Авторотация

Авторота́ция (др.-греч. αὐτός — сам; лат. rotatio — вращение) — режим вращения воздушного винта летательного аппарата или турбины двигателя, при котором энергия, необходимая для вращения, отбирается от набегающего на винт потока. Термин появился между 1915 и 1920 годами в период начала разработок вертолётов и автожиров и означает вращение несущего винта без участия двигателя.

На самолётах, использующих в качестве движителя воздушные винты без изменяемого шага, авторотация винта (вращение от набегающего потока) возникает при отказе или выключении двигателя в полёте. При этом возникает сильное сопротивление потоку и, в случае отказа одного двигателя на консоли крыла, сильный разворачивающий и кренящий момент, что существенно усложняет управление летательным аппаратом и может привести к его падению. Для предотвращения этого неприятного явления все современные турбовинтовые двигатели имеют системы автоматического и ручного флюгирования, в случае остановки двигателя в полёте устанавливающие (поворачивающие) лопасти воздушного винта «по потоку». Винт при этом имеет минимальное лобовое сопротивление и не вращается. Для запуска турбовинтового двигателя в полёте винт выводится из флюгерного положения и начинает раскручивать двигатель. При достижении определённой частоты вращения включается система зажигания и подача топлива — «запуск на авторотации».

Ротор турбореактивных двигателей в случае их выключения в полёте также может вращаться от набегающего потока в режиме авторотации.

Для вертолётов в отечественной практике для обозначения авторотации несущего винта установился термин «самовращение несущего винта» (СНВ). При штатном полёте вертолёта, с включённым двигателем, воздушный поток поступает сверху и выходит снизу — несущий винт работает в режиме «пропеллер». В режиме СНВ несущий винт вертолёта раскручивается от встречного набегающего потока, одновременно создавая подъёмную силу. Авторотация возможна потому, что несущий винт оказывается при таком обтекании в режиме «ветряка». Для снижения механических потерь в режиме СНВ между двигателем и несущим винтом установлена обгонная муфта (существуют несколько её конструктивных решений).

Например, на вертолете Ми-8 обгонные муфты установлены между свободной турбиной и главным редуктором. Поэтому в режиме СНВ от несущего винта приводятся во вращение главный редуктор, который раздает крутящий момент на хвостовой винт, насосы гидросистем и генератор переменного тока (и некоторые другие агрегаты вертолета). Вертолет сохраняет управляемость и питание пилотажных приборов кабины.

Используя авторотацию, вертолёт может произвести безопасную посадку при отказе одного или двух двигателей, поэтому возможность безопасной посадки на авторотации является обязательной для прохождения сертификации производителями вертолётов. Аэродинамическое качество в режиме авторотации (на примере вертолёта Ми-4) составляет от 1,55 до 5,0 при скорости полета от 50 до 120 км/ч соответственно.

Режим авторотации является рабочим для автожира. Поляра вращающегося несущего винта автожира очень похожа на поляру крыла, поэтому полет на автожире по технике пилотирования больше напоминает полет на самолете, чем на вертолете.

Самая длительная авторотация в истории была выполнена Жаном Буле (фр. Jean Boulet) в 1972 году, когда он достиг рекордной высоты 12'440 м на вертолёте Aérospatiale Lama. Из-за низкой температуры (−63 °C) на этой высоте двигатель заглох и больше не завелся. Используя авторотацию, пилот смог безопасно посадить вертолёт на землю..

Использование

На вертолётах наиболее частая причина использования авторотации — это неисправность двигателя, но авторотация также может использоваться и в случае полного отказа рулевого винта, поскольку при авторотации отсутствует реактивный момент, создаваемый несущим винтом. В некоторых экстремальных ситуациях авторотация может использоваться для выхода из вихревого кольца, если позволяет высота.

