Zijn er nadelen van coaxiale rotor op gevechtshelikopters?
Geplaatst op januari 18, 2021 door adminMijn vraag komt voort uit het feit dat, hoewel dit een zeer fel uitziend en formidabel vliegtuig is met een zeer krachtige motor, Ka-52 Alligator heeft niet veel exportsucces gezien. De export is zeer beperkt omdat alleen Egypte dit type helikopters als buitenlandse klant gebruikt.
Zijn er nadelen van coaxiale rotor op aanvalshelikopters?
Opmerkingen
- Gerelateerd: aviation.stackexchange.com/questions/21188/… en aviation.stackexchange.com/questions / 8642 / …
- Moet dit bericht worden geadopteerd door @community?
Antwoord
De unieke configuratie van dubbele coaxiale rotors biedt zowel voor- als nadelen, en het relatieve gewicht van elk moet worden beschouwd in het licht van de missie van het vliegtuig.
Ik ga ervan uit dat de lezer een basiskennis heeft van helikopterbesturingen (cyclisch, collectief, antitorque).
Nadelen
Aeromechanische complexiteit
Een coaxiale rotor heeft een veel complexere naaf dan een gewone. Hij hoeft niet alleen de draairichting om te keren, hij hoeft heeft twee sets van cyclische en collectieve bedieningselementen die ook het effect van een staartrotor nabootsen.
Aangezien de onderste rotor in de down-wash van de bovenste werkt, moet de collectieve toonhoogte hoger zijn om dezelfde lift te produceren ( en dus koppel). Dit is belangrijk omdat een onbalans in het koppel ervoor zorgt dat het vliegtuig ongecommandeerd giert. In feite is dit hoe gieren wordt bereikt wanneer de piloot op de pedalen trapt, door de rotoren differentiële lift te laten genereren, maar ervoor te zorgen dat hun gecombineerde totaal hetzelfde blijft, zodat het vliegtuig een horizontale vlucht behoudt.
De cyclische bedieningselementen dezelfde effecten ondervinden, dat is de minste van hun problemen, zie hieronder.
Zelfkruising van de rotor
Een enkele rotor in voorwaartse vlucht zal een enigszins conische vorm aannemen vanwege de hefkracht op de bladen. Deze kegel zal ook zijwaarts worden gekanteld ten opzichte van de vliegrichting omdat de bladen verschillende luchtsnelheden zien op verschillende punten in hun cyclus. Dat wil zeggen, de bladen zullen meer lift genereren terwijl ze in de vliegrichting voortbewegen, en minder als ze zich terugtrekken aan de andere kant van de helikopter. Hoe hoger de voorwaartse snelheid, des te groter zal dit effect zijn (in feite zal er meestal een gebied op de rotor zijn waar de bladen geen lift produceren omdat de luchtstroom over hen wordt omgekeerd: de voorwaartse snelheid van de helikopter is groter dan de lokale snelheid van het blad).
In een coaxiaal ontwerp draaien beide rotoren in tegengestelde richting, dus hun kanteling zal ook in tegengestelde richting zijn: de rechtsdraaiende rotors kantelen naar rechts, en de linksom draaiende rotors kantelt naar links (de eigenlijke locaties met maximale buiging zijn niet zo duidelijk als gevolg van de traagheid van het blad, maar dit dient als een basisverklaring).
Het resulterende probleem is vrij duidelijk: de twee rotoren kunnen elkaar kruisen. Dit is een slechte zaak (TM) en zal tot allerlei problemen leiden, zoals snelle ongeplande demontage van de rest van de rotorbladen. Een piloot zal in deze situatie hoogstwaarschijnlijk gebruik maken van het handig geïnstalleerde uitwerpmechanisme.
De werkelijke voorwaartse snelheid waarmee zelfkruising plaatsvindt, wordt niet gepubliceerd (voor zover ik weet), maar is waarschijnlijk ergens boven de 250 km / u. Hierbij wordt alleen rekening gehouden met de voorwaartse vlucht … plotselinge collectieve of cyclische inputs bij hoge maar niet kritische luchtsnelheden kunnen hetzelfde effect hebben.
Het algehele effect is dat coaxiale rotorhelikopters beperkter zijn in hun vluchtomhullingen dan conventionele helikopters. Hoewel dit geen fataal nadeel is, wordt behendigheid zeer gewaardeerd voor aanvalshelikopters.
