RU2486596C1 - Method of determining and indicating rotor approximation to vortex ring conditions at single-rotor helicopter pre-landing maneuvers - Google Patents

Method of determining and indicating rotor approximation to vortex ring conditions at single-rotor helicopter pre-landing maneuvers Download PDF

Info

Publication number
RU2486596C1
RU2486596C1 RU2012128325/08A RU2012128325A RU2486596C1 RU 2486596 C1 RU2486596 C1 RU 2486596C1 RU 2012128325/08 A RU2012128325/08 A RU 2012128325/08A RU 2012128325 A RU2012128325 A RU 2012128325A RU 2486596 C1 RU2486596 C1 RU 2486596C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
helicopter
speed
rotor
vortex ring
zone
Prior art date
Application number
RU2012128325/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Петрович Бутов
Зинаида Семеновна Емельянова
Борис Юрьевич Барсуков
Венер Мансурович Мухаметгареев
Людмила Вениаминовна Фролкина
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова" filed Critical Открытое акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова"
Priority to RU2012128325/08A priority Critical patent/RU2486596C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2486596C1 publication Critical patent/RU2486596C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: aircraft engineering.
SUBSTANCE: method comprises measuring incident air flow nearby rotor by air pressure receiver fitted at blade tip. Helicopter vertical speed, pitch and wobble plate lengthwise deflection are measured. Rotor angle of attack, tangential and normal components of incident airflow velocity in real time are computed. Measured also are incident airflow velocity nearby rotor at its decrease due to oncoming inductive velocities created by helicopter vortex trace and axial velocity are measured. Measured magnitudes are compared to limiting parameters of cortex ring zone. At helicopter descent at the rate over 3 m/s and tangential velocity nearby rotor lower than 45-50 km/h, pilot is warned about approach to said rig zone by light and voice signals. Besides, instruction on decrease in pitch to landing magnitude is sent to control system and, at a time, vertical rate of helicopter descent is stabilised to not over 2.0 m/s.
EFFECT: higher accuracy.
2 cl, 4 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к авиации, а именно к области аэродинамики несущего винта (НВ) одновинтового вертолета, в частности к способу определения и сигнализации о приближении несущего винта к зоне режимов «вихревого кольца» на предпосадочных маневрах.The invention relates to aviation, in particular to the field of rotor aerodynamics (HB) of a single-rotor helicopter, in particular to a method for determining and signaling the rotor approaching the zone of “vortex ring” modes on pre-landing maneuvers.

Уровень техникиState of the art

Известно, что на предпосадочных маневрах вертолета происходит попадание вертолета в «вихревое кольцо» с неожиданной и резкой потерей высоты полета, что приводит к авариям и катастрофам вертолетной техники за счет неизбежных грубых посадок. Джексон У. Теория вертолета. - М.: Мир, 1989 г., стр.108.It is known that at helicopter pre-landing maneuvers, the helicopter enters the “vortex ring” with an unexpected and sharp loss of flight altitude, which leads to accidents and catastrophes of helicopter equipment due to inevitable rough landings. Jackson W. Helicopter Theory. - M.: Mir, 1989, p. 108.

Известна система контроля для предотвращения от вхождения в «вихревое кольцо» винтокрылого аппарата, которая сравнивает воздушную скорость набегающего потока и текущую скорости снижения вертолета на выбранном режиме полета, генерирует сигналы в ответ на вхождение в режим полета «вихревое кольцо» и формирует вибрирующий цикл для сдерживания роторного диска от вхождения в «вихревое кольцо», патент № SU 2006/0006279 А1, 2006 г. Однако этот маневр может повлиять на траекторию полета.A control system is known for preventing a rotorcraft from entering the “vortex ring”, which compares the air speed of the incoming flow and the current helicopter lowering speed in the selected flight mode, generates signals in response to entering the “vortex ring” flight mode and generates a vibrating cycle to contain the rotor disk from entering the “vortex ring”, patent No. SU 2006/0006279 A1, 2006. However, this maneuver may affect the flight path.

Известен способ обнаружения и сигнализации о приближении к «вихревому кольцу» винтокрылого аппарата, содержащий измерение на предварительных летных испытаниях с помощью системы измерителей скорости воздушного потока при значительных погрешностях и связанных с ней тангенциальных и нормальных составляющих воздушной скорости потока вблизи несущего винта, формирование по этим парным величинам на осях абсцисс и ординат диаграммы границ возникновения зоны режимов «вихревого кольца» винтокрылого аппарата, сравнение в течение полета воздушной скорости вертолета и связанной с ней вертикальной скорости с граничными параметрами зоны «вихревого кольца» по диаграмме и при соответствии параметров режиму «вихревого кольца» формирование сигнала предупреждения. Приемники воздушного давления (ПВД) установлены напротив на двух плечах вращающего рычага, установленного на штанге над несущим винтом винтокрылого аппарата (патент № US 7907066 В2, 2011, WO 2009074745 A1).A known method for detecting and signaling the approach to the "vortex ring" of a rotorcraft, comprising measuring in preliminary flight tests using a system of air flow velocity meters with significant errors and the associated tangential and normal components of the air velocity near the rotor, the formation of these paired the values on the abscissa and ordinates of the diagram of the boundaries of the appearance of the zone of regimes of the “vortex ring” of the rotorcraft, comparison during flight the stifling speed of the helicopter and the associated vertical speed with the boundary parameters of the vortex ring zone according to the diagram and, when the parameters correspond to the vortex ring mode, the formation of a warning signal. Air pressure receivers (LDPEs) are mounted opposite the two shoulders of the rotary arm mounted on the rod above the rotor of the rotorcraft (US Pat. No. 7907066 B2, 2011, WO 2009074745 A1).

