AERODYNAMICKÉ VZEPĚTÍ VRTULNÍKU (Podchvat)

Ing. Vlastislav Kaděra (LaPVO 1987)

Při vyšší technice pilotáže současných vrtulníků se mohou vyskytnout nebezpečné jevy, donedávna na vrtulnících neznámé, které při neznalosti osádky mohou vést k haváriím, popřípadě ke katastrofám. Jedním z takovýchto jevů je aerodynamické vzepětí. Sovětští odborníci v mechanice letu jej označuji termínem "podchvat". 

Při aerodynamickém vzepětí dochází k intenzivnímu samovolnému růstu úhlu podélného sklonu a růstu normálního přetížení. Obdobný jev lze pozorovat na klasických letounech v průběhu manévrování na velkých podzvukových rychlostech, odpovídajících číslům M = 0,7 - 0,95 a malých výškách letu, kdy se projeví vliv stlačitelnosti prostředí na stabilitu a řiditelnost. K největší intenzitě aerodynamického vzepětí dochází u letounu se šípovým křídlem. Zvětšení přetížení probíhá prudce a pilot jej nestačí vždy vyrovnat odpovídajícím potlačením řídící páky.

K aerodynamickému vzepětí na vrtulníku dochází vlivem statické nestability vrtulníku podle úhlu náběhu. Projevuje se při rychlostech od cestovní do maximální (obr. 1) při prudkých pohybech řídící pákou. Úhel podélného sklonu může dosáhnout hodnoty až 60 stupňů a přetížení 3 g.

 

Přitahuje-li pilot řídící páku při přechodu do svíčky, zvětšuje se úhel náběhu nosného rotoru a vrtulník následkem nevyvážené síly zakřivuje svou dráhu letu nahoru. Při prudkém přitažení se intenzívně zvětšuje přetížení, které vzrůstá nad povolenou hodnotu vlivem statické nestability vrtulníku podle úhlu náběhu. Úhel náběhu nosného rotoru se mění od určité výchozí záporné hodnoty do určité kladné, přitom se mění režim obtékání rotoru z vrtulníkového na vírníkový a tím se zmenšuje potřebný výkon. Nosný rotor tak potřebuje k otáčení velice malý výkon (viz obr. 2).

Systém automatické regulace otáček není schopen na takovou prudkou změnu potřebného kroutícího momentu rychle reagovat snížením výkonu. Na volné turbíně vzniká přebytek výkonu, který způsobuje dodatečné roztočení nosného rotoru. Otáčky nosného rotoru tak mohou převýšit maximálně povolenou hodnotu.

V důsledku velké hodnoty normálového přetížení pilot rychle tlačí řídící páku dopředu, aby zastavil otáčení vrtulníku kolem příčné osy Z. Tím se ještě zvýší intenzita růstu přetížení a úhlu podélného sklonu. V důsledku prudké změny úhlu nastavení listů nosného rotoru došlo k odtržení proudu z listů nosného rotoru. V sektoru 120-150 stupňů se úhly nastavení listů nosného rotoru zmenšují a v sektoru 300-330 stupňů se zvyšuji. Přitom rotor je obtékán pod kladnými úhly náběhu. V zóně 300-330 stupňů dochází k odtržení proudu z listů nosného rotoru vlivem velkého úhlu náběhu listů a rychlostí. Profilový odpor roste a klesá vztlak. Nerovnoměrnost aerodynamických sil na listech nosného rotoru se projeví značným chvěním, vzniká přídavný klopivý moment "těžký na ocas", který nutí k dalšímu samovolnému zakřivování dráhy nahoru a zvyšování úhlu podélného sklonu při potlačené poloze řídící páky.

Odtržení proudu a tím i přídavný klopivý moment je největší, jestliže řídící páka dosáhne předního dorazu. Toto lze charakterizovat jako celkovou ztrátu efektivnosti podélného řízení.

V důsledku samovolného růstu přetížení a úhlu podélného sklonu dochází ke zmenšování rychlosti (rozdíl V je až 80 km/h za 2 sec). Po Jejím zbrždění na rychlost ekonomickou se obnoví plynulost obtékání listů nosného rotoru v zóně 300-330 stupňů a tím se obnoví i efektivnost podélného řízení. To je patrno ze stabilizace úhlu podélného sklonu a poklesu přetížení, avšak jeho kladná hodnota stále nutí vrtulník pokračovat v zakřivováni dráhy nahoru (obr. 3).

