19 октября 2010 г.

Летная школа. Часть 7. Авторотация.

Сегодня мы зайдем в сумрачную зону пилотажа, где полет модели заметно отличается от привычного, где вертолет сможет парить как планер и добывать энергию в буквальном смысле слова из воздуха. Мы будем учиться собирать эту энергию, сберегать ее и тратить крайне осмотрительно. И так, сегодня тема авторотации.

Для чего? 
В первую очередь для того же, для чего применяется авторотация на реальных вертолетах - для спасения машины, экипажа и пассажиров в случае неисправности мотора. Возможно, кто-то возразит, что ни разу не сталкивался с неисправностью мотора своей модели в воздухе. И действительно, если вы пилотируете модель на электротяге, то отказ мотора - штука крайне редкая. Разве что регулятор даст отсечку по перегреву или превышению максимального тока. Другое дело модель с ДВС. Здесь вероятность отказов намного выше, от банального "ой, топливо закончилось", до лопнувших топливных трубок, проблемы с поддувом, бедного мотора, и совсем уж плохих неисправностей типа разрушенной цилиндропоршневой группы.

Впрочем, если вас не беспокоит тема падений из-за отказа силовой установки, тогда подумайте о освоении аэробатики с выключенным мотором. Аэробатика во время авторотации, эта совершенно отдельная область полетов, крайне захватывающая и зрелищная, даже независимо от результата. :-)

Если вы заинтригованы, то эта статья для вас, в противном случае можете возвращаться к привычным полетам и готовиться к починке поломанных шасси. ;-)

Что требуется от модели для авторотации?
Во-первых, нужна модель, которая в принципе умеет выполнять авторотацию. Модель должна иметь изменяемый общий шаг и должна быть оборудована обгонной муфтой, позволяющей ротору свободно вращаться при остановленном моторе. Модели с фиксированным шагом, в том числе и вертолеты соосной схемы для авторотации не годятся абсолютно.

Во-вторых, важен размер модели, поскольку от этого зависит способность ротора запасать энергию. Я не видел, что бы модели класса 200-250 выполняли авторотацию. Нечто похожее на авторотацию выполняют модели 450-ого и 500-ого класса, но не все и не особо хорошо. Вполне сносно авторотируют модели 30-ого класса ДВС или 550-ого класса электро (с лопастями 550мм). Настоящий фан авторотации начинается с моделей 50-ого и 90-ого класса, т.е. с размера лопастей 600мм-700мм. Чем длиннее лопасти, тем больше энергии может запасти ротор и тем больше позволит сделать модель.

В-третьих, потребуется настройка режима отключения мотора Throttle Hold. Настройка выполняется в аппаратуре и зависит от вашего передатчика. В этом режиме для ДВС мотор должен переходить на холостой ход, для электромодели мотор должен полностью отключаться.

В-четвертых, кривая шага в режиме Throttle Hold должна иметь как минимум -4 градуса в нижнем положении стика шага и +10...+12 градусов в верхнем. Я предпочитаю кривую шага, совпадающую с режимом Idle Up, т.е. симметричную: с нулем в центре и общим диапазоном: -12...0...+12. Отрицательные углы понадобятся для раскрутки ротора во время спуска, положительные для посадки модели.

В-пятых, лопасти! Для авторотации больше подойдут тяжелые лопасти, так как они позволят запасти больше энергии. Совсем легкие лопасти, скорее всего, не дадут достаточного запаса для плавной посадки. Подбор лопастей, подходящих одновременно для вашего стиля полета и для авторотации, вещь сугубо индивидуальная. Как отправную точку можно использовать рекомендацию производителя вашей модели. Обычно рекомендуют некие усредненные лопасти, которые вполне подойдут и для 3Д полета и для авторотации.

Идея авторотации.
Ошибочно думать, что авторотация это падение вертолета. Спуск в набегающем потоке воздуха позволяет поддержать обороты ротора и раскрутить его для плавной посадки. Во время спуска ротор работает, как ветряная мельница. За счет потери высоты потенциальная энергия парящей модели переходит в кинетическую энергию вращения ротора. Подробное рассмотрение сил, действующих на ротор во время авторотации достойно отдельной статьи. Здесь же приведу пару иллюстраций, чтобы понять основную идею.

Полет под тягой.
Авторотация.
Практика - полноценный спуск.
Начнем с полного описания маневра и затем перейдем к описанию деталей. Итак, исходное положение на высоте 30-50 метров (можно и выше, но позже), носом против ветра. Стачала необходимо дать небольшой разгон вперед и затем выключить двигатель (Точка А). Во время спуска шаги необходимо удерживать на уровне -3-5 градусов. При кривой шага +-12 градусов это соответствует положению стика чуть ниже средней точки. При определенном шаге лопасти будут издавать легкое равномерное фырчанье, что говорит о наиболее эффективном для авторотации шаге лопастей, хотя при этом спуск может быть достаточно быстрый. 