Однако в известном способе тангенциальную и нормальную (осевую) скорости набегающего потока воздуха вблизи НВ определяют без учета их зависимости от угла атаки НВ, рассчитываемого по углу тангажа, углу отклонения автомата перекоса в продольном направлении, отношения вертикальной скорости вертолета к горизонтальной скорости воздушного потока вблизи НВ, что значительно снижает точность при определении зоны режимов «вихревого кольца» и момента запуска сигнала тревоги, увеличивая вероятность летных происшествий. Кроме того, усложнение конструкции НВ снижает надежность и влияет на траекторию полета при предпосадочных маневрах.However, in the known method, the tangential and normal (axial) free air velocities near the HB are determined without taking into account their dependence on the angle of attack of the HB, calculated by the pitch angle, the angle of deviation of the swashplate in the longitudinal direction, the ratio of the vertical speed of the helicopter to the horizontal speed of the air flow near the HB , which significantly reduces the accuracy when determining the zone of modes of the "vortex ring" and the moment the alarm is triggered, increasing the likelihood of flight accidents. In addition, the complexity of the HB design reduces reliability and affects the flight path during pre-landing maneuvers.

Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении безопасности полетов вертолета на предпосадочных маневрах.The present invention is aimed at achieving a technical result, which consists in increasing the safety of helicopter flights on pre-landing maneuvers.

Для получения указанного технического результата в способе определения и сигнализации о приближении несущего винта (НВ) к зоне режимов «вихревого кольца» на предпосадочных маневрах одновинтового вертолета, включающем измерение при предварительных летных испытаниях с помощью системы измерений поступательной скорости с учетом ветра и вертикальной скорости вертолета на режимах снижения на Нср=1000 м, и по этим парным величинам на осях абсцисс и ординат строят диаграммы границ возникновения «вихревого кольца» вертолета (фиг.4), сравнение в течение предпосадочного маневра скорости воздушного потока и связанной с ней вертикальной скорости с граничными параметрами зоны режима «вихревого кольца», определение и сигнализацию о приближении к режиму «вихревого кольца» и формирование сигнала предупреждения, при этом воздушную скорость набегающего потока вблизи несущего винта измеряют с помощью приемника воздушного давления (ПВД), установленного в законцовке лопасти. На предпосадочных маневрах вертолета измеряют вертикальную скорость вертолета, угол тангажа вертолета, угол отклонения автомата перекоса в продольном направлении и вычисляют угол атаки НВ, тангенциальную и нормальную составляющие воздушной скорости набегающего потока в текущем времени по следующим формулам:To obtain the indicated technical result in the method of determining and signaling the rotor (HB) approaching the zone of the “vortex ring” modes on pre-landing maneuvers of a single-rotor helicopter, which includes measurement during preliminary flight tests using a translational speed measurement system taking into account wind and vertical helicopter speed at modes to reduce cf. H = 1000 m, and this pair of values on the axes of abscissa and ordinate build boundaries diagram occurrence "vortex ring" of the helicopter (4), the comparison the course of the pre-landing maneuver of the air flow velocity and the associated vertical velocity with the boundary parameters of the zone of the vortex ring mode, the determination and signaling of approaching the vortex ring mode and the formation of a warning signal, while the air flow velocity near the rotor is measured using air pressure receiver (LDPE) installed in the tip of the blade. On the pre-landing maneuvers of the helicopter, the vertical speed of the helicopter, the pitch angle of the helicopter, the angle of deviation of the swash plate in the longitudinal direction are measured, and the angle of attack of the HB, the tangential and normal components of the air flow velocity in the current time are calculated according to the following formulas:

α = ϑ + φ з a к л + D 1 δ в + a r c t g   3,6 × V y / V x , ( 1 )

Figure 00000001
α = ϑ + φ s a to l + D one δ at + a r c t g 3.6 × V y / V x , ( one )
Figure 00000001

где α - угол атаки НВ, в градусах;where α is the angle of attack of the HB, in degrees;

ϑ - угол тангажа вертолета, в градусах;ϑ is the pitch angle of the helicopter, in degrees;

φзакл - угол заклинения (наклона вперед) оси вращения НВ, в градусах;φzakl - the angle of the spell (tilt forward) of the axis of rotation of the HB, in degrees;

δв - угол отклонения автомата перекоса в продольном направлении, в градусах;δв - angle of deviation of the swashplate in the longitudinal direction, in degrees;

D1 - передаточное отношение от автомата перекоса до равнодействующей тяги НВ;D1 - gear ratio from the swash plate to the resultant traction HB;

Vy - вертикальная скорость вертолета, в м/с;Vy - the vertical speed of the helicopter, in m / s;

Vx - горизонтальная скорость воздушного потока вблизи НВ, в км/ч;Vx is the horizontal speed of the air flow near the HB, in km / h;

определяют суммарную тангенциальную скорость в плоскости концов лопастей:determine the total tangential velocity in the plane of the ends of the blades:

V т = V x cos α + V y sin α ( 2 )

Figure 00000002
V t = V x cos α + V y sin α ( 2 )
Figure 00000002

и суммарную нормальную (осевую) скорости:and total normal (axial) speed:

V o c = V y cos α + V x sin α ( 3 )

