Pilotáž vrtulníku

02.05.2012

Řízení vrtulníku je oproti letadlu mnohem složitější. Proč? Protože vrtulník je nesymetrický. Zkuste při šlapání vody v bazénu oběma rukama zabrat doleva. Vaše tělo se bude otáčet doprava. Proto klasický vrtulník pro eliminaci reakčního momentu rotoru musí mít ocasní vyrovnávací vrtulku. Tím pádem ale nikdy řízení vrtulníku nemůže být tak jednoduché jako je tomu u letadla.

Vrtulník má tyto kanály řízení : kolektiv pro zvýšení nebo snížení tahu (stoupání-klesání), nožní řízení pro otáčení vrtulníku kolem svislé osy, cyklické řízení pro nastavení rotoru do jakéhokoliv směru (dopředný let, bočení a couvání) a přípusť motoru (pokud nemáte regulátor).

Zvednete-li kolektiv, vrtulník se začne otáčet kolem svislé osy - takže musíte vyšlápnout nohu. Kterou nohu? U pravotočivého rotoru vyšlapujete pravou. A protože se vyšlápnutím nohy změnily poměry na příčné ose, je nutno ještě cyklickým řízením zvýšit pravý náklon. Proto je důležité vědět, jak se u kterého vrtulníku otáčí rotor. Jeden kanál řízení ovlivňuje druhý. Pilot se tak pracně učí psychomotorické pohyby (jako cvičená opice) - aby v případě opačného smyslu otáčení rotoru u jiného typu vrtulníku musel začínat úplně znovu.

První odlišnost je ta, že vrtulník létá neustále v malém náklonu několika stupňů (kolik stupňů to závisí na dopředné rychlosti a na použitém výkonu). Ve visu vrtulník s pravotočivým rotorem (Mi-8) visí s pravým náklonem. Nikdo se tomu nediví, ale za letu se všichni zoufale snaží letět s kuličkou uprostřed rysek příčného sklonoměru, který je orientován kolmo k podlaze vrtulníku.

U Mi-24 je to snadněji k pochopení protože má DUAS, což jsou svislá a vodorovná křidélka na vysunuté tyči na přídi, určená pro měření úhlu vybočení a úhlu náběhu disku rotoru. Pokud pilot letí tak, že svislá křidélka jsou v ose s podélnou osou vrtulníku, má mírný pravý náklon a letí aerodynamicky čistě. A to Mi-24 má ještě vyosený rotor doprava o 2,5 stupně. Pokud si pilot všímá horizontálních křidélek, nemusí sledovat variometr a o mnoho přesněji lze provádět manévry se současným udržením zvolené výšky. Problém je pouze v noci, protože DUAS není ve tmě vidět. Groteskně tak vypadá let pilota, který si nasadí boudu pro let podle přístrojů. Ten okamžitě srovná náklon a kuličku mezi rysky. Ale pilot operátor, který není zakryt vidí, že se vrtulník podle DUASu hrne doleva. To, že vojáci takto létají, ač mají krásné skripta o aerodynamice Mi-24 kde je graf o potřebném náklonu v závislosti na rychlosti, je zarážející.

EC 135 s levotočivým rotorem má umělý horizont s příčným sklonoměrem orientován o pár stupňů doprava oproti podlaze a sedačkám. Pokud chce pilot letět aerodynamicky čistě, letí s kuličkou uprostřed rysek - je ale v levém náklonu. Na dlouhých tratích se z důvodu pohodlí posádky letí tak, že sedačky a podlaha trupu jsou bez náklonu, zato ale kulička je trochu vpravo.

U R22 kde není příčný sklonoměr jsou na přídi kabiny ve výši očí uchyceny dva provázky, které slouží pro to, aby pilot viděl jak je kabina ofukována. A létá se v dost velkém levém náklonu.

Kdy je důležité letět ve správném náklonu (pravotočivý rotor)? 