Схема выполнения авторотации
Далее идет фаза планирования (Точка B и C), при которой вертолет двигается вперед и постоянно снижается, а скорость вращения ротора поддерживается за счет набегающего снизу потока воздуха. Угол спуска зависит от силы встречного ветра. Чем ветер сильнее, тем круче нужно держать линию спуска, т.е. горизонтальная скорость модели относительно земли будет ниже, но относительно набегающего воздуха скорость будет примерно одинакова в обоих случаях. 

Зависимость угла наклона линии спуска от силы встречного ветра.
Во время спуска модель удерживается либо горизонтально, либо с небольшим наклоном вперед. В первом случае горизонтальная скорость модели постоянная или снижается, а вертикальная скорость относительно небольшая, во втором случае модель спускается быстрее и набирает горизонтальную скорость. Примерно за 3-4 метра до земли необходимо начать выполнять маневр "торможение" (Точка D), т.е. отклонить модель по элеватору немного назад. При этом скорость вращения ротора увеличивается, а горизонтальная скорость падает. В этот момент происходит переход энергии горизонтального полета в дополнительную энергию вращения ротора. Высота начала выполнения торможения зависит от размера модели: чем больше модель и выше скорость приближения к точке посадки, тем выше надо начинать торможение. Во время торможения можно немного убавить отрицательные шаги, что бы модель замедлялась быстрее. Для окончательного торможения перед посадкой плавно добавляем положительные шаги и в этот момент запасенная в роторе энергия начинает интенсивно расходоваться. Обычно, с тяжелыми лопастями энергии в роторе хватает на остановку и непродолжительное (2-4 сек) зависание перед посадкой. С более легкими лопастями запаса для зависания может не остаться, тогда посадку надо выполнять с ходу, без запаса на ошибку. Перед самой посадкой желательно немного наклонить модель на нос, чтобы сберечь привод хвостового ротора (Точка E).  

Еще одна опасность жесткой посадки с касанием хвостом - возможность удара по балке. В сочетании с мягкими демпферами и отклонением стика элерона назад, жесткая посадка может привести к тому, что ротор отклонится назад слишком сильно и ударит по балке, поэтому сразу привыкайте перед самым касанием выравнивать вертолет в горизонт или даже немного наклонять вперед.

Тренировка

Спуск с мотором
Для начала необходимо отработать спуск модели к точке посадки, не выключая мотор и не сажая модель. Это упражнение позволит отработать навык ориентации во время непрерывного спуска модели по наклонной линии. Воображаемая точка посадки должна быть расположена на безопасном расстоянии в 5-9 метрах перед пилотом. Начнем с высоты 10 метров и линии спуска под 45 градусов к горизонту. Ровно завесьте модель, толкните немного вперед и установите шаги примерно на уровне -4 градуса. За 2-3 метра до земли выполните торможение, немного отклонив модель назад, и остановите спуск, добавив положительные шаги. Во время торможения обратите внимание на то, что модель должна начать снижать горизонтальную скорость и скорость спуска. Обратите внимание на то, в какую точку пришла модель во время спуска, если не долетела до воображаемой точки посадки, то в следующий раз скорректируйте начало маневра: в ветреную погоду начальную точку выберите ближе к себе, в тихую погоду увеличьте горизонтальную скорость в начале маневра.

Отработайте спуск с разных сторон: слева, справа, и из диагональных направлений под 45 градусов носом к себе. Из соображений безопасности во всех случаях не допускайте, чтобы модель спускалась прямо на вас, линия спуска всегда должна проходить мимо. Затем во время спуска начните корректировать направление, немного поворачивая модель влево-вправо рулем и элеронами.

Отдельно отработайте посадку в положении боком и кабиной к себе. Выполните это упражнение из висения перед собой. Навык посадки боком и кабиной к себе пригодятся при реальной посадке во время авторотации.

Освоив спуск и посадку, выполните комбинированный маневр, состоящий из обоих элементов: спуск с высоты 10 метров к точке посадки и сама посадка без длительного зависания перед касанием земли.

Теперь попробуйте увеличить высоту и повторите упражнение. Обращайте внимание на то, в какую точку приходит вертолет, и соответствующим образом корректируйте точку начала спуска и начальную скорость.