Figure 00000003
V o c = V y cos α + V x sin α ( 3 )
Figure 00000003

Тангенциальную скорость набегающего потока вблизи несущего винта при ее уменьшении (фиг.1 и 2) за счет воздействия встречных индуктивных скоростей, создаваемых вихревым следом НВ, и осевую (нормальную) скорость сравнивают с граничными параметрами зоны «вихревого кольца». При снижении вертолета со скоростью более 3 м/с и полете со скоростью менее 45-50 км/ч летчику начинают сигнализировать о приближении к зоне «вихревого кольца» прерывистыми световыми и речевыми сигналами (фиг.3), а также в систему автоматического управления (САУ) передают команду об уменьшении угла тангажа до посадочного значения, исключающего касание предохранительной пятой подстилающей поверхности, и одновременно стабилизируют вертикальную скорость снижения вертолета до значения не более 2,0 м/с. Кроме того, при попадании в режим «вихревое кольцо» тревожные сигналы усиливаются (фиг.4), что требует от летчика немедленного увеличения скорости полета и при наличии запаса мощности двигателя пытаться после разгона до Vx=40 км/ч уменьшить вертикальную скорость.The tangential velocity of the incoming flow near the rotor when it decreases (Figs. 1 and 2) due to the action of counter inductive velocities created by the vortex wake of the HB, and the axial (normal) velocity is compared with the boundary parameters of the vortex ring zone. When reducing the helicopter at a speed of more than 3 m / s and flying at a speed of less than 45-50 km / h, the pilot begins to signal the approach to the zone of the "vortex ring" intermittent light and speech signals (figure 3), as well as in the automatic control system ( Self-propelled guns) send a command to reduce the pitch angle to a landing value that excludes touching the safety fifth of the underlying surface, and at the same time stabilize the helicopter's vertical speed of descent to a value of not more than 2.0 m / s. In addition, when entering the "vortex ring" mode, the alarm signals are amplified (Fig. 4), which requires the pilot to immediately increase the flight speed and, if there is an engine power reserve, try to reduce the vertical speed after acceleration to Vx = 40 km / h.

Таким образом, технический результат достигается за счет уточнения границ возникновения «вихревого кольца» путем учета в расчетах суммарной тангенциальной скорости в плоскости концов лопастей и суммарной осевой скорости воздушного потока в зависимости от угла атаки НВ, рассчитываемым исходя из суммы параметров (ϑ+φзакл.+D1δв+arctg 3,6×Vy/Vx).Thus, the technical result is achieved by clarifying the boundaries of the appearance of the “vortex ring” by taking into account in the calculations the total tangential velocity in the plane of the ends of the blades and the total axial velocity of the air flow depending on the angle of attack of the airfield, calculated on the basis of the sum of the parameters (ϑ + φcl. + D1δv + arctan 3.6 × Vy / Vx).

Предлагаемый способ поясняется на фиг.1-4.The proposed method is illustrated in figures 1-4.

На фиг.1 приведены тарировочные характеристики индикатора поступательной малой скорости вертолета - Vx на режимах набора высоты и снижения вертолета Ми-8 на средней высоте 1000 м, где (1) - зависимость поступательной скорости полета вертолета от скорости снижения Vy при выдерживании по индикатору Vx=100 км/ч, (2) - зависимость поступательной скорости вертолета от вертикальной скорости - Vy при Vx=50 км/ч, (3) - зависимость поступательной скорости вертолета от Vy при Vx=15 км/ч, (4) - зависимость поступательной скорости вертолета от Vy при Vx=0.Figure 1 shows the calibration characteristics of the progressive low speed indicator of the helicopter - Vx in the climb and descent modes of the Mi-8 helicopter at an average altitude of 1000 m, where (1) is the dependence of the translational speed of the helicopter on the speed of decline Vy when kept by the indicator Vx = 100 km / h, (2) - the dependence of the translational speed of the helicopter on the vertical speed - Vy at Vx = 50 km / h, (3) - the dependence of the translational speed of the helicopter on Vy at Vx = 15 km / h, (4) - the dependence of the translational helicopter speed from Vy at Vx = 0.

На фиг.2 представлены зависимости воздушной скорости вблизи несущего винта, около штатного ПВД и истиной по замерам путевой скорости по данным кинотеодолитных станций (КТС) с учетом скорости ветра W, равного 4 м/с, на режиме горизонтального торможения вертолета Ми-8, на высоте 20 м:Figure 2 presents the dependence of air speed near the main rotor, near the standard LDPE and the truth according to measurements of the ground speed according to the movie theodolite stations (CTS) taking into account the wind speed W, equal to 4 m / s, in the horizontal braking mode of the Mi-8 helicopter, 20 m high:

5 - зависимость воздушной скорости вблизи НВ Vx от времени по показаниям индикатора вертолетного измерителя скорости (ВИС), работающего от ПВД на лопасти НВ -;5 - air speed near NV Vx versus time according to the readings of the indicator of a helicopter speed meter (VIS) operating from LDPE on the HB - blades;

6 - зависимость скорости от времени по данным КТС с учетом скорости ветра W;6 - the dependence of speed on time according to the CCC taking into account the wind speed W;

7 - зависимость скорости от времени по показаниям индикатора указателя скорости УС-250, работающего от ПВД на фюзеляже вертолета;7 - the dependence of speed on time according to the indications of the indicator of the speed indicator US-250, operating from LDPE on the fuselage of the helicopter;

8 - граница зоны «вихревого кольца» по поступательной скорости вертолета.8 - the boundary zone of the "vortex ring" at the translational speed of the helicopter.

