эта поверхность раздела приближается к НВ, на котором происходят следующие явления:

· в комлевой части лопасти поток снизу оказывается мощнее индуктивного потока от НВ, он прорывается через НВ, что ведёт к увеличению углов атаки комлевых элементов лопасти и срыву потока на них;

· на концевых элементах лопастей из-за наличия крутки и большой окружной скорости увеличение углов атаки не велико, но при этом усиливаются вихри на концах лопастей;

· срыв потока комлевых элементов и усиление концевых вихрей ведут к уменьшению подъёмной силы НВ и увеличению скорости снижения;

· взаимодействие лопастей с большими вихревыми массами воздуха приводит к значительным изменениям углов атаки и изменениям подъёмной силы отдельных лопастей, что приводит к беспорядочным колебаниям вертолёта;

· вовлечение в циркуляционное движение через диск винта большой массы воздуха требует затрат мощности на поддержание этого движения, а масса воздуха отбрасываемая винтом значительно уменьшается. Поэтому подъёмная сила НВ уменьшается даже при работе двигателей на взлётном режиме, что ведёт к дальнейшему увеличению вертикальной скорости, которая растёт, до тех пор пока по всему диску НВ набегающий снизу поток не станет проходить снизу вверх, при этом элементы лопасти окажутся на режиме самовращения, а вертикальная скорость установиться более 10м/с.

8.5.3.2 Условия, при которых возникает режим «вихревого кольца».

Режим вихревого кольца возникает при моторном снижении с поступательной скоростью меньше 40км/ч. и вертикальной скоростью больше 2-3м/с. Условия для возникновения «вихревого кольца» могут возникнуть, в следующих случаях:

1 При заходе на посадку с попутным ветром.

2 При заходе на посадку с перелётом при попытке исправить расчёт, умень-шив поступательную скорость и увеличив вертикальную.

3 При заходе на посадку на площадку ограниченных размеров, окружённую высокими препятствиями.

4 При выходе из авторотации на малой скорости увеличением общего шага без предварительного увеличения поступательной скорости.

8.5.3.3 Признаки возникновения «вихревого кольца».

1 Быстрое самопроизвольное увеличение вертикальной скорости снижения.

2 Беспорядочные колебания вертолёта по крену и курсу.

3 Усиление вибраций.

4 Колебания частоты вращения НВ.

5 Ухудшение эффективности управления.

Рис 3 Схема режима вихревого кольца

8.5.3.4 Действия пилота при попадании в режим «вихревого кольца».

При начинающемся самопроизвольном снижении необходимо попытаться уменьшить вертикальную скорость плавным увеличением общего шага НВ. Подъёмная сила НВ при этом увеличивается за счёт увеличения углов атаки лопастей. Если в комлевых частях лопастей уже образовалась зона срыва потока, то при увеличении шага зона срыва расширится и вертолёт увеличит вертикальную скорость. Если увеличением шага не удалось уменьшить вертикальную скорость, то необходимо увеличить поступательную скорость более 40км/ч, чтобы исключить встречу индуктивного и набегающего потоков, и после достижения скорости более 40км/ч. увеличением шага прекратить снижение вертолёта.

8.5.3.5 Меры по предотвращению попадания в режим «вихревого кольца».

1 Соблюдать ограничения по минимальной горизонтальной и максимальной вертикальной скорости полёта.

2 Избегать посадки с попутным ветром.

3 Посадку с перелётом исправлять уходом на второй круг.

4 Помнить, что наибольшая вероятность попадания в режим «вихревого кольца» при полётной массе вертолёта близкой к максимальной, при полёте на большой высоте и при высокой температуре воздуха.

8.5.4 Превышение максимально-допустимой скорости полёта