Yaw Response
Dit is enigszins speculatief, maar het ontbreken van een speciale staartrotor kan de giersnelheid beperken bij lage voorwaartse luchtsnelheden, waar het meeste gierende toque van de staartrotor komt. Bij hoge snelheden wordt het weathervaning-effect van de staart hoe dan ook dominant, waardoor dit een betwistbaar punt is.
Voordelen
Eenvoudiger staartontwerp
Door het ontbreken van een staartrotor hoeft de helikopter geen koppel naar hem over te brengen, waardoor het ontwerp van de giek aanzienlijk wordt vereenvoudigd. In feite maken sommige coaxiale ontwerpen een bijzonder punt van het benutten van dit voordeel, met een zeer korte giek, zoals de Ka-25 en Ka-27, die marinehelikopters zijn die bedoeld zijn om in de krappe ruimtes van een hangar aan boord te passen.
Minder zwakke punten
Het verlies van een staartrotor is niet zoals veel films suggereren een onherstelbare situatie. Een helikopter kan met voldoende voorwaartse snelheid worden gestabiliseerd als deze voldoende staartvolume heeft.
Dat gezegd hebbende, zal het verlies van een staartrotor in een gevechtssituatie hoogstwaarschijnlijk resulteren in een missiedoding. En het is niet alleen de rotor die kwetsbaar is, de giek bevat de transmissiestangen ervoor, dus elke schade langs die structuur kan mogelijk fataal zijn.
Voor een coaxiale helikopter kan het verlies van de staart zal leiden tot een aantal stabiliteitsproblemen, maar niets catastrofaals.
Of de voordelen van het ontwerp opwegen tegen de nadelen, is uiteindelijk een kwestie van voorkeur en van de pasvorm tussen het vliegtuig en de beoogde missie. De mate van acceptatie van een ontwerp is niet noodzakelijk een indicatie van de verdiensten ervan, vooral wanneer het gaat om militaire aankopen, aangezien er talloze andere factoren spelen.
Opmerkingen
- Gierrespons is doorgaans beter voor coaxiale ontwerpen, dus het zou in de sectie ‘ Voordelen ‘ moeten staan. In feite heeft Ka-50, zoals ik weet, verreweg de beste gierreactie van alle vergelijkbare helikopters. Dit maakte het met name mogelijk om een krachtiger pistool te gebruiken dat (bijna) in horizontaal vlak is gefixeerd: het is net zo gemakkelijk om de hele helikopter te richten, zelfs met een aanzienlijke voorwaartse snelheid.
- @Zeus If je kunt een bron vinden in de gierreactie, ik ‘ voeg het graag toe. Vanaf nu heb ik beweringen in beide richtingen gehoord van zogenaamd gezaghebbende bronnen, dus ik ‘ gooi die alinea liever helemaal weg als ik kan ‘ t ondersteunen het beter.
- Een ander nadeel voor aanvalshelikopters is de hogere rotor, waardoor het moeilijker wordt om je achter obstakels te verbergen. Zelfkruising is niet alleen een kwestie van snelheid, maar vooral van de belastingsfactor.
- @PeterK ä mpf Redelijk punt over de belastingsfactor, maar ik ben onverkocht op het gedeelte schuilplaats achter obstakels: het hoogteverschil is klein en de warmtebronnen bevinden zich op de romp, dus het grootste deel van het verbergen kan worden gedaan zonder de rotorkop te verduisteren. In feite suggereert de op de mast gemonteerde radar op de AH-64D dezelfde gedachtegang.
- @AEhere… maar het op de mast gemonteerde vizier maakt veel minder lawaai. Onverborgen en bewegende geluidsbronnen zijn veel gemakkelijker te herkennen. Ook is het hoogteverschil aanzienlijk om verschillende schijfbelastingen (voor bochten) mogelijk te maken. Anders kunnen de messen botsen.
Answer
Het belangrijkste echte nadeel, zoals vermeld in alle andere antwoorden, is complexiteit , en, specifiek voor gevechten, kwetsbaarheid van de hub (die niet kan worden afgeschermd). Aan de andere kant je zou kunnen stellen dat de staartboom van een “normale” helikopter net zo kritisch en kwetsbaar is.