На фиг.3 приведена блок-схема устройства предупреждения летчика о приближении и попадании в зону«вихревого кольца», содержащая блок обработки фактических измерений и расчета текущих значений Vт и Voc (9), связанный входами с выходами измерителей вертикальной скорости вертолета, горизонтальной скорости воздушного потока вблизи НВ, угла тангажа вертолета, угла отклонения автомата перекоса в продольном направлении; блок базы данных (10), представляющих посредством диаграммы в системе осей, связанных с НВ, граничные параметры зоны режима «вихревого кольца», а оси абсцисс и ординат которой соответствуют тангенциальной и нормальной составляющим воздушной скорости вблизи НВ, при этом выход (10) и выход блока обработки фактических измерений (9) соединены с входами блока сравнения (11) текущих значений Vт и Voc с граничными параметрами для обнаружения пары составляющих тангенциальной и осевой скоростей, приближающих НВ к зоне режима «вихревого кольца» в текущем времени полета и формирования сигнала, выход которого связан с входом блока предупреждения летчика о приближении к зоне «вихревого кольца» со световым (12) и с речевым сигналом (13) и САУ (14).Figure 3 shows a block diagram of a device for warning a pilot about approaching and falling into a vortex ring zone, containing a unit for processing actual measurements and calculating current values of Vt and Voc (9), connected by inputs to the outputs of measuring instruments of vertical helicopter speed, horizontal air speed flow near the HB, the pitch angle of the helicopter, the angle of deviation of the swashplate in the longitudinal direction; a database block (10) representing, by means of a diagram in the system of axes associated with the HB, the boundary parameters of the zone of the “vortex ring” mode, and the abscissa and ordinates of which correspond to the tangential and normal components of the air velocity near the HB, with the output (10) and the output of the actual measurement processing unit (9) is connected to the inputs of the comparison unit (11) of the current values of Vt and Voc with boundary parameters for detecting a pair of tangential and axial velocity components approaching the HB to the zone of the “vortex ring” mode in the current flight time and signal generation, the output of which is connected to the input of the pilot warning unit about approaching the “vortex ring” zone with the light (12) and with the speech signal (13) and self-propelled guns (14).

На фиг.4 приведены границы (16) зоны режимов «вихревого кольца» (15) для одновинтового вертолета и показаны режимы без проявления признаков « вихревого кольца» (17)Figure 4 shows the boundaries (16) of the zone of modes of the "vortex ring" (15) for a single-rotor helicopter and shows the modes without showing signs of a "vortex ring" (17)

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

При предварительных летных испытаниях на режимах снижения вертолета на средней высоте 1000 м с помощью внешнетраекторных измерений фиксируют путевую скорость вертолета и с учетом скорости ветра определяют его воздушную скорость и вертикальную скорость. По этим парным величинам с учетом критерия увеличения скорости снижения вертолета из-за повышения потребной мощности двигателей строят диаграммы границ возникновения «вихревого кольца» (фиг.4) и заносят в блок 10 на фиг.3.During preliminary flight tests in the helicopter lowering modes at an average altitude of 1000 m, the path speed of the helicopter is recorded using external trajectory measurements and its air speed and vertical speed are determined taking into account wind speed. Based on these paired values, taking into account the criterion for increasing the helicopter's decrease speed due to an increase in the required engine power, diagrams of the boundaries of the “vortex ring” occurrence are constructed (Fig. 4) and entered into block 10 in Fig. 3.

На предпосадочных маневрах с помощью ПВД, установленного в законцовке лопасти одновинтового вертолета, соединенного с измерителем малой скорости, измеряют воздушную скорость набегающего потока вблизи несущего винта. Кроме того, измеряют вертикальную скорость вертолета, угол тангажа вертолета, угол отклонения автомата перекоса в продольном направлении для расчета угла атаки НВ. В текущем времени вычисляют угол атаки НВ, тангенциальную и нормальную составляющие воздушной скорости набегающего потока в вычислителе блока, (9) блока 9 на фиг.3 устройства предупреждения летчика о приближении и попадании в зону «вихревого кольца» по следующим формулам:At pre-landing maneuvers with the help of LDPE installed in the tip of a single-rotor helicopter blade connected to a low-speed meter, the air speed of the incoming flow near the main rotor is measured. In addition, measure the vertical speed of the helicopter, the pitch angle of the helicopter, the angle of deviation of the swashplate in the longitudinal direction to calculate the angle of attack of the HB. In the current time, the angle of attack of the HB, the tangential and normal components of the airflow velocity of the incoming flow in the calculator of the block, (9) of block 9 in figure 3 of the pilot warning device about approaching and falling into the vortex ring zone are calculated according to the following formulas:

α = ϑ + φ з a к л + D 1 δ в + a r c t g   3,6 × V y / V x ( 1 )

Figure 00000004
α = ϑ + φ s a to l + D one δ at + a r c t g 3.6 × V y / V x ( one )
Figure 00000004

α - угол атаки НВ, в градусах;α is the angle of attack of the HB, in degrees;

ϑ - угол тангажа вертолета, в градусах;ϑ is the pitch angle of the helicopter, in degrees;

φзакл - угол заклинения (наклона вперед) оси вращения НВ, в градусах;φzakl - the angle of the spell (tilt forward) of the axis of rotation of the HB, in degrees;

δв - угол отклонения автомата перекоса в продольном направлении, в градусах;δв - angle of deviation of the swashplate in the longitudinal direction, in degrees;

D1 - передаточное отношение от автомата перекоса до равнодействующей тяги НВ;D1 - gear ratio from the swash plate to the resultant traction HB;

Vy - вертикальная скорость вертолета, в м/с;Vy - the vertical speed of the helicopter, in m / s;

Vx - горизонтальная скорость воздушного потока вблизи НВ, в км/ч;Vx is the horizontal speed of the air flow near the HB, in km / h;

определяют суммарную тангенциальную скорость в плоскости концов лопастей:determine the total tangential velocity in the plane of the ends of the blades:

V т = V x cos α + V y sin α ( 2 )

Figure 00000005
V t = V x cos α + V y sin α ( 2 )
Figure 00000005

и суммарную нормальную (осевую) скорости:and total normal (axial) speed:

V o c = V y cos α + V x sin α ( 3 )