На одновинтовых вертолётах при отказе двигателя несущий винт, продолжая двигаться по инерции, какое-то время будет по прежнему создавать подъёмную силу, теряя обороты. Действия пилота при отказе одного или обоих двигателей в первую очередь зависят от направления вращения несущего винта. Например, при правом вращении несущего винта, в момент отказа двигателей, тангаж вертолета самопроизвольно увеличивается, с разворотом по рысканию влево. Пилот парирует угол рыскания отклонением педалей (изменением шага хвостового винта), а тангаж — плавной отдачей ручки от себя. Одновременно пилот должен уменьшить шаг винта до минимально возможного, чтобы не дать винту потерять угловую скорость. Из-за уменьшения шага винта вертолет начинает быстро снижаться, обеспечивая сильный набегающий снизу поток воздуха. Набегающий поток воздуха оказывает сильное воздействие на винт, раскручивая его в том же направлении, в котором он вращался. Направление вращения остается тем же по законам аэродинамики, для понимания процесса можно провести аналогию между лопастью винта и планированием самолёта с выключенным двигателем.

Несколько факторов влияют на скорость снижения в режиме авторотации: плотность воздуха, вес вертолёта, частота вращения винта, скорость набегающего потока воздуха. Для контроля скорости снижения пилот в первую очередь контролирует скорость набегающего потока воздуха. Уменьшение или увеличение скорости регулируется шагом винта, как и при нормальном полете. Установившаяся скорость вертикального снижения составляет приблизительно 25-30 м/с и зависит от модели вертолёта и факторов, описанных выше. Такая скорость не может быть погашена только за счет инерции несущего винта и при отсутствии достаточной для набора горизонтальной скорости высоты посадка невозможна. Военные вертолёты работают на малой высоте, поэтому для спасения экипажа иногда устанавливают катапультируемые кресла и предусматривают отстрел лопастей несущего винта перед катапультированием.

За время снижения несущий винт накапливает большую кинетическую энергию за счёт своей массы и скорости вращения. За несколько метров до земли пилот с определенным темпом увеличивает шаг несущего винта (устоялся жаргонизм «подрыв винта»). За счет кинетической энергии вращения несущий винт при «подрыве» создает дополнительную подъёмную силу, при этом частота вращения винта уменьшается. Вертикальная скорость снижается до приемлемых величин (примерно 5-6 м/с), и вертолёт производит посадку. Вид посадки зависит от полетной массы вертолета. Пустой вертолет может сесть с вертикальным снижением. При наличии груза на борту приходится садиться с пробегом, «по самолётному».

Для более безопасного приземления вертолёт должен иметь или достаточную высоту или достаточную горизонтальную скорость. Высота необходима для раскрутки несущего винта во время снижения. Горизонтальная скорость используется для быстрого перевода кинетической энергии движения вертолёта в энергию вращения винта. При отказе двигателя на малой высоте приземление может закончиться катастрофой.

Зоны лопасти винта вертолёта при авторотации

Лопасти винта вертолёта имеют отрицательную крутку (угол атаки комля больше угла атаки конца лопасти), поэтому во время вертикальной авторотации, диск, образуемый вращающимися лопастями вертолёта, можно разделить на три области: ведущую, ведомую и зону отрывного обтекания. Размер этих областей изменяется в зависимости от наклона лопастей, скорости снижения и частоты вращения винта. Когда эти параметры изменяются, изменяется и процентное отношение этих трёх областей.

Ведомая зона располагается на концах лопастей. Обычно составляет около 30 % радиуса. Ведомая зона обеспечивает торможение лопастей и как следствие, снижение частоты вращения винта.

Ведущая зона, или зона авторотации, обычно составляет от 25 до 70 % радиуса винта и является источником движущей силы вращения лопасти при авторотации. Суммарная аэродинамическая сила в этой области направлена немного вперёд относительно оси вращения и вызывает ускорение вращения винта.

Внутренние 25 % лопасти работают на угле атаки больше критического, вызывая замедление вращения винта.

Ссылки

• [rutube.ru/video/5b19303978675761ac90a1a7de93f783/ Аварийная посадка вертолета на авторотации]