Při střelbě neřízenými raketami, jinak raketa letí doleva. Při dojezdu se musí přistávat na pravé kolo, jinak se přistává v traverzu. Při letu s břemenem v podvěsu. Bird při geofyzice musí letět pod vrtulníkem, protože anténa GPS je umístěna ve vrtulníku a nemůže tedy čidlo birdu snímat údaje posunuté o více než deset metrů vpravo. Souvrat doprava jde stejně dobře jako souvrat doleva, když se letí ve správném náklonu.

Pilot, který chce létat aerodynamicky čistě, si musí sedačku či padák upravit (vypodložit) tak, aby ho neobtěžovala sedačka, která je orientovaná kolmo k podlaze. Teprve poté je schopen ve visu zaznamenat i ty nejjemnější poryvy či směr větru. I taková drobnost, jako je poloha kabiny ve zdánlivém bezvětří, pilotu napoví směr proudění, který je velmi důležitý např. u rozbíhání maximálně zatíženého vrtulníku.

Rozbíhání maximálně zatíženého vrtulníku se provádí tak, aby tah vrtulky pomohl vrtulník rozběhnout - to znamená bočením. Navíc se využije i to, že vrtulník je bez náklonu. Levým bočením rozbíhaný vrtulník (pravotočivý rotor) nikdy nepoklesne, tak jako pravidelně poklesne při rozbíhání směrem dopředu. Někteří vojenští piloti na to, že je to nejrychlejší způsob vzletu přišli sami, ale na jednom cvičení v 70. letech byli za to dokonce potrestáni! Trestající byli samozřejmě staří piloti letounů (kluzáků), kteří moc toho o nesymetričnosti vrtulníku nevěděli. Proto ani není tak důležité, aby vrtulník měl kolový podvozek pro rozbíhání vrtulníku po zemi - stačí lyže. Aby pilot při rozbíhání vrtulníku bočením viděl do směru vzletu, musí sedět na levé straně u pravotočivého rotoru, či na pravé straně u levotočivého rotoru. Proto sedadlo velitele vrtulníku u Mi-8 je levé a u R22 pravé.

Druhou odlišnost má na svědomí precesní pohyb setrvačníku, v tomto případě rotoru. Při uvádění vrtulníku za letu např. do pravého náklonu, příď vrtulníku má tendenci stoupat a let má podobu pravé stoupavé spirály. Bavíme se o pravotočivém rotoru. Při uvádění do levého náklonu, příď klesá. Proč? Vymontujte si kolo z vašeho bicyklu, uchopte ho za hřídel oběma rukama s osou kolmo k zemi, kolo roztočte se smyslem otáčení jako u vašeho vrtulníku a zkuste ho naklonit. V prstech ucítíte, že kolo má tendenci se vychýlit směrem o 90 stupňů jiným. V učebnici fyziky si to teoreticky můžete potvrdit. U vrtulníku s pravotočivým rotorem je eliminace precesního pohybu jednoduší, z důvodu, že pohyb cyklikou se děje zhruba ve směru - doleva přitáhnout a doprava potlačit, což lze jednoduše provézt pohybem dlaně v zápěstí. U levotočivého rotoru se cyklika vychyluje - zleva potlačit na doprava přitáhnout, což je nevýhodné. Proto nechápu, proč Američani lpí na levotočivém rotoru.

Třetí odlišnost má příčinu v měnícím se reakčním momentu rotoru v závislosti na pohybu pákou kolektivu. Přizvednete-li kolektiv u pravotočivého rotoru, vrtulník se počne otáčet doleva. Proč? Přizvednutím kolektivu chcete stoupat, takže jste zvýšili tah rotoru, který je ale přímo úměrný na dodávaném výkonu od motoru a tím též na kroutícím momentu. Zvýší-li se kroutící moment a tah ocasní vrtulky se nezmění vyšlápnutím pravé nohy, vrtulník se počne otáčet doleva, protože se současně zvětšil reakční moment. Proto současně s přizvednutím kolektivu je nutno automaticky vyšlapovat pravou nohu k eliminaci reakčního momentu rotoru.