Аварийный выход. 
Как и в остальных упражнениях, здесь тоже есть аварийный выход, который, в этот раз больше зависит от модели, а не от пилота. Суть его проста - иметь возможность запустить мотор из состояния Throttle Hold. Для ДВС потребуется уверенная работа мотора на холостых оборотах в режиме Throttle Hold и надежный выход на рабочие обороты. Если аппаратура позволяет, добавьте небольшую паузу на переход из режима Throttle Hold в Idle. 1,5-2 сек. будет достаточно и позволит снизить нагрузку на сцепление и шестерни во время раскрутки мотора. С электромоделями все несколько сложнее, поскольку обычно в регуляторах используется мягкий старт, который при попытке выхода из авторотации может стать причиной значительной задержки в раскрутке ротора. Для тех, кто использует регуляторы Castle Creations, доступен специальный режим авторотации, благодаря которому возможна быстрая раскрутка ротора при переключении из Throttle Hold в Idle.

Я готов к авторотации?
Это хороший вопрос, ведь в авторотации есть только одна попытка и к этой попытке лучше тщательно подготовиться. Скорее даже подготовиться морально: мысленно повторите последовательность действий, выполните пристрелочный спуск с работающим мотором, убедитесь, что вы правильно выбрали точку начала спуска, скорость и угол спуска и затем... просто сделайте это. :) Уверен, что у большинства авторотация получится с первого раза, и если уж не делать совсем грубых ошибок, то посадка пройдет гладко и вы по праву будете горды и собой и вашей моделью, которая, как и вы смогла сделать ЭТО и уцелеть. Один мудрый совет я вычитал в свое время и делюсь с вами: сделайте первую попытку в воскресенье ближе к концу летного дня. Если все пройдет гладко, сможете спокойно собраться и поехать домой с чувством полного удовлетворения. Если же полет закончится с происшествием, то, во-первых, сегодня вы уже полетали, а значит день прошел не зря, во-вторых, у вас будет целая неделя на то, что бы подготовить модель к следующим выходным.

Приступим. Реальный спуск с высоты 10-20 метров. 
Для меня спуск с 10 метров представляется несколько сложнее, чем со 100 метров, потому что практически нет времени на установку нужного шага или коррекцию спуска. Спуск, торможение и посадка происходят на одном дыхании. Тем не менее, даже при грубой ошибке вероятность сильного падения с такой высоты практически отсутствует, поэтому начнем именно с нее. Все, что необходимо не забыть сделать, это направить модель носом против ветра, толкнуть немного вперед, выключить двигатель и добавить немного(!) отрицательных шагов. За 1.5-3 метра до земли наклонить вертолет немного назад и плавно добавить положительных шагов до полной остановки горизонтального движения, за мгновение до посадки подровнять модель в горизонт и сажать.

Получилось? Отлично! Но не спешите сразу повторить свой подвиг. Потерпите до следующего летного дня, чтобы сначала переварить ваши эмоции и приобретенный опыт.

Спуск со 100 метров.
Вот где начинается фан авторотации. Спуск с большой высоты сравним с прыжком банджи. Если прыгнуть без оборудования, то катастрофа неминуема, если же вооружиться резиновым жгутом (в нашем случае техникой авторотации), то кайф от плавной посадки в нужной точке и аплодисменты зрителей будут вам наградой. В целом, для спуска с такой высоты не потребуется какой-то специальной техники кроме орлиного зрения и понимания принципов авторотации. Линейно продолжите траекторию от 10 метров вверх до желаемой высоты и сделайте все то же самое. Во время спуска можно немного растянуть траекторию, если выровнять модель в горизонт и убавить отрицательные шаги. Можно ускорить спуск, наклонив модель немного носом вперед и добавив немного отрицательных шагов. Следите за скоростью приближения модели. Для остановки с более высокой скорости торможение нужно будет начинать раньше и выше.

Что может пойти не так, и на что обратить внимание: 
  1. Модель спускается слишком быстро или слишком медленно. В зависимости от силы ветра старайтесь держать спуск модели ближе к 45 градусам к горизонту для тихой погоды и ближе к 60 градусам для ветреной. Если модель отклоняется от этой линии, значит вы добавили слишком много или мало отрицательных шагов.
  2. В ветреную погоду выполнять авторотацию проще, так как при посадке, когда скорость модели относительно земли невысока, ветер увеличивает количество воздуха, проходящего через ротор, и тем самым поддерживает вращение лопастей.
  3. В тихую погоду или в штиль энергии для посадки модели будет меньше, так как нет встречного ветра, который помогает раскрутить ротор. 
  4. Если в лопастях не остается энергии для плавной посадки, то либо вы держали слишком мало отрицательных шагов и ротор сильно затормозился, либо сильно натянут ремень и велики потери в трансмиссии, либо лопасти слишком легкие и не запасают достаточно энергии.
  5. Не стоит давать полные отрицательные шаги. Скорость спуска при этом значительно вырастет, а скорость вращения ротора может даже снизиться.
  6. Полностью гасите горизонтальную скорость как можно ближе к земле и не задерживайте вертолет в висении над землей, так как в момент срыва вертолет будет неуправляемо падать. Лучше посадить модель за мгновение до того, как лопасти перестанут держать.
Что еще:

Растянутая авторотация.
Эта авторотация потребует определенных уверенных навыков для успешного выполнения. Суть маневра сводится к тому, что бы на последней стадии спуска, во время торможения продолжить полет вперед почти над самой землей. При этом необходимо почти полностью выровнять модель в горизонт, сохранив небольшой дифферент на корму, чуть прибавить положительных шагов и внимательно следить за оборотами, что бы посадить модель за мгновение до того, как закончится энергия в лопастях. И немного энергии надо оставить для гашения горизонтальной скорости перед самой посадкой.