См. также

• Вертолет
• Автожир

Отрывок, характеризующий Авторотация

Наступило молчание. Графиня глядела на гостью, приятно улыбаясь, впрочем, не скрывая того, что не огорчится теперь нисколько, если гостья поднимется и уедет. Дочь гостьи уже оправляла платье, вопросительно глядя на мать, как вдруг из соседней комнаты послышался бег к двери нескольких мужских и женских ног, грохот зацепленного и поваленного стула, и в комнату вбежала тринадцатилетняя девочка, запахнув что то короткою кисейною юбкою, и остановилась по средине комнаты. Очевидно было, она нечаянно, с нерассчитанного бега, заскочила так далеко. В дверях в ту же минуту показались студент с малиновым воротником, гвардейский офицер, пятнадцатилетняя девочка и толстый румяный мальчик в детской курточке.
Граф вскочил и, раскачиваясь, широко расставил руки вокруг бежавшей девочки.
– А, вот она! – смеясь закричал он. – Именинница! Ma chere, именинница!
– Ma chere, il y a un temps pour tout, [Милая, на все есть время,] – сказала графиня, притворяясь строгою. – Ты ее все балуешь, Elie, – прибавила она мужу.
– Bonjour, ma chere, je vous felicite, [Здравствуйте, моя милая, поздравляю вас,] – сказала гостья. – Quelle delicuse enfant! [Какое прелестное дитя!] – прибавила она, обращаясь к матери.
Черноглазая, с большим ртом, некрасивая, но живая девочка, с своими детскими открытыми плечиками, которые, сжимаясь, двигались в своем корсаже от быстрого бега, с своими сбившимися назад черными кудрями, тоненькими оголенными руками и маленькими ножками в кружевных панталончиках и открытых башмачках, была в том милом возрасте, когда девочка уже не ребенок, а ребенок еще не девушка. Вывернувшись от отца, она подбежала к матери и, не обращая никакого внимания на ее строгое замечание, спрятала свое раскрасневшееся лицо в кружевах материной мантильи и засмеялась. Она смеялась чему то, толкуя отрывисто про куклу, которую вынула из под юбочки.
– Видите?… Кукла… Мими… Видите.
И Наташа не могла больше говорить (ей всё смешно казалось). Она упала на мать и расхохоталась так громко и звонко, что все, даже чопорная гостья, против воли засмеялись.
– Ну, поди, поди с своим уродом! – сказала мать, притворно сердито отталкивая дочь. – Это моя меньшая, – обратилась она к гостье.
Наташа, оторвав на минуту лицо от кружевной косынки матери, взглянула на нее снизу сквозь слезы смеха и опять спрятала лицо.
Гостья, принужденная любоваться семейною сценой, сочла нужным принять в ней какое нибудь участие.
– Скажите, моя милая, – сказала она, обращаясь к Наташе, – как же вам приходится эта Мими? Дочь, верно?
Наташе не понравился тон снисхождения до детского разговора, с которым гостья обратилась к ней. Она ничего не ответила и серьезно посмотрела на гостью.
Между тем всё это молодое поколение: Борис – офицер, сын княгини Анны Михайловны, Николай – студент, старший сын графа, Соня – пятнадцатилетняя племянница графа, и маленький Петруша – меньшой сын, все разместились в гостиной и, видимо, старались удержать в границах приличия оживление и веселость, которыми еще дышала каждая их черта. Видно было, что там, в задних комнатах, откуда они все так стремительно прибежали, у них были разговоры веселее, чем здесь о городских сплетнях, погоде и comtesse Apraksine. [о графине Апраксиной.] Изредка они взглядывали друг на друга и едва удерживались от смеха.
Два молодые человека, студент и офицер, друзья с детства, были одних лет и оба красивы, но не похожи друг на друга. Борис был высокий белокурый юноша с правильными тонкими чертами спокойного и красивого лица; Николай был невысокий курчавый молодой человек с открытым выражением лица. На верхней губе его уже показывались черные волосики, и во всем лице выражались стремительность и восторженность.
Николай покраснел, как только вошел в гостиную. Видно было, что он искал и не находил, что сказать; Борис, напротив, тотчас же нашелся и рассказал спокойно, шутливо, как эту Мими куклу он знал еще молодою девицей с неиспорченным еще носом, как она в пять лет на его памяти состарелась и как у ней по всему черепу треснула голова. Сказав это, он взглянул на Наташу. Наташа отвернулась от него, взглянула на младшего брата, который, зажмурившись, трясся от беззвучного смеха, и, не в силах более удерживаться, прыгнула и побежала из комнаты так скоро, как только могли нести ее быстрые ножки. Борис не рассмеялся.
– Вы, кажется, тоже хотели ехать, maman? Карета нужна? – .сказал он, с улыбкой обращаясь к матери.
– Да, поди, поди, вели приготовить, – сказала она, уливаясь.
Борис вышел тихо в двери и пошел за Наташей, толстый мальчик сердито побежал за ними, как будто досадуя на расстройство, происшедшее в его занятиях.