Figure 00000006
V o c = V y cos α + V x sin α ( 3 )
Figure 00000006

На втором этапе в реальном времени полета вертолета, см фиг.3, выходы блока (9) и блока (10) соединяют с входами блока сравнения (11), в котором тангенциальную скорость набегающего потока вблизи несущего винта при ее уменьшении за счет воздействия встречных индуктивных скоростей, создаваемых вихревым следом, и осевую (нормальную) скорость сравнивают с граничными параметрами зоны режима «вихревого кольца». По результатам сравнения в блоке (11) определяется предсказываемая воздушная скорость при обнаружении пары тангенциальной и осевой скоростей в пределах зоны режимов «вихревого кольца», и по сигналу из блока (11), поступающего на входы блоков (12 и 13), формируют световые и речевые сигналы предупреждения.At the second stage in real-time helicopter flight, see Fig. 3, the outputs of block (9) and block (10) are connected to the inputs of the comparison block (11), in which the tangential velocity of the incoming flow near the rotor when it decreases due to the action of oncoming inductive velocities created by the vortex wake, and the axial (normal) velocity are compared with the boundary parameters of the zone of the vortex ring mode. Based on the results of the comparison, in block (11) the predicted air speed is determined when a pair of tangential and axial velocities is detected within the zone of the “vortex ring” modes, and light signals are generated from the block (11) entering the inputs of the blocks (12 and 13) and warning speech signals.

Кроме того, по результатам экспериментов был также определен диапазон скоростей с неустойчивым режимом обтекания винта: наблюдался неустойчивый режим обтекания винта при уменьшении воздушной скорости вблизи НВ до Vx≤45-50 км/ч и скорости снижения и Vy≥3-2 м/с и режим при Vx≥45 км/ч и Vy≤3-2 м/с, когда неустойчивость отсутствует. При снижении вертолета со скоростью более 3 м/с и воздушной скоростью вблизи винта, измеренной вертолетным измерителем скорости (ВИС), менее 45-50 км/ч летчику начинают сигнализировать о приближении к зоне «вихревого кольца» световыми и речевыми сигналами, а также в систему автоматического управления передают команду об уменьшении угла тангажа до посадочного значения, исключающего касание предохранительной пятой подстилающей поверхности, и одновременно стабилизируют вертикальную скорость снижения вертолета до значения не более 2,0 м/с.In addition, according to the results of the experiments, a speed range with an unstable regime of flow around the screw was also determined: an unstable regime of flow around the screw was observed with a decrease in the air speed near the NW to Vx≤45-50 km / h and the speed of decrease and Vy≥3-2 m / s and mode at Vx≥45 km / h and Vy≤3-2 m / s when there is no instability. When the helicopter decreases with a speed of more than 3 m / s and an air speed near the propeller, measured by a helicopter speed meter (VIS), less than 45-50 km / h, the pilot begins to signal the approach of the “vortex ring” zone with light and speech signals, as well as the automatic control system sends a command to reduce the pitch angle to the landing value, which excludes touching the safety fifth of the underlying surface, and at the same time stabilize the helicopter's vertical speed of descent to a value of not more than 2.0 m / s.

При попадании в режим «вихревое кольцо» тревожные сигналы усиливаются, что требует от летчика немедленного увеличения скорости полета и при наличии запаса мощности двигателя пытаться после разгона до Vx≥40 км/ч уменьшить вертикальную скорость.When entering the "vortex ring" mode, the alarm signals are amplified, which requires the pilot to immediately increase the flight speed and, if there is an engine power reserve, try to reduce the vertical speed after acceleration to Vx≥40 km / h.

ПримерExample

На этапе эксперимента прогнозируют приближение несущего винта (НВ) к зоне режимов «вихревого кольца» на предпосадочных маневрах одновинтового вертолета Ми-8 путем измерения во времени вертикальной скорости снижения вертолета Vy и воздушных скоростей Vx вблизи лопасти с помощью ПВД, установленного в ее законцовке, соединенной с измерителем малой скорости. Кроме того, вычисляют угол атаки α винта для соответствующих сочетаний скоростей Vx и Vy. На основании этих данных определяют суммарные тангенциальные и нормальные составляющие величин скорости вблизи несущего винта по формулам (1), (2), (3) в блоке (9) на фиг.3. В предварительных летных испытаниях одновинтового вертолета по известным критериям: увеличение скорости снижения вертолета из-за повышения потребной мощности, увеличения пульсации тяги НВ, путем визуализации спутного вихревого следа или определения снижения эффективности управления вертолетом с замерами траекторных параметров вертолета на режимах и фиксации скорости ветра определяется зона режимов «вихревого кольца», фиг.4, которая используется для идентификации режимов работы НВ при приближении к зоне в текущем времени реального полета на предпосадочных маневрах.At the stage of the experiment, the rotor (HB) is predicted to approach the “vortex ring” regime zone in the pre-landing maneuvers of the Mi-8 single-rotor helicopter by measuring in time the vertical velocity of the helicopter Vy and the airspeeds Vx near the blade using the LDPE installed in its tip connected with a low speed meter. In addition, the angle of attack α of the screw is calculated for the corresponding combinations of speeds Vx and Vy. Based on these data, the total tangential and normal components of the velocity values near the rotor are determined by the formulas (1), (2), (3) in block (9) in Fig. 3. In preliminary flight tests of a single-rotor helicopter according to well-known criteria: an increase in the helicopter's decrease in speed due to an increase in the required power, increase in the pulsation of the NV thrust, by visualizing a satellite vortex wake or by determining the decrease in the helicopter control efficiency with measuring the helicopter trajectory parameters in modes and fixing the wind speed modes of the "vortex ring", figure 4, which is used to identify the modes of HB when approaching the zone in the current time real pre-landing maneuvers.