Čtvrtá odlišnost je v ovládání přípusti motoru u vrtulníků nevybavených automatickou regulací. Co to je? Přizvednete-li kolektiv u vrtulníku, který nemá automatickou regulaci, rotor okamžitě začne snižovat svoje otáčky. Proč? Přizvednutím kolektivu chci po rotoru aby dával větší výkon, ale motor dodává jen tolik, nakolik je přípustí nastaven (využitelný výkon se nemění. Energeticky je tento stav nevyrovnaný, proto otáčky rotoru klesají. Co s tím. Přidat plyn. Jak? Otočením rukojeti plynu na kolektivu. Potom tedy současně při pohybu kolektivem automaticky pootáčíte správným směrem přípustí. Mimochodem dosti náročné na osvojení.

Zvláštnosti pilotáže.

Rotor vrtulníku je ofukovaný buď svisle, při visení nebo šikmo, při dopředném letu. Pro představu, svislé ofukování je jako když oblečeni šlapete vodu v bazénu, je to velmi náročné. Šikmé obtékání je podobné jako když plavete, je to pohodlnější a ne tak náročné na potřebný výkon. Plavec když bude držet závaží tak déle vydrží s ní plavat než šlapat vodu. Rozbíháte-li vrtulník do dopředného letu, jistě si všimnete určité rychlosti (je to kolem 40-50 km/hod), kdy rotor ze svislého obtékání přechází do šikmého obtékání. Při přechodu se vrtulník rozvibruje tak, že někdy i přístroje jsou nečitelné. Po úplném přechodu do šikmého obtékání se vrtulník zklidní, je cítit mimořádná akcelerace a řízení (nožní) je klidnější, protože i ocasní vrtulka pracuje v šikmém obtékání.

I vrtulník má ekonomickou a optimální rychlost, kterou najdete v grafu závislosti využitelného a potřebného výkonu na rychlosti. Při zvyšování ale i zmenšování dopředné rychlosti od stanovené ekonomické rychlosti (např. 120 km/hod) se zvětšuje potřebný výkon. Ten se bude potom ještě téměř skokově zvětšovat při snižování rychlosti pod 50 km/hod, t.j. při přechodu do svislého obtékání rotoru. Zde mají často původ zákazy v letových příručkách pro létání malými rychlostmi v malých výškách. Může se totiž stát, že horizontální poryv větru který zapůsobí na vrtulník zezadu, sníží náhle jeho rychlost vůči vzduchu (pozor - ne vůči zemi) a vrtulník pro udržení se v dané výšce bude potřebovat skokově o mnoho větší potřebný výkon. Vrtulník proto začne rychle klesat. Pilot pozdě eliminuje klesání velkým přizvednutím kolektivu a tak se často stává, že než motory zareagují, vrtulník je už v zemi. Zkušení piloti vycítí rozpor mezi vzdušnou rychlostí (air speed) a rychlostí vrtulníku vůči zemi (ground speed). Rychloměr totiž většinou neukazuje rychlost pod 50 km/hod. Piloty většinou varuje začínající se třesení vrtulníku, který ze šikmého obtékání vstupuje do svislého a tak už preventivně zvedají kolektiv. Tím motory dostanou impuls pro akceleraci a významně se zkracuje doba přechodu motoru na vyšší režim při velkém přizvednutí kolektivu.

