Finns det nackdelar med koaxialrotor på attackhelikoptrar?
On januari 18, 2021 by adminMin fråga härrör från det faktum att även om detta är ett väldigt våldsamt och formidabelt flygplan med en mycket kraftfull motor, Ka-52 Alligator har inte sett många exportframgångar. Dess export är mycket begränsad eftersom endast Egypten använder denna typ av helikoptrar som utländsk kund.
Finns det nackdelar med koaxialrotor på attackhelikoptrar?
Kommentarer
- Relaterat: aviation.stackexchange.com/questions/21188/… och aviation.stackexchange.com/questions / 8642 / …
- Bör detta inlägg antas av @community?
Svar
Den unika konfigurationen av dubbla koaxialrotorer ger både fördelar och nackdelar, och den relativa vikten för var och en måste beaktas mot bakgrund av flygplanets uppdrag.
Jag kommer att anta att läsaren har en grundläggande förståelse för helikopterkontroller (cyklisk, kollektiv, antitorque).
Nackdelar
Aeromekanisk komplexitet
En koaxialrotor har en mycket mer komplex nav än en vanlig. Den behöver inte bara vända rotationsriktningen, den har två uppsättningar av cykliska och kollektiva kontroller som också efterliknar effekten av en svansrotor.
Eftersom den nedre rotorn arbetar i nedtvätten av den övre, måste dess kollektiva stigning vara högre för att producera samma lyft ( och därmed vridmoment). Detta är viktigt eftersom en vridmomentsobalans får flygplanet att gälla okommanderat. I själva verket är detta hur yaw uppnås när piloten trampar på pedalerna genom att låta rotorerna generera differentiell lyftning, men se till att deras sammanlagda totala förblir densamma så att flygplanet behåller nivåflygning.
De cykliska kontrollerna drabbas av samma effekter, det är det minsta av deras problem, se nedan.
Roterande självkorsning
En enskild rotor i framåtflygning kommer att ha en något konisk form på grund av knivarnas lyftkraft. Denna kon kommer att lutas i sidled med avseende på flygriktningen eftersom knivarna ser olika lufthastigheter vid olika punkter i sin cykel. Det vill säga bladen kommer att generera mer lyft medan de går framåt i flygriktningen och mindre medan de drar sig tillbaka på motsatt sida av helikoptern. Ju högre hastighet framåt, desto större kommer denna effekt att vara (I själva verket kommer det vanligtvis att finnas ett område på rotorn där knivarna inte producerar lyft eftersom luftflödet över dem är omkastat: helikoptern framåt hastighet är större än bladets hastighet).
I en koaxial design vänder båda rotorerna i motsatta riktningar, så att deras lutningar också kommer att vara i motsatta riktningar: medurs vridande lutar åt höger och moturs vrider lutar åt vänster (den faktiska platser för maximal böjning är inte lika tydliga på grund av bladtröghet, men detta fungerar som en grundförklaring).
Det resulterande problemet är ganska uppenbart: de två rotorerna kan korsa varandra. Detta är en dålig sak (TM) och kommer att leda till alla möjliga problem som snabb oplanerad demontering av resten av rotorbladen. En pilot i denna situation kommer sannolikt att använda den bekvämt installerade utmatningsmekanismen.
Den faktiska framåthastigheten vid vilken självkorsningen kommer att ske publiceras inte (så vitt jag vet), men är troligtvis någonstans över 250 km / h. Detta tar bara hänsyn till framåtflygning … plötsliga kollektiva eller cykliska ingångar vid höga men inte kritiska lufthastigheter kan ha samma effekt.
Den totala effekten är att koaxiala rotorhelikoptrar är mer begränsade i sina flyghöljen än konventionella. Även om detta inte är en dödlig nackdel, är agility mycket uppskattad för attackhelikoptrar.
Yaw Response
Detta är något spekulativt, men avsaknaden av en dedikerad svansrotor kan begränsa girhastigheten vid låga hastigheter framåt, där det mesta av den gnidande token kommer från svansrotorn. Vid höga hastigheter blir svansens väderskyddande effekt i alla fall, vilket gör detta till en svag punkt.
Fördelar
Enklare svansdesign
Bristen på en svansrotor befriar helikoptern från att behöva överföra vridmoment till den, vilket förenklar bomkonstruktionen kraftigt. I själva verket gör vissa koaxiella mönster en särskild poäng att utnyttja denna fördel, med mycket kort bom, som Ka-25 och Ka-27, som är marinhelikoptrar som är avsedda att passa in i den snäva ramen för en hangar ombord.
Mindre svaga punkter
Förlusten av en svansrotor är inte som många filmer skulle föreslå, en oåterkallelig situation. En helikopter kan stabiliseras med tillräcklig hastighet framåt om den har tillräckligt med svansvolym.
Med detta sagt, att förlora en svansrotor i en stridssituation kommer sannolikt att resultera i en missionsdöd. Och det är inte bara rotorn som är sårbar, bommen innehåller växellådor för den, så eventuella skador längs den strukturen kan vara potentiellt dödliga.
För en koaxial helikopter kan förlusten av svansen kommer att leda till vissa stabilitetsfrågor, men inget katastrofalt.
Huruvida fördelarna med designen uppväger dess nackdelar är i slutändan en fråga om preferens och om passformen mellan flygplanet och dess avsedda uppdrag. Antagningsgraden för en design är inte nödvändigtvis ett tecken på dess fördelar, särskilt inte när militär upphandling är inblandad, eftersom det finns otaliga andra faktorer som spelar.