Для оценочного расчета положения НВ вертолета Ми-8 относительно зоны режимов «вихревого кольца» принимают фиксированный момент времени захода на посадку, соответствующий скорости полета вертолета 60 км/ч. По инструкции вертикальная скорость снижения при заходе на посадку не должна превышать 2 м/с. На этом режиме полета вертолета происходит совместное влияние на уменьшение местной скорости вблизи НВ от снижения, фиг.1, и торможения, фиг.2, что соответствует скорости снижения -4 м/с на фиг.1. Так, на скорости снижения Vy=-4 м/с указатель малой скорости вблизи НВ показал на уменьшение горизонтальной составляющей скорости воздушного потока вблизи НВ на 43 км/ч, то есть с 60 км/ч понизилась до 17 км/ч = 4,7 м/с, что может соответствовать совместному воздействию снижения и торможения в реальном предпосадочном маневре.For the estimated calculation of the position of the Mi-8 helicopter NV relative to the zone of “vortex ring” modes, a fixed approach time is taken corresponding to the helicopter flight speed of 60 km / h. According to the instructions, the vertical descent speed during approach should not exceed 2 m / s. In this helicopter flight mode, there is a joint effect on the decrease in local speed near the HB from the decline, Fig. 1, and braking, Fig. 2, which corresponds to a decrease speed of -4 m / s in Fig. 1. So, at a decrease speed of Vy = -4 m / s, the low-speed indicator near the HB showed a decrease in the horizontal component of the air flow velocity near the HB by 43 km / h, that is, from 60 km / h it decreased to 17 km / h = 4.7 m / s, which may correspond to the combined effect of lowering and braking in a real pre-landing maneuver.

Определяют угол атаки α=arctgVy/Vx=arctg(-2)/4,7=23030i. Затем определяют суммарные тангенциальные Vт и осевую Voc скорости по формулам (2) и (3):The angle of attack is determined α = arctgVy / Vx = arctan (-2) / 4.7 = 23 0 30 i . Then determine the total tangential Vt and axial Voc speeds according to formulas (2) and (3):

Vт=5,1 м/с=18,36 км/ч и Voc=-3,72 м/с.Vt = 5.1 m / s = 18.36 km / h and Voc = -3.72 m / s.

Такое парное сочетание тангенциальной Vт и осевой Voc скоростей соответствует попаданию в зону режимов «вихревого кольца», см. фиг.4.Such a paired combination of tangential Vt and axial Voc velocities corresponds to falling into the zone of modes of the "vortex ring", see figure 4.

Важно, что происходит вблизи НВ на предпосадочном маневре при воздушной скорости 80 км/ч. Как и при 60 км/ч, фиг.1, произошло занижение скорости воздушного потока вблизи НВ на величину, близкую 43 км/ч. Поэтому горизонтальная скорость в плоскости концов лопастей будет равна 37 км/ч=10,3 м/с. Определяют угол атаки α=arctg(-2)/10,3=11°. Затем определяют суммарные тангенциальные Vт и осевую Voc скорости по формулам (2) и (3):It is important what happens near the HB in the pre-landing maneuver at an air speed of 80 km / h. As at 60 km / h, figure 1, there was an underestimation of the speed of the air flow near the HB by an amount close to 43 km / h. Therefore, the horizontal speed in the plane of the ends of the blades will be equal to 37 km / h = 10.3 m / s. The angle of attack α = arctg (-2) / 10.3 = 11 ° is determined. Then, the total tangential Vt and axial Voc velocities are determined by formulas (2) and (3):

Vт=10,49 м/с=37,72 км/ч и Voc=-3.93 м/с.Vt = 10.49 m / s = 37.72 km / h and Voc = -3.93 m / s.

При скорости вертолета 80 км/ч НВ также находится вблизи зоны режимов «вихревое кольцо» и незначительное увеличение скорости снижения вертолета или увеличение его тангажа приведет к попаданию в зону режимов « вихревое кольцо».At a helicopter speed of 80 km / h, the HB is also located near the “vortex ring” mode zone, and a slight increase in the helicopter's reduction speed or increase in its pitch will lead to the “vortex ring” regime entering the zone.

Так как летчик даже не подозревает о близости зоны режимов «вихревое кольцо», он получает голосовое и световое предупреждение.Since the pilot does not even suspect the proximity of the zone of modes of the "vortex ring", he receives a voice and light warning.

По результатам экспериментов был также определен критерий, по которому оценивают неустойчивый режим обтекания винта: наблюдался неустойчивый режим обтекания винта при значительном уменьшении воздушной скорости вблизи НВ:According to the results of the experiments, a criterion was also determined by which an unstable regime of flow around a screw is estimated: an unstable regime of flow around a screw was observed with a significant decrease in air speed near the HB:

Vx≤45 км/ч и Vy≥3-2 м/с и режим, когда Vx≥45 км/ч и Vy≤3-2 м/с, неустойчивость отсутствует.Vx≤45 km / h and Vy≥3-2 m / s and the mode when Vx≥45 km / h and Vy≤3-2 m / s, there is no instability.

На этапе полета используют устройство предупреждения о приближении к зоне режимов «вихревого кольца», выдающее световые и звуковые сигналы, блок-схема которого приведена на фиг.3. Кроме того, сигнал поступает в САУ, с помощью которого уменьшают тангаж вертолета до посадочного значения и стабилизируют скорость снижения вертолета до значения не более 2 м/с.At the stage of flight, a warning device is used to approach the zone of modes of the "vortex ring", issuing light and sound signals, a block diagram of which is shown in figure 3. In addition, the signal enters the self-propelled guns, with the help of which the helicopter pitch is reduced to the landing value and the speed of the helicopter is reduced to a value of no more than 2 m / s.

Таким образом, получение дополнительной информации в летных испытаниях при положительных углах атаки о значительном уменьшение скорости воздушного потока вблизи НВ позволит значительно усовершенствовать известные способы предупреждения летчика о попадании в зону «вихревого кольца» применительно к предпосадочным маневрам вертолетной техники.Thus, obtaining additional information in flight tests at positive angles of attack about a significant decrease in the air flow near the HB will significantly improve the known methods of warning the pilot about getting into the “vortex ring” zone as applied to pre-landing maneuvers of helicopter equipment.

