BEZOPASNOSŤ POLJOTOV VERTOLJOTOV Bezpečnost letů vrtulníků

vydaná nakladatelstvím TRANSPORT Moskva v roce 1981 nákladem 6000 výtisků, překlad strany 163-167.

POLJOT V SPUTNOM SLEDĚ Let ve vírové stopě

Vírová stopa se tvoří za letícím letounem nebo vrtulníkem a zůstává v atmosféře ještě nějaký čas po jeho průletu. Základní roli v tvorbě této stopy hrají volné víry, které se tvoří při kruhovém obtékání křídla letadla nebo rotoru vrtulníku. Ovlivňujíce se mezi sebou, tyto volné víry se zkrucují do dvousilných a v délce stálých podélných provazců, které cirkulují. Uvnitř větrného pruhu existuje zóna blízká ose a nazývaná jádrem, ve které pohyb vzduchu roste od 0 do maxima dosahujícího 30-40 m/s, což je rychlost uragánu. Vně jádra víru rychlost točivého pohybu částic vzduchu indukovaná vírem se rychle snižuje se zvětšující se vzdáleností od osy víru.

Intensita stopy vrtulového víru a zvláště indukovaná rychlost proudu vzduchu na hranici jádra víru, je přímo úměrná letové hmotnosti a rozměrům letadla, zatížení křídla nebo ploše disku NR a nepřímo úměrná rychlosti letu letadla. Tedy největší intensita vírové stopy je pozorována při režimu startu a rozhonu rychlosti těžkých letounů a vrtulníků.

V nerozrušené atmosféře tato stopa klesá, rychlostí 2-5 m/s, při přibližování k povrchu země se rychlost klesání vírových pruhů zmenšuje a tyto se začínají rozcházet do stran. Následkem turbulentního promíchávání a vlnové nestálosti větrné provazce zanikají v čase a rozplývají se, ale přesto si mohou ponechávat dosti silnou intensitu v průběhu 2-5 minut po průletu letadla, které je vytvořilo. Přitom v průběhu prvních 10-15 sec zůstávají vírové pruhy v podstatě přímočaré a pak pod vlivem turbulence atmosféry a spolupůsobením vírů začíná jejich zakřivení v prostoru,objevují se v nich mezery, které vedou k postupnému rozptýlení vírů.

Ve spojitosti s neustále se zvyšujícím množstvím letů a zvyšující se hustotou vzdušného provozu se může vrtulník plně dostat do vírové stopy v blízkosti prolétnuvšího letounu nebo vrtulníku,což je mnohdy provázeno nečekanými a nepříjemnými jevy, které ohrožují bezpečnost letů.

Při vlétnutí vrtulníku do této stopy se mění místní úhly náběhu a skluzu a také rychlosti obtékání prvků listu a profilu, což má za následek vznik nevyvážených aerodynamických sil a momentů. Následkem toho se mění vytvořený setrvačný pohyb listů NR a ocasní vrtulky, narůstá dynamické namáhání v listech, závěsové momenty a síly v soustavě řízení a začíná narušený pohyb vrtulníku v prostoru. Povaha a intensita výše uvedených jevů je určena složitou spojitostí parametrů letadla, které produkuje tuto stopu a také vrtulníku, který se do této stopy dostává, režimy letu obou letadel, orientaci a době pobytu vrtulníku ve stopě, také době existence stopy, atmosférických podmínkách a řídících manévrech pilota. Za předpokladu stejných podmínek má nejdůležitější význam úhlová a směrová orientace vrtulníku k vírové stopě.

Když vrtulník protne stopu pod velkým úhlem, pak se délka pobytu ve stopě počítá na desetiny sekundy a tím je dáno, že parametry pohybu vrtulníku se prakticky nestačí znatelně změnit, budou jen pociťovány 1-2 rázy na vrtulník. Základní nebezpečí představuje vstup do stopy pod malými úhly, které nepřevyšují 20-30 stupňů, když osa jednoho z vírových pruhů stopy prochází v blízkosti plochy točení NR nebo ocasní vrtulky. V tomto případě nejtěžší podmínky aerodynamického zatížení listů, nastávají v okamžiku, kdy osa vírové stopy prochází plochou otáčení NR ve vzdálenosti asi 1/2 poloměru rotoru, rovnoběžně s osou letu vrtulníku. Při tom úhly náběhu listu, které se dostávají do zóny vlivu vírové stopy se intensivně mění ve velikosti a v průřezech protínajících jádro vírového pruhu dochází ke skokovým změnám i změnám znaménka úhlu náběhu.