Kommentarer
- Yaw-respons är vanligtvis bättre för koaxial design, så det borde vara i ’ Fördelar ’. I själva verket har Ka-50, som jag vet, det överlägset bästa svaret från alla jämförbara helikoptrar. Detta gjorde det i synnerhet möjligt att använda en kraftfullare pistol som är (nästan) fixerad i horisontellt plan: det är lika lätt att rikta hela helikoptern, även i en betydande framåthastighet.
- @Zeus If du kan hitta en källa på svaret, jag ’ lägger gärna till den. Från och med nu har jag hört påståenden i båda riktningarna från förmodligen auktoritativa källor så jag ’ hellre dike det stycket helt om jag kan ’ t stödja det bättre.
- En annan nackdel för attackhelikoptrar är den högre rotorn som gör det svårare att gömma sig bakom hinder. Självkorsning är inte bara en fråga om hastighet utan mest om belastningsfaktor.
- @PeterK ä mpf Rätt punkt på lastfaktorn, men jag är osåld på gömningen bakom hinder: skillnaden i höjd är liten och värmekällorna ligger på flygkroppen, så det mesta av gömningen kan åstadkommas utan att skymma rotorhuvudet. Faktum är att den mastmonterade radaren på AH-64D antyder samma tankesätt.
- @AEhere … men den mastmonterade sikten ger mycket mindre ljud. Oskyddade och rörliga bullerkällor är mycket lättare att upptäcka. Dessutom är höjdskillnaden stor för att möjliggöra olika diskbelastningar (för svängar). Annars kan knivarna kollidera.
Svar
Den största verkliga nackdelen, som nämns i alla andra svar, är komplexitet , och speciellt för strid, navets sårbarhet (som inte kan skyddas). Å andra sidan det kan hävdas att svansbommen hos en ”normal” helikopter är lika kritisk och sårbar.
En annan nackdel är navets aerodynamiska drag , vilket i vissa fall kan utgöra upp till hälften av det totala släpet. På grund av den inneboende risken för rotorns självkorsning, förklarad av AEhere, måste navet vara ganska högt, särskilt för höghastighets- och / eller manövrerbara maskiner. Och återigen kan den inte skyddas, och väldigt lite kan göras åt det.
Själva rotorns självkorsning citeras ofta som en nackdel, men i faktiskt resulterar det helt enkelt i andra designkompromisser, till exempel det högre navet som nämns ab ove, eller begränsningar för flygkuvert. I ett väldesignat system är risken för att det händer inte större än risken för att klippa av svansbommen av den traditionella rotorn.
Nästan allt annat är en fördel.
När det gäller specifikt attackhelikoptrar är den viktigaste kanske enkelhet i kontroll och manövrerbarhet. Även om den koaxiala designen inte är perfekt symmetrisk är den storleksordningen mer symmetrisk än den klassiska designen, med väldigt lite tvärkoppling, och är därför mycket lättare att flyga. Detta gjorde det möjligt att utforma en sådan konstighet som en en-sits stridshelikopter, Ka-50. Det finns manövrer som endast en koaxial helikopter realistiskt kan utföra, och de är förmodligen mer stridsrelevanta än supermanöverförmågan hos moderna flygplanstridsflygplan. Helikoptern kontrollerar så bra att det är lätt att skjuta den bortom dess avsedda kuvert. I fallet med Ka-50/52 tillskrivs slutligen alla fall av rotorkollisioner (åtminstone en av dem dödlig). / p>
När det gäller exportframgången är vapenexporten mycket mer politisk än teknisk, så att nyanserna vi diskuterar här är nästan irrelevanta.
Svar
Extra komplexitet i alla flygplan anses i allmänhet vara en nackdel. Du har ökat felpunkter, mer del till service, mycket generellt sett en högre kostnad för service och underhåll och fler felscenarier om något skulle gå fel i nav / rotorenheten. I det här specifika fallet skulle du också införa en extra dragstraff.
Jag kan inte läsa ryska men wiki länkar den här artikeln under referens för nackdelen, krom kommer att översättas om du är så benägen att kolla in den.
Kommentarer
- Den artikeln säger att militära källor föreslog en okommanderad aktivering av utmatningssystemet som orsak till kraschen, så jag ’ är osäker på varför Wiki länkar det där det gör.
- Är det verkligen en ökning av komplexiteten att ha kontraroterande rotorer kontra en svansbom? I slutet av dagen har du totalt två roterande rotorer med hopfällbara blad.
Svar
Vändning (gapande) en koaxial vid högeffektsinställningar kommer att vara mycket kraftfull. (antag 10% skillnad i vridmoment mellan övre och nedre rotor) Vid låg effekt kommer en 10% skillnad mellan rotorer att vara motsvarande låg. Vid autorotation kommer den högre stigande rotorn att försöka SPEED UP, detta beror på att den ombeds att bära mer vikt jämfört med den andra rotorn. Detta kan inte jämföras med ett enda rotorsystem, där en ökning av stigningen saktar ner rotorn. Emellertid kommer det systemets utsvängning (ökande belastning) att HASTIGA rotorn. Minskande belastning med cyklisk (reducerad G) kommer att sakta ner rotorn. Om vi tar hänsyn till båda dessa enskilda rotor-LOAD-förändringar i motsatta riktningar på ett koaxialsystem blir kontrollomvandlingen uppenbar. I svävaren har en koaxial mycket bra girkontroll i båda riktningarna, vind från båda håll orsakar ingen kontrollbegränsning. Vid autorotation är rodersystemet det främsta sättet för girkontroll, (en körning vid landning är en normal tror jag) Om kraften kan återvinnas innan man trycker på den, återupptas en bra vridmomentkontroll.
Lämna ett svar