Этот режим называется авторотацией. Он не позволяет продолжить обычный полёт или зависнуть, но даёт возможность выбрать площадку, погасить скорость и смягчить касание земли.

Первые секунды после отказа

Когда двигатель перестаёт передавать мощность, специальная муфта свободного хода разъединяет его с трансмиссией. Благодаря этому несущий винт не тормозится вместе с силовой установкой и некоторое время продолжает вращаться по инерции.

Однако одного запаса вращения недостаточно. Сопротивление воздуха быстро снижает обороты, поэтому пилот сразу уменьшает общий шаг — угол установки всех лопастей. Сопротивление ротора падает, а вертолёт начинает снижаться.

Потеря высоты в этой ситуации необходима. Благодаря движению машины вниз воздух проходит через диск несущего винта снизу вверх. Именно этот поток не позволяет лопастям остановиться и поддерживает их вращение во время спуска.

Если пилот слишком поздно уменьшит общий шаг, обороты могут выйти за безопасный предел. Особенно быстро это происходит у вертолётов с лёгким ротором, который хранит сравнительно небольшой запас кинетической энергии.

Почему воздух вращает несущий винт

Лопасть вертолёта движется по окружности с большой скоростью и работает как крыло. Во время авторотации к её собственному движению добавляется поток воздуха, возникающий из-за снижения машины. В результате аэродинамическая сила действует не только вверх, но и немного вперёд по направлению вращения.

Разные части лопасти выполняют разные задачи. Средняя область в основном раскручивает ротор, а внешняя создаёт большую часть подъёмной силы и расходует полученную энергию. Пока эти силы уравновешены, несущий винт сохраняет необходимые обороты без помощи двигателя.

Источником энергии становится высота. Вертолёт снижается, поток воздуха вращает лопасти, а ротор поддерживает подъёмную силу, необходимую для управления. Поэтому авторотация представляет собой не остановку падения, а превращение его в контролируемый спуск.

Скорость вращения регулируется общим шагом. Если обороты становятся слишком высокими, угол лопастей немного увеличивают. Когда ротор начинает замедляться, шаг уменьшают, снижая сопротивление. Допустимый диапазон зависит от конкретной модели вертолёта.

Снижение остаётся управляемым

В режиме авторотации вертолёт обычно движется вперёд по наклонной траектории, а не опускается строго вертикально. Пилот может менять направление, выполнять повороты и выбирать площадку для вынужденной посадки.

При этом дальность остаётся ограниченной. Вертолёт снижается заметно круче планирующего самолёта, поэтому подходящее место необходимо искать недалеко от точки отказа. Лучше всего подходят ровное поле, широкая дорога без препятствий или открытая площадка с твёрдой поверхностью.

Во время спуска пилот одновременно следит за поступательной скоростью и оборотами несущего винта. Слишком медленное движение увеличивает вертикальную скорость, а чрезмерно быстрое усложняет торможение возле земли. Для каждой модели установлены свои рекомендуемые значения.

На траекторию также влияют ветер, масса вертолёта, температура и высота над уровнем моря. Эти условия меняют плотность воздуха и количество энергии, которое ротор способен сохранить перед посадкой.

Торможение возле земли

Самая ответственная часть авторотации начинается в последние секунды. Всё время снижения несущий винт накапливает и сохраняет энергию вращения. Перед землёй этот запас используется для торможения.

Пилот отклоняет ручку управления назад, наклоняя диск ротора. Нос вертолёта поднимается, поступательная скорость уменьшается, а вертикальное снижение замедляется. Такой манёвр называют выравниванием, или подрывом.

Затем вертолёт возвращают в посадочное положение и увеличивают общий шаг лопастей. Ротор начинает создавать больше подъёмной силы, расходуя накопленную энергию. Это позволяет погасить оставшуюся вертикальную скорость и смягчить касание.

Использовать этот запас можно только один раз. Если увеличить шаг слишком рано, обороты упадут ещё до приближения к земле. Если начать торможение поздно, вертолёт не успеет замедлиться. Поэтому высота начала выравнивания и последовательность действий определяются отдельно для каждой модели.

Посадка не всегда происходит после полной остановки в воздухе. Вертолёт может коснуться площадки с небольшой поступательной скоростью и коротко проскользить на полозьях или прокатиться на колёсах. Главное — уменьшить скорость снижения до безопасного значения.

Высота и скорость

Авторотация не гарантирует благополучную посадку при любых условиях. Пилоту требуется время, чтобы уменьшить шаг, восстановить обороты и направить машину к подходящей площадке.

Особенно опасен отказ двигателя во время зависания недалеко от земли. Поступательной скорости почти нет, а высоты недостаточно для формирования устойчивого потока через ротор. В распоряжении пилота остаётся только энергия, уже накопленная вращающимися лопастями.

Сложным считается и быстрый полёт на предельно малой высоте. Скорость есть, но расстояния до земли может не хватить для перехода в авторотацию и последующего торможения. Опасные сочетания отмечаются на диаграмме «высота — скорость», которую составляют для каждого типа вертолёта.

Чем выше находится машина в момент отказа, тем больше времени остаётся на выбор места и подготовку к посадке. Однако даже с большой высоты вертолёт не может планировать далеко, поэтому рельеф, здания, линии электропередачи и лес иногда оказываются важнее самой работы ротора.

Компания Voodin Blades делает лопасти ветротурбин из дерева. Для производства используется клееный шпон, где слои древесины формируют прочный инженерный материал с высокой стабильностью и несущей способностью.

Такая конструкция легче традиционных композитов, а значит — снижает нагрузку на всю турбину. Новые лопасти полностью биоразлагаемы и пригодны для переработки — в отличие от традиционных лопастей, 78% которых сегодня просто захоранивают.

По данным разработчиков, новые лопасти стоят на 20% дешевле. Если технология подтвердит свою долговечность на практике, это может стать одним из самых неожиданных разворотов в ветроэнергетике — возвращение к дереву, но на уровне high-tech.

Больше интересной информации про источники энергии и энергетику в канале ЭнергетикУм

Обслуживание ветряных турбин — одна из самых опасных работ в энергетике. Техникам приходится подниматься на высоту десятков метров и вручную ремонтировать лопасти, которые постоянно изнашиваются ветром, дождем и песком.

Японская компания Kawasaki Heavy Industries предлагает использовать для ремонта беспилотный вертолет K-RACER X2. Он доставляет робота BladeRobots прямо на лопасть турбины для ремонта — без альпинистов и ручного труда. Главное преимущество — стабильное качество. Робот не устает, не ошибается из-за ветра или высоты. Это важно для крупных ветропарков, где ручной ремонт становится слишком дорогим и рискованным.

Технологию уже протестировали на ветропарке в Дании при поддержке Vestas. С учетом того, что мировая мощность ветроэнергетики превысила 1 тераватт, такие решения становятся необходимостью.

Больше интересной информации про источники энергии и энергетику в телеграм-канале ЭнергетикУм