Claims (2)

1. Способ определения и сигнализации о приближении несущего винта (НВ) к зоне режимов «вихревого кольца» на предпосадочных маневрах одновинтового вертолета, включающий измерение на предварительных летных испытаниях с помощью системы измерителей горизонтальной и вертикальной воздушной скорости вертолета, определение по этим парным величинам на осях абсцисс и ординаты диаграммы границ возникновения «вихревого кольца» вертолета, сравнение в течение предпосадочного маневра тангенциальной и нормальной скоростей воздушного потока с граничными параметрами зоны режима «вихревого кольца», определение и сигнализация о приближении к режиму «вихревого кольца» и формирование сигнала предупреждения, отличающийся тем, что воздушную скорость набегающего потока вблизи несущего винта измеряют с помощью приемника воздушного давления (ПВД), установленного в законцовке лопасти, на предпосадочных маневрах вертолета измеряют вертикальную скорость вертолета, угол тангажа вертолета, угол отклонения автомата перекоса в продольном направлении и вычисляют угол атаки НВ, тангенциальную и нормальную составляющие воздушной скорости набегающего потока в текущем времени по следующим формулам:
α = ϑ + φ з a к л . + D 1 δ в + a r c t g 3,6 V y / V x , ( 1 )
Figure 00000007

где α - угол атаки НВ, в градусах;
ϑ - угол тангажа вертолета, в градусах;
φзакл. - угол заклинения (наклона вперед) оси вращения НВ, в градусах;
δв - угол отклонения автомата перекоса в продольном направлении, в градусах;
D1 - передаточное отношение от автомата перекоса до равнодействующей тяги НВ;
Vy - вертикальная скорость вертолета, м/с;
Vx - горизонтальная скорость воздушного потока вблизи НВ, км/ч;
определяют суммарную тангенциальную скорость в плоскости концов лопастей:
V т = V x cos α + V y sin α ( 2 )
Figure 00000008

и суммарную нормальную (осевую) скорость:
V o c = V y cos α + V x sin α , ( 3 )
Figure 00000009

тангенциальную скорость набегающего потока вблизи несущего винта при ее уменьшении за счет воздействия встречных индуктивных скоростей, создаваемых вихревым следом НВ, и осевую (нормальную) скорость сравнивают с граничными параметрами зоны «вихревого кольца», а при снижении вертолета со скоростью более 3 м/с и воздушной скоростью вблизи винта менее 45-50 км/ч летчику начинают сигнализировать о приближении к зоне «вихревого кольца» световыми и речевыми сигналами, а также в систему автоматического управления (САУ) передают команду об уменьшении угла тангажа до посадочного значения, исключающего касание предохранительной пятой подстилающей поверхности, и одновременно стабилизируют вертикальную скорость снижения вертолета до значения не более 2,0 м/с.
1. A method for determining and signaling the rotor (HB) approach to the zone of “vortex ring” modes on pre-landing maneuvers of a single-rotor helicopter, including measurement in preliminary flight tests using a system of horizontal and vertical airspeed meters of a helicopter, determining from these paired values on the axes abscissa and ordinates of the diagram of the boundaries of the appearance of the “vortex ring” of a helicopter, comparison during the pre-landing maneuver of the tangential and normal air flow velocities with the parameters of the zone of the "vortex ring", the definition and signaling of approaching the "vortex ring" mode and the formation of a warning signal, characterized in that the air speed of the incoming flow near the rotor is measured using an air pressure receiver (LDPE) installed in the tip of the blade , on the pre-landing maneuvers of the helicopter, the vertical speed of the helicopter, the pitch angle of the helicopter, the angle of deviation of the swashplate in the longitudinal direction are measured, and the angle of attack of the HB, tangential y and the normal components of the air flow speed in the current time according to the following formulas:
α = ϑ + φ s a to l . + D one δ at + a r c t g 3.6 V y / V x , ( one )
Figure 00000007

where α is the angle of attack of the HB, in degrees;
ϑ is the pitch angle of the helicopter, in degrees;
ph. - angle of spell (tilt forward) of the axis of rotation of the HB, in degrees;
δв - angle of deviation of the swashplate in the longitudinal direction, in degrees;
D1 - gear ratio from the swash plate to the resultant traction HB;
Vy - the vertical speed of the helicopter, m / s;
Vx is the horizontal speed of the air flow near the HB, km / h;
determine the total tangential velocity in the plane of the ends of the blades:
V t = V x cos α + V y sin α ( 2 )
Figure 00000008

and total normal (axial) speed:
V o c = V y cos α + V x sin α , ( 3 )
Figure 00000009

the tangential velocity of the incoming flow near the rotor when it decreases due to the inverse oncoming speeds created by the HB vortex wake, and the axial (normal) speed is compared with the boundary parameters of the vortex ring zone, and when the helicopter decreases with a speed of more than 3 m / s and at an air speed near the propeller of less than 45-50 km / h, the pilot begins to signal about approaching the “vortex ring” zone by light and speech signals, as well as an automatic control command is transmitted to the automatic control system (ACS) enii pitch angle value before planting precluding safety fifth touch the underlying surface and simultaneously stabilize the vertical descent rate of the helicopter to a value not exceeding 2.0 m / s.
2. Способ определения и сигнализации о приближении несущего винта (НВ) к зоне режимов «вихревого кольца» на предпосадочных маневрах одновинтового вертолета по п.1, отличающийся тем, что при попадании в режим «вихревое кольцо» тревожные сигналы усиливаются, что требует от летчика немедленного увеличения скорости полета и при наличии запаса мощности двигателя пытаться после разгона до Vx=40 км/ч уменьшить вертикальную скорость. 2. The method of detecting and signaling the rotor (HB) approaching the zone of “vortex ring” modes on pre-landing maneuvers of a single-rotor helicopter according to claim 1, characterized in that when it enters the “vortex ring” mode, alarm signals are amplified, which requires the pilot an immediate increase in flight speed and in the presence of a reserve of engine power, after acceleration to Vx = 40 km / h, try to reduce the vertical speed.
RU2012128325/08A 2012-07-06 2012-07-06 Method of determining and indicating rotor approximation to vortex ring conditions at single-rotor helicopter pre-landing maneuvers RU2486596C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012128325/08A RU2486596C1 (en) 2012-07-06 2012-07-06 Method of determining and indicating rotor approximation to vortex ring conditions at single-rotor helicopter pre-landing maneuvers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012128325/08A RU2486596C1 (en) 2012-07-06 2012-07-06 Method of determining and indicating rotor approximation to vortex ring conditions at single-rotor helicopter pre-landing maneuvers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2486596C1 true RU2486596C1 (en) 2013-06-27