Растянутая авторотация. В точке Е необходимо удерживать шаги едва достаточными для полета и затем приземлиться на остатках инерции в лопастях.
Хорошо освоившись с обычной авторотацией, попробуйте выполнить авторотацию хвостом вперед и авторотацию с пируэтом. Пируэт лучше выполнять в сторону вращения ротора, чтобы не тратить энергию на преодоление сил трения в трансмиссии вертолета.

Заключение.
На сегодня все, но это не значит, что тема авторотации исчерпана. Мы еще вернемся к ней в темах о 3D полетах, что бы посмотреть, как выполняется авторотация с бочкой К1.5, авторотация с флипом К2, а так же блейд стоп - авторотация с остановкой ротора в воздухе. Тем временем практикуйтесь, набивайте руку и глазомер, подбирайте лопасти и настраивайте моторы и регуляторы. Все это очень пригодится и при освоении более сложных элементов авторотации.

До встречи на полях!

Продолжение: Летная школа. Часть 8. Готовимся к инверту.

5 комментариев:

  1. Олег!
    Надо обратить внимание читателей на такой момент:
    - слишком большие отрицательные углы на роторе.
    Когда вертолёт начинает "проваливаться" вниз, а энергии в роторе от этого - больше практически не становится.
    Достаточно распространённая ошибка.

    Вторая ошибка - излишне долгое зависание на высоте полу метра - метра перед посадкой. В результате верт падает с этой высоты с почти остановившимся ротором. В таком состоянии, если даже и не сломаются стойки шасси, то всё равно очень велика вероятность завалить верт набок.

    И поначалу хорошо бы выполнять авторотацию на большой ровной площадке с низкой травой. Что бы иметь возможность сесть в любом месте, если не рассчитал траекторию или что то пошло не так, как задуманно. Если площадки нет - подойдёт хотябы просёлочная дорога, вдоль которой и выполнять авторотацию. Естественно - пилот стоит в стороне от дороги.

    ОтветитьУдалить
  2. Саша, привет!

    Спасибо за замечания.

    По поводу первого момента - я сейчас нашел достаточно толковую статью в RCHeli. Хочу сделать перевод. Там будет рассказано о том, как работает ротор на спуске и почему полные шаги давать не надо.

    Остальные замечания внесу в блок "На что обратить внимание", если ты не против. :)

    ОтветитьУдалить
  3. Олег, спасибо за статью. Кой каких вещей не знал, а о кой каких даже не догадывался.
    Однако есть вопрос:
    В статье ты делаешь упор на "против ветра". Это правило? Или просто так ротировать проще новичку?
    Либо авторотация по ветру это другая тема?
    В какую погоду, по твоему мнению, лучше тренироваться - в штиль или в ветреную?

    P.S Для меня самая страшная авторотация при боковом ветре.
    На ДВС авторотация получается менее честная, чем на электро.

    ОтветитьУдалить
  4. Основная идея "Против ветра" в том, чтобы получить дополнительную помощь для раскрутки ротора. Особенно это важно при посадке, когда горизонтальная скорость модели снижается, а встречный ветер позволяет поддержать вращение ротора. Если же садиться по ветру, то во первых потребуется больше энергии от лопастей, чтобы остановить горизонтальную скорость модели и во вторых лопасти не удастся дополнительно раскрутить для мягкой посадки. Другими словами - риск жесткой посадки по ветру намного выше.

    Лучше ротировать в ветреную погоду, по причинам выше. Хотя и в штиль авторотация возможна, но надо учитывать, что при посадке энергии в лопастях будет меньше.

    Думаю, на ДВС если даже сцепление на холостых оборотах не размыкается полностью, то все равно скорости вращения лопастей будет недостаточно для взлета. Т.е. на мой взгляд автортация на ДВС совершенно адекватная.

    Боковой ветер относительно пилота или модели? Если мне необходимо ротировать при ветре в спину, то стараюсь держать модель хоть немного носом по ветру, т.е. спускать немного на себя. Если ветер дует в лицо, то это пожалуй самый худший вариант для авторотации.

    ОтветитьУдалить
  5. Термин "парение" заменил на "торможение". Так точнее отрожается суть маневра.

    ОтветитьУдалить