Вихревое кольцо и как с ни бороться

(выдержки с сайта http://yak52.narod.ru/theorie/Vikhr_Ka-32.htm)

«Вихревое кольцо» - инертное, достаточно замкнутое вихревое движение молекул воздуха, симметричное относительно оси несущего винта вертолета, снижающегося вертикально со скоростью 5-16 м/с. При этом энергия всей вращающейся массы воздуха соизмерима с энергией снижающегося вертолета.

От момента зарождения ВК до его полного формирования и появления специфического влияния на поведение вертолета проходит 5-6 секунд. Это время примерно характеризует меру инертности процесса образования вихря. Поэтому в момент зарождения вихря вертолет по воле летчика еще может перемещаться в боковом и продольном направлении относительно этого образования и занимать в нем более безопасную позицию. По вертикали положение определяется величиной вертикальной скорости снижения (от 5 м/с -верхняя граница вихря, до 16м/с - нижняя граница).

Физически вертолет не может преодолеть только верхнюю границу из-за потребных для этого огромных мощностей двигателей. При смещении вбок, вперед или назад вы-ход из вихря возможен (с большим общим шагом), но приведет (особенно на границе) к значительному хаотичному перемещению лопастей несущего винта (отклонению от соконусности). Причиной этого является относительное перемещение вертолета по области с различными по величине и направлению векторами скоростей воздушных струй. При этом летчик ощутит повышенную вибрацию и значительное сопротивление вихря при попытке вертолета выйти из него.

Вихрь способен активно удерживать машину в своем центре и снижать высоту его зависания, если летчик не будет заранее уметь правильно и энергично действо-вать. Из-за резкого изменения направления потока воздуха с нисходящего на восходящий на боковой границе вихря на лопастях могут возникнуть закритические углы атаки и, как следствие, срыв потока с падением оборотов несущего винта. При этом возможно нерасчетное сближение лопастей. Поэтому выход из вихря с большим общим шагом принципиально НЕДОПУСТИМ.

Медленный выход вниз только за счет плавного уменьшения общего шага приведет на нижней границе (14-16 м/с) к очень неустойчивому поведению вертолета, «выталкиваемого» вихрем в какую-либо сторону за пределы кольца с последующим снижением. При этом поведение лопастей также неустойчиво, возможно уменьшение оборотов и приближение к границам срыва на лопастях из-за попадания несущего винта в сильный восходящий воздушный поток. В этом случае возможно и отклонение от соконусности, и вибрация, и нерасчетное сближение лопастей. Такой выход тоже НЕДОПУСТИМ.

Кроме того, за нижней границей вихревого кольца при вертикальных снижениях с большими скоростями (17-25 м/с) энергичное увеличение общего шага обязательно приведет к закритическим углам атаки на лопастях нижнего винта и глубокому срыву потока на них. Это повлечет энергичный разворот вертолета вправо, падение оборотов несущего винта, резкое (до 70° за одну секунду) увеличение тангажа на пикирование из-за ослабления индуктивного потока и начала обтекания стабилизатора в направлении снизу вверх.

Энергичное изменение тангажа на пикирование с полностью взятой на себя ручкой управления создает условие для соударения лопастей нижнего винта с хвостовой балкой и мощного прецессионного встречного сближения лопастей справа.

Правильные действия летчика в условиях «вихревого кольца» требуют учета перечисленных ниже свойств  

1. На малых скоростях полета при неустойчивом поведении стрелки указателя скорости (менее 35 км/ч) попадание в ВК легко определяется по самопроизвольному увеличению вертикальной скорости снижения до 7-8 м/с (летчик даже физически хорошо чувствует несанкционированное «проваливание» вертолета), по исчезновению привычной реакции вертолета на увеличение общего шага и по ощущению уменьшения эффективности ручки управления. Если в этот момент вертолет находится в центре вихревого образования, то увеличения вибрации и нарушения соконус-ности лопастей может и не быть. Тем не менее, после определения и уточнения ситуации оставаться в ВК даже на больших высотах НЕДОПУСТИМО. Летчик, как и врач, должен быть прекрасным диагностом, чтобы вовремя определить возникновение опасного режима и необходимый порядок действий.  

2. Если в самом начале самопроизвольного «проваливания» на вертикальных скоростях 5-6 м/с летчик слегка изменит тангаж на пикирование (на 5-10°) и одновременно сбросит общий шаг (на 3-5°), то вихрь легко отступает. Если режим развился до Vy = 7-12 м/с, необходимо одновременно и энергично сбросить общий шаг примерно на 2/3 от исходного положения, а ручкой управления создать тангаж 25-30° на пикирование.  