Toto vede k intensivním rázovým změnám aerodynamického zatížení listů a ke změně ustáleného setrvačného pohybu, narušení kužele otáčení listů, objevují se nízkofrekvenční vibrace, třesení trupu vrtulníku. Uvedené jevy se komplikují turbulentní nestejnorodostí vlastního indukovaného proudu, který je vyvolán vírovou stopou. Úroveň výsledných dynamických zatížení listu ve sledovaných podmínkách vzrůstá přibližně na dvojnásobek proti původní úrovni.Ale ani při maximální intensitě vírové stopy nedosahuje tato hodnot, při kterých je možná změna mechanických vlastností a rozrušení listů za letu. Nedochází také k úderům listů na dorazy. V principu vše řečené platí pro listy NR i ocasní vrtulky.

Tímto způsobem vírová stopa nemůže prakticky bezprostředně poškodit rotující listy NR i ocasní vrtulky nebo nosné prvky konstrukce vrtulníku, ale může na krátkou dobu způsobit nečekaný a pro pilota nepochopitelný třes a náhlou změnu polohy vrtulníku, což vede k těžkostem při pilotování, zvláště při letu ve složitějších meteorologických podmínkách nebo v omezeném vzdušném prostoru. Víme, že působení vírové stopy je krátkodobé avšak přesto nám je známo, že jejím vlivem dochází k narušení pohybu vrtulníku. Následně však vrtulník i bez zásahu pilota vychází z celkem nevelkého úseku existujícího induktivního toku vírové stopy navíc také proto, že vírový pruh stále klesá k zemi.

Při rozboru narušeného pohybu vrtulníku je nejzajímavější případ, kdy v začátku momentu vlivu je osa vírové stopy rovnoběžná s osou podélnou vrtulníku ale vzdálená přibližně 1/2 poloměru rotoru. Když například vírová stopa prochází vlevo od vrtulníku, pak po celé levé polovině plochy disku NR indukované rychlosti od vírové stopy mají neměnný směr /zezdola nahoru/ a intensivně vzrůstají od středové do zevní nosné části listů rotoru. To také určuje maximálně možné hodnoty nevyvážených aerodynamických sil a momentů NR, které vyvolávají narušený pohyb vrtulníku v prostoru.

V nejnepříznivějších podmínkách vlivu vírové stopy na NR se vrtulník samovolně naklání, zatáčí a sune se na bok, mění výšku letu, ale parametry dynamické reakce vrtulníku typu Mi-2 a těžších na vliv vírové stopy jsou obecně neveliké. Převrácení a zničení vrtulníku ve vzduchu, ztráta stability a řiditelnosti se prakticky vylučují, i když v letových zkušenostech lehkých zahraničních vrtulníků o hmotnosti 1-2 tuny byly podobné případy zaznamenány.

Při vlivu vírové stopy na ocasní vrtulku se narušení pohybu vrtulníku vyvíjí méně intensivně než při vlivu stopy na NR. Ale když vliv vírové stopy vede ke zmenšení síly tahu ocasní vrtulky, vrtulník se naklání doprava ale součastně zatáčí doleva, to znamená že dělá samovolně nekoordinovaný boční manévr. Když v tomto případě pilot v prvopočátku zareaguje na zatáčení vrtulníku ze směru a vyšlápne pravou nohu se současným reflexním vychýlením páky cyklického řízení doprava, vrtulník se ještě více vykloní z prvopočátečního směru.

Vlétnutí do vírové stopy je pravidelně nečekané pro pilota a je jím pociťováno jako náhlý výpadek systému řízení a narušený pohyb vrtulníku je vyrovnáván reflexně a opožděně. Tato nepřipravenost a zaskočení pilota tvoří základní ohrožení bezpečnosti letu, zatímco v praktických reálných situacích je technická bezpečnost letů vrtulníků vlétnoucích do vírové stopy zpravidla zabezpečena. Je třeba zde mít na paměti, že zapnutý autopilot efektivně vyrovnává rušivý vliv vírové stopy, když ovšem řídící agregát odpovídajících kanálů autopilota při vlétnutí vrtulníku do vírové stopy se nenacházel náhodně v blízkosti "malého tlaku".

Vliv vírové stopy, ve které je narušena pravidelná struktura a při tom intensita zeslábla, nezávisle od úhlu vletu do ní připomínají obvyklé výkyvy v turbulentní atmosféře a nevytvářejí ohrožení bezpečnosti letů. Spolu s tím nesmíme zapomínat, že narušení jednolité struktury vzdušného toku v blízkosti vstupního ústrojí motoru spolu s vírovou turbulencí, navíc i dynamické zvýšení teploty vzduchu způsobené výfukovými plyny reaktivních motorů letadla prolétávajícího poblíž, může způsobit pumpáž a samovolné vysazení pohonné jednotky vrtulníku, jak bylo již řečeno v kapitole '7. '

Tak pro zajištění bezpečnosti letů vrtulníků v prostorech letišť a také u skupinových letů vrtulníků je třeba přísně dodržovat časové a prostorové intervaly mezi letadly, které jsou stanoveny pravidly vzdušného provozu. V každém případě je třeba, aby tento časový interval nebyl kratší 1 minuty.

Přeložil Otto Zemek.