Een ander nadeel is de luchtweerstand van de naaf , die in sommige gevallen tot de helft van de totale weerstand kan uitmaken. Vanwege het inherente gevaar van zelfkruising van de rotor, uitgelegd door AHier, moet de naaf vrij lang zijn, vooral voor snelle en / of wendbare machines. En nogmaals, het kan niet worden afgeschermd en er kan heel weinig aan worden gedaan.
Deze zelfkruising van de rotor zelf wordt vaak als een nadeel genoemd, maar feitelijk resulteert het simpelweg in andere ontwerpcompromissen, zoals de genoemde grotere hub ab ove, of de beperkingen van de vluchtenvelop. In een goed ontworpen systeem is het gevaar dat dit gebeurt niet groter dan het gevaar dat de staartboom wordt afgesneden door de traditionele rotor.
Vrijwel al het andere is een voordeel.
Met betrekking tot aanvalshelikopters specifiek, de belangrijkste is misschien eenvoud van controle en manoeuvreerbaarheid. Hoewel het coaxiale ontwerp niet perfect symmetrisch is, is het ordes van grootte symmetrischer dan het klassieke ontwerp, met zeer weinig kruiskoppeling, en is het bijgevolg veel gemakkelijker te vliegen. Dit maakte het mogelijk om zon eigenaardigheid te ontwerpen als een eenzits gevechtshelikopter, de Ka-50. Er zijn manoeuvres die alleen een coaxiale helikopter realistisch kan uitvoeren, en ze zijn aantoonbaar meer gevechtsrelevant dan de supermanoeuvreerbaarheid van moderne vliegtuigjagers.
Dergelijke hanteerbaarheid kan zelfs resulteren in een zekere zelfgenoegzaamheid van piloten. De helikopter bestuurt zo goed dat het gemakkelijk is om hem buiten zijn beoogde bereik te duwen. In het geval van Ka-50/52 werden uiteindelijk alle gevallen van rotorsbotsingen (waarvan er tenminste één fataal) daaraan toegeschreven. / p>
Wat het exportsucces betreft, de wapenexport is veel meer politiek dan technisch, zodat de nuances die we hier bespreken bijna niet relevant zijn.
Answer
Extra complexiteit in elk vliegtuig wordt over het algemeen als een nadeel beschouwd. Je hebt meer faalpunten, meer onderdelen voor service, in het algemeen hogere kosten voor service en onderhoud en meer faalscenarios als er iets misgaat in de naaf / rotorsamenstelling. In dit specifieke geval zou u ook een extra weerstand tegen slepen introduceren.
Ik kan geen Russisch lezen, maar wiki koppelt dit artikel onder de verwijzing voor de nadelensectie, zal chrome vertalen als u zo geneigd bent om het uit te zoeken.
Opmerkingen
- Dat artikel zegt dat militaire bronnen een niet-gecommandeerde activering van het uitwerpsysteem als reden voor de crash, dus ik ‘ weet niet waarom Wiki het koppelt waar het staat.
- Is het echt een toename in complexiteit contra-roterende rotoren hebben versus een staartboom? Aan het eind van de dag heb je in totaal twee draaiende rotoren met verstelbare bladen.
Antwoord
Draaien (gierend) een coaxiaal bij hoge vermogensinstellingen zal erg krachtig zijn. (ga uit van een verschil van 10% in koppel tussen de bovenste en onderste rotor) Bij laag vermogen zal een verschil van 10% tussen de rotoren navenant laag zijn. Bij autorotatie zal de hoger gelegen rotor proberen OMHOOG TE GAAN, dit komt omdat er wordt gevraagd om meer gewicht te dragen in vergelijking met de andere rotor. Dit is niet vergelijkbaar met een enkel rotorsysteem, waarbij een toename van de spoed de rotor vertraagt. Het affakkelen (toenemende belasting) van dit systeem zal de rotor echter SNELLEN. Afnemende belasting door cyclisch (verminderde G) zal de rotor vertragen. Als we beide LOAD-veranderingen van een enkele rotor in tegengestelde richtingen op een coaxiaal systeem beschouwen, wordt de omkering van de besturing duidelijk. In de zweefstand heeft een coaxiaal een zeer goede giercontrole in beide richtingen, waarbij wind van beide kanten geen regelbeperking veroorzaakt. Bij autorotatie is het roersysteem het belangrijkste middel van giercontrole (een run bij de landing is
normaal geloof ik). Als het vermogen kan worden teruggewonnen voordat de landing plaatsvindt, wordt een goede koppelcontrole hervat.
Geef een reactie