Через 2-3 секунды ручкой управления вернуть вертолет в исходное положение и скорректировать поступательную скорость (выйти на режим устойчивого поведения стрелки указателя скорости, то есть Vприб. > 35 км/ч), а общим шагом установить необходимую вертикальную. Согласно инструкции, минимальная приборная скорость полета при снижении более 3м/с должна составлять 50 км/ч. При этом стрелка указателя скорости находится в очень неустойчивом положении, что требует большой и не всегда оправданной концентрации внимания летчика на приборах. Поэтому минимально допустимой целесообразнее считать скорость 35 км/ч/ при которой положение стрелки прибора становится устойчивым, что, кстати, отлично видно и боковым зрением.  

Образование ВК на этой скорости при любых вертикальных скоростях невозможно. В общем, если V > 3 м/с, а стрелка указателя скорости стала неустойчивой, что не увидеть невозможно, то, не дожидаясь усложнения ситуации, нужно незамедлительно выполнить действия, рекомендованные для выхода из начальной стадии «вихревого кольца».

3. Если при снижении вертолета в ВК текущая высота покажется летчику уже недостаточной для благополучного выхода, но будет еще больше 25 м, необходимо энергично создать тангаж на пикирование 20-25° с одновременным сбросом общего шага на 1/2 оставшегося хода. Через 1 секунду необходимо увеличить общий шаг до взлетной мощности, а движением ручки управления на себя со скоростью, соразмерной скорости приближения земли, уменьшать тангаж на пикирование до прекращения снижения. С увеличением скорости перейти в набор высоты.  

Энергичное уменьшение тангажа со сни-жением приведет к немедленному разрыву замкнутости вихря и изменению направле-ния воздействия нисходящей части вихревого потока на лопасти. Кроме того, мгновенно возникает «косая обдувка» несущего винта, которая вместе с кратковременным сбросом общего шага обеспечивает большой исходный запас по срыву. К моменту увеличения общего шага увеличивается мощность и интенсивность «косой обдувки», а управление вертолетом быстро становится нормальным.  

4. Если текущая высота уже менее 20 м, на уменьшение тангажа и набор скорости времени нет, а V не более 2м/с что зависит от положения рычага общего шага, то на высоте 15-10 м соразмерно скорости сближения с землей следует выполнить энергичное и полное, насколько позволяет бустер, увеличение общего шага («подрыв»).  

Чтобы эта рекомендация стада более понятной, необходимо небольшое разъяснение. В центре ВК происходит обтекание несущего винта интенсивным сформировавшимся потоком в направлении сверху вниз. При этом плавное увеличение общего шага приводит к увеличению скорости протекания потока через винт, что через несколько секунд, когда скорость потока увеличится по всему вихрю, уменьшит угол атаки суммарного набегающего на лопасти потока. В этом случае больше увеличивается скорость вращения вихря и его объем, а не углы атаки лопастей и тяга несущего винта. Поэтому общий шаг и неэффективен, а углы атаки лопастей весьма далеки от критических.  

Иное дело, когда общий шаг увеличивается энергичным и полным «подрывом». В этом случае инерция воздушной массы вихря не может сразу освоить резкий приток значительной энергии и превратить ее в увеличенную скорость потока. Для этого понадобилось бы, как уже говорилось, 5-6 секунд. Поэтому сразу же за «подрывом» начнется энергичное уменьшение вертикальной скорости. Скорость сближения с землей будет неуклонно уменьшаться по мере увеличения влияния воздушной подушки и разрушения ВК.  

Энергичное уменьшение вертикальной скорости сопровождается появлением значительной, непривычной для вертолетчиков, вертикальной перегрузки, бояться которой не следует. К тому же это единственный способ резкого снижения вертикальной скорости на малой высоте. Но следует иметь в виду, что при этом углы атаки лопастей будут энергично и самопроизвольно (в соответствии с уменьшением скорости воздуха в вихревом потоке) приближаться к закритическим. Срыв потока на лопастях до касания колесами земли неизбежно приведет к неблагополучному исходу. Чтобы этого не произошло после энергичного и полного взятия общего шага ни в коем случае нельзя допускать уменьшения оборотов несущего винта более чем на 3% от равновесных.

На высоте 3-2 метра при среднем полетном весе вертолет зависнет. Если полетный вес близок к максимальному, возможно безопасное для экипажа и вертолета приземление. Разумеется, если еще и площадка для этого окажется достаточно пригодной. Запоздалые и нерешительные действия могут привести к тому, что на малой текущей высоте полета вертолет окажется на боковой границе ВК (возникнет тряска, отклонение от соконусности). «Подрыв» общего шага в этом случае обязательно приведет к срыву на несущий винт. Приняв решение приземляться вертикально, нельзя перед «подрывом» общего шага действовать ручкой управления, поставленной в «нейтраль». Вертолет сам быстро (за 2-3 с) окажется в центре ВК, где «подрыв» будет безопасным.