Disk rotoru může být nejen ofukován svisle a šikmo ale i kolmo na osu, zespoda šikmo a dokonce i zespoda svisle (při autorotaci). Je-li vzduch nasáván ze shora, rotor koná práci. Motor musí dodávat úměrný výkon. Je-li rotor ofukován zespodu, snižuje se potřebný výkon a motory snižují dodávaný výkon. Je vypracován graf závislosti kroutícího momentu, na rychlosti a na úhlu náběhu disku rotoru. Co z toho plyne? Letím-li v horizontu a prudčeji přitáhnu cykliku, tak otáčky rotoru vyběhnou nahoru než regulace motoru dá pokyn ke snížení otáček motoru. Když po prvotní reakci rotoru a motoru potlačím cykliku, změním úhel náběhu disku rotoru z kladného na záporný. To má za následek zvýšenou potřebu kroutícího momentu. Důsledek tohoto potlačení je, že otáčky rotoru se začnou snižovat než akcelerující motory dodají přebytek výkonu ke zvýšení otáček. Tento skokový nárůst potřebného výkonu při potlačení může být nebezpečný např. při snaze o rychlé převedení vrtulníku ze zbržďování do rozbíhání při opakovaném vzletu v malé výšce.

Záludnosti pilotáže vrtulníku

Akrobacie vrtulníků

První zdokumentovaný přemet předved pilot Harold E. Thompson s vrtulníkem Sikorski S-52 dne 9.5.1949. Video.

První přemet a výkrut předvedl Piasecki PV-18 Retriever (HUP-1, 2, H-25) Mule L+K 4/08

První přemet a sudový výkrut předvedl vrtulník Lockheed 286 helo3470.JPG (29887 bytes) L+K 8/67

Výkrut vrtulníku Sikorsky S-67 Blackhawk helo3550.JPG (23137 bytes) L+K 5/72, 23/74, 6/99

Mistrovství světa v akrobacii vrtulníků v Piotrków Trybunalski 13.-23. 8. 1981 L+K 2/82

Západoněmecké vrtulníky BO 105 se speciálním tuhým rotorem excelovaly v akrobacii. Video z roku 1984. Video Red Bull. Nehoda.

Akrobacie britského vrtulníku Lynx z prosince 1988. Video.

Zkušební pilot G.R.Karapetjan zalétal 6.3.1993 na Mi-28 první přemet a sudový výkrut s ruským vojenským vrtulníkem. L+K 12-13/99 Video.

Ruský Mi-34 zalétá celou akrobacii díky polotuhému rotoru. Video.

Akrobacie vrtulníku Eurocopter Tiger. Video1 a video2.

Akrobacie AH-64D Apache Longbow - Letová obálka nemá omezení úhlu náběhu, výkrutu nebo vybočení. Zůstává omezení nepřekročitelné rychlosti letu a maximálně povolených násobků. L+K 25-26/99

Vrtulníkové porno - Video, 2, 3, 4, 5,..

Pilotáž vrtulníku při vysazení motoru

Klesání při vysazení motoru - autorotace. Je to jako u vírníku. Proud vzduchu při klesání zespodu roztáčí rotor.

Cvičná autorotace - pohled z kabiny: s vrtulníkem R22, R22, R22 s vybráním do visu, Bell 206, AS 350

Pohled z venčí: R22, R44, R44, EC 120, BK 117, AS 350, S-92, trochu rychlá OH-58D, ART vybraná moc vysoko OH-58D

O pilotáži

O pilotáži HC-102

Ako lieta Mi-2 helo3573.jpg (329552 bytes), helo3574.jpg (405288 bytes). L+K 13/76

Jak létá Mi-24?

helo3671.JPG (315582 bytes), helo3672.JPG (436262 bytes), helo3673.JPG (414150 bytes), helo3674.JPG (450002 bytes). KV 5/64

Odkazy:

Beneš Ladislav, Pondělíček Zdenek - Start a přistání vrtulníků v omezeném prostoru (KV 5/64)

Beneš Ladislav - Bezpečnostní diagram HC-102 (L+K 4/65)

Kaděra Vlastislav Ing. - Aerodynamické vzepětí vrtulníku (LaPVO)

Kuna Karel Ing. pplk. - Křídlo u vrtulníku (LaPVO)

Beneš Ladislav Ing. a kolektiv - Učebnice pro piloty vrtulníků, Slov-air 1985

 

Helicopter Aerodynamics