Family

ID=48702406

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012128325/08A RU2486596C1 (en) 2012-07-06 2012-07-06 Method of determining and indicating rotor approximation to vortex ring conditions at single-rotor helicopter pre-landing maneuvers

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2486596C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2539621C1 (en) * 2014-03-05 2015-01-20 Открытое акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова" Method to decrease rotor angle of attack at pre-landing manoeuvres of single rotor helicopter (versions)
US10358232B2 (en) * 2016-06-28 2019-07-23 Airbus Helicopters Detecting that a rotorcraft is approaching a vortex domain, and signaling that detection
CN110901897A (en) * 2019-12-16 2020-03-24 洲际联合超伦科技(北京)有限公司 Early warning separation control method for vortex ring state of unmanned helicopter

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000037310A2 (en) * 1998-12-23 2000-06-29 Sikorsky Aircraft Corporation Method of providing a signal for controlling blade vortex interaction noise of a rotorcraft
US7004426B2 (en) * 2003-05-06 2006-02-28 Bell Helicopter Textron Inc. Control system for rotorcraft for preventing the vortex ring state
RU2300089C2 (en) * 2005-03-09 2007-05-27 Евгений Борисович Пашуков Method and device for detection of vortex formation above (in front of) flying vehicle propeller (versions)
US7907066B2 (en) * 2007-09-27 2011-03-15 Eurocopter Method and a device for detecting and signaling that a rotorcraft is approaching the vortex domain

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000037310A2 (en) * 1998-12-23 2000-06-29 Sikorsky Aircraft Corporation Method of providing a signal for controlling blade vortex interaction noise of a rotorcraft
US7004426B2 (en) * 2003-05-06 2006-02-28 Bell Helicopter Textron Inc. Control system for rotorcraft for preventing the vortex ring state
RU2300089C2 (en) * 2005-03-09 2007-05-27 Евгений Борисович Пашуков Method and device for detection of vortex formation above (in front of) flying vehicle propeller (versions)
US7907066B2 (en) * 2007-09-27 2011-03-15 Eurocopter Method and a device for detecting and signaling that a rotorcraft is approaching the vortex domain

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2539621C1 (en) * 2014-03-05 2015-01-20 Открытое акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова" Method to decrease rotor angle of attack at pre-landing manoeuvres of single rotor helicopter (versions)
US10358232B2 (en) * 2016-06-28 2019-07-23 Airbus Helicopters Detecting that a rotorcraft is approaching a vortex domain, and signaling that detection
CN110901897A (en) * 2019-12-16 2020-03-24 洲际联合超伦科技(北京)有限公司 Early warning separation control method for vortex ring state of unmanned helicopter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5376459B2 (en) Optical air data sensor
EP2434296B1 (en) Airspeed sensing system for an aircraft
RU2402800C2 (en) Method and system to predict chances of aircraft full stop on landing strip
US9415881B2 (en) Rotorcraft having an airspeed sensor located at the top of a tail fin of the rotorcraft
CN108008434B (en) Flight control system with low-frequency instrument landing system positioning beacon anomaly detection and use method
US20100079308A1 (en) Method of Monitoring the Landing Phase of an Aircraft
JP4025649B2 (en) EGPWS cutoff altitude for helicopters
US6188330B1 (en) Windshear detection system
KR101750981B1 (en) A method and a device for determining the wind speed to be taken into account in order to optimize the takeoff weight of an aircraft
US9751636B2 (en) Dynamic detection of landing gear deployment
CN103140422B (en) The EARLY RECOGNITION of vortex ring state
RU2019100549A (en) METHOD FOR INTELLECTUAL INFORMATION SUPPORT OF THE HELICOPTER CREW ON THE ALTITUDE-SPEED PARAMETERS AND PARAMETERS OF THE AIR ENVIRONMENT OF THE HELICOPTER, AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
RU2486596C1 (en) Method of determining and indicating rotor approximation to vortex ring conditions at single-rotor helicopter pre-landing maneuvers
US9075074B2 (en) Flow determination method
EP1950718B1 (en) Methods and systems for monitoring approach of rotary wing aircraft
EP3514068B1 (en) Aircraft speed information providing system, speed information providing method, and program
US10054606B2 (en) Method for determining the speed of a rotocraft relative to the surrounding air
KR20110026625A (en) Helicopter warning system using h-v diagram and the method for the same
RU86752U1 (en) HELICOPTER AIR SIGNAL SYSTEM
RU2592705C2 (en) Onboard system for measuring parameters of wind velocity vector during parking, takeoff and landing of helicopter
US7337045B2 (en) Airborne windshear detection and warning system
RU58719U1 (en) HELICOPTER SPEED METER
RU2307357C1 (en) Method for measurement of helicopter air signals and system for its realization
RU2650415C1 (en) Method and device for aerometric measurements of wind parameters on the board of the aircraft
Matayoshi et al. Development of airborne ultrasonic velocimeter and its application to helicopters

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150707