Pilot přitom neustále tlačí řídící páku až na doraz. Vzápětí začne vrtulník energicky zmenšovat úhel podélného sklonu a přetížení může dosáhnout až hodnoty 0,5 g. Dochází k prudkému nárůstu potřebného výkonu pro roztáčení rotoru (obr. 2). Systém automatické regulace otáček nestačí zvýšit otáčky turbokompresoru a tím vyvinout potřebný výkon na volné turbíně, takže otáčky nosného rotoru se začnou snižovat až pod minimální přípustnou hodnotu, kdy dochází k odpojení generátoru.

Za těchto podmínek by mohlo dojít také k nestabilní práci volné turbíny, k odtržení proudu z lopatek volné turbíny, což má za následek růst teploty plynů před turbínou. Uvádí se v činnost omezovač teploty plynů před turbínou, který snižuje dodávku paliva do spalovacích komor. Toto opatření ještě více zpomaluje růst otáček a může způsobit i jejich váznutí.

Na obr. 3 je zakreslen průběh přetížení, úhlu podélného sklonu, otáček nosného rotoru, celkového úhlu nastavení listů nosného rotoru a pohybu řídící pákou v závislosti na čase pro vrtulník Mi-8 při prudkém přechodu do svíčky. Popsaný proces samovolného zvyšování úhlu podélného sklonu a přetížení probíhá přibližně 2 sec. V tu dobu se vrtulník nepodřizuje vůli pilota. Přetížení může překročit maximálně povolené hodnoty a určitou dobu může zachovat dokonce stálou hodnotu.

Výše popsanému jevu je třeba čelit již v začátku a to bezprostředně po tom, kdy pilot ucítí zvýšené vibrace a intenzivnější vzrůst úhlu podélného sklonu a přetížení. Je třeba snížit úhel nastavení listů nosného rotoru a vyšlápnout levou nohou a převést vrtulník do souvratu. Snížením úhlu nastavení listů nosného rotoru se zvýší efektivnost podélného řízení a vyšlápnutí levého pedálu napomůže udržení otáček nosného rotoru. Část výkonu spotřebovaná ocasní vrtulí se tak předá na nosný rotor. Převedením do souvratu vrtulník vyjde z nebezpečného režimu s menší ztrátou výšky a rychlosti. Hrubou chybou by bylo vrtulník přetláčet, neboť následná ztráta efektivnosti podélného řízení vyvolává ještě intenzivnější růst přetížení a úhlu podélného sklonu.

 

Na obr. 4 jsou znázorněny průběh otáček nosného rotoru, úhlu podélného sklonu, rychlosti a celkového úhlu nastavení listů nosného rotoru v závislosti na čase, zaznamenané registračním zařízením na bojovém vrtulníku při rychlém pohybu řídicí pákou, kdy došlo k aerodynamickému vzepětí.

Aerodynamické vzepětí je přímým důsledkem hrubých pohybů řídící pákou při vyšší technice pilotáže. Může k němu dojít při prudkém přechodu do svíčky, při vybírání ze střemhlavého letu a bojové zatáčce. Důležitou roli zde hraje i vnější podmínky, především teplota a tlak okolního vzduchu. S růstem teploty okolního vzduchu klesá hodnota úhlu nastavení listů nosného rotoru, při němž dochází k odtržení proudu vzduchu. Dalším důležitým faktorem ovlivňujícím vznik aerodynamického vzepětí je centráž. Posun těžiště dozadu zvyšuje statickou nestabilitu vrtulníku podle úhlu náběhu a tím i možnost vzniku aerodynamického vzepětí při prudších pohybech řídící pákou.

Proto je nutné při pilotování vrtulníku a zvláště při vyšší technice pilotáže dodržovat instrukce pro pilotáž, a to především rychlost pohybu řídící pákou v příčném i podélném směru a pákou kolektivního nastavení listů nosného rotoru.

Video HH-65 A Dolphin. Nevzdělanci to popisují jako uzamknutí cyklického řízení - řízení prý nereagovalo či dokonce opačně.