Из молодежи, не считая старшей дочери графини (которая была четырьмя годами старше сестры и держала себя уже, как большая) и гостьи барышни, в гостиной остались Николай и Соня племянница. Соня была тоненькая, миниатюрненькая брюнетка с мягким, отененным длинными ресницами взглядом, густой черною косой, два раза обвившею ее голову, и желтоватым оттенком кожи на лице и в особенности на обнаженных худощавых, но грациозных мускулистых руках и шее. Плавностью движений, мягкостью и гибкостью маленьких членов и несколько хитрою и сдержанною манерой она напоминала красивого, но еще не сформировавшегося котенка, который будет прелестною кошечкой. Она, видимо, считала приличным выказывать улыбкой участие к общему разговору; но против воли ее глаза из под длинных густых ресниц смотрели на уезжавшего в армию cousin [двоюродного брата] с таким девическим страстным обожанием, что улыбка ее не могла ни на мгновение обмануть никого, и видно было, что кошечка присела только для того, чтоб еще энергичнее прыгнуть и заиграть с своим соusin, как скоро только они так же, как Борис с Наташей, выберутся из этой гостиной.
– Да, ma chere, – сказал старый граф, обращаясь к гостье и указывая на своего Николая. – Вот его друг Борис произведен в офицеры, и он из дружбы не хочет отставать от него; бросает и университет и меня старика: идет в военную службу, ma chere. А уж ему место в архиве было готово, и всё. Вот дружба то? – сказал граф вопросительно.
– Да ведь война, говорят, объявлена, – сказала гостья.
– Давно говорят, – сказал граф. – Опять поговорят, поговорят, да так и оставят. Ma chere, вот дружба то! – повторил он. – Он идет в гусары.
Гостья, не зная, что сказать, покачала головой.
– Совсем не из дружбы, – отвечал Николай, вспыхнув и отговариваясь как будто от постыдного на него наклепа. – Совсем не дружба, а просто чувствую призвание к военной службе.
Он оглянулся на кузину и на гостью барышню: обе смотрели на него с улыбкой одобрения.
– Нынче обедает у нас Шуберт, полковник Павлоградского гусарского полка. Он был в отпуску здесь и берет его с собой. Что делать? – сказал граф, пожимая плечами и говоря шуточно о деле, которое, видимо, стоило ему много горя.
– Я уж вам говорил, папенька, – сказал сын, – что ежели вам не хочется меня отпустить, я останусь. Но я знаю, что я никуда не гожусь, кроме как в военную службу; я не дипломат, не чиновник, не умею скрывать того, что чувствую, – говорил он, всё поглядывая с кокетством красивой молодости на Соню и гостью барышню.
Кошечка, впиваясь в него глазами, казалась каждую секунду готовою заиграть и выказать всю свою кошачью натуру.
– Ну, ну, хорошо! – сказал старый граф, – всё горячится. Всё Бонапарте всем голову вскружил; все думают, как это он из поручиков попал в императоры. Что ж, дай Бог, – прибавил он, не замечая насмешливой улыбки гостьи.
Большие заговорили о Бонапарте. Жюли, дочь Карагиной, обратилась к молодому Ростову:
– Как жаль, что вас не было в четверг у Архаровых. Мне скучно было без вас, – сказала она, нежно улыбаясь ему.
Польщенный молодой человек с кокетливой улыбкой молодости ближе пересел к ней и вступил с улыбающейся Жюли в отдельный разговор, совсем не замечая того, что эта его невольная улыбка ножом ревности резала сердце красневшей и притворно улыбавшейся Сони. – В середине разговора он оглянулся на нее. Соня страстно озлобленно взглянула на него и, едва удерживая на глазах слезы, а на губах притворную улыбку, встала и вышла из комнаты. Всё оживление Николая исчезло. Он выждал первый перерыв разговора и с расстроенным лицом вышел из комнаты отыскивать Соню.
– Как секреты то этой всей молодежи шиты белыми нитками! – сказала Анна Михайловна, указывая на выходящего Николая. – Cousinage dangereux voisinage, [Бедовое дело – двоюродные братцы и сестрицы,] – прибавила она.