Исследование влияния бокового ветра на непреднамеренное вращение одновинтовых вертолетов по рысканию

При эксплуатации одновинтовых вертолетов нередко возникают авиационные происшествия, заключающиеся в возникновении непреднамеренного разворота или даже вращения по рысканию, заканчивающегося, как правило, столкновением с землей. Многочисленные исследователи этой проблемы считают одной из ее возможных причин потерю эффективности рулевого винта вертолета вследствие ветровых воздействий. В иностранной литературе имеется даже специальный термин – Loss of Tail Rotor Effectiveness (LTE). В связи с этим в настоящей работе сделана попытка определения возможности возникновения непреднамеренного вращения одновинтовых вертолетов по рысканию из-за ветровых воздействий (влияние несущего винта на рулевой винт в данной работе не учитывалось). Для решения этой задачи использовались теоретические методы (аналитические расчеты и вычислительные эксперименты). Для проведения аналитических расчетов и вычислительных экспериментов была создана математическая модель динамики вращения вертолета Ми-8МТВ по рысканию, на основе которой был создан программный комплекс, состоящий из модуля LTE (для моделирования динамики вращательного движения вертолета по рысканию) и OGL (для визуализации движения вертолета). Аналитические расчеты показали, что величина углового ускорения рыскания, наблюдаемая в полете при непреднамеренном вращении, может быть достигнута вследствие падения тяги рулевого винта на режиме вихревого кольца. Но для развития непреднамеренного вращения до углов и угловых скоростей, зафиксированных в реальных полетах, необходимо, чтобы такое падение тяги рулевого винта имело место в течение всего разворота. При вычислительных экспериментах с помощью вышеупомянутого программного комплекса не удалось создать условия для такого падения тяги в течение всего разворота и, соответственно, не удалось достичь тех углов и угловых скоростей рыскания, которые возникали в полетах. Рулевой винт при обдувке ветром в исследуемом диапазоне скоростей ветра (от 1 до 20 м/с) не теряет своей эффективности до такой степени, что с его помощью нельзя остановить непреднамеренное вращение.

1. Captain Hewetson M.J.T. Tail Rotor Breakaway // US Army Aviation Digest. 1980. Vol. 26, no. 6. Pp. 40–41.

2. Captain Snellen D.M. Loss of tail rotor effectiveness. Why it occurs // US Army Aviation Digest. 1984. Vol. 30, no. 9. Pp. 31–35.

3. Анимица В.А., Леонтьев В.А. О «самопроизвольном» вращении одновинтовых вертолетов // Научный Вестник МГТУ ГА. 2011. № 172. С. 96–102.

4. Браверман А.С., Вайнтруб А.П. Динамика вертолета. Предельные режимы полета. М.: Машиностроение, 1988. 280 с.

5. Леонтьев В.А. Расчетно-экспериментальные исследования характеристик рулевого винта при вращении вертолета вокруг вертикальной оси / В.А. Леонтьев, В.С. Крымский, Ю.М. Игнаткин, П.В. Макеев [Электронный ресурс] // Труды МАИ. 2017. № 93. 23 c. URL: https://www.trudymai.ru/upload/iblock/75b/leontev_krymskiy_ignatkin_makeev_rus.pdf?lang=ru&issue=93 (дата обращения: 20.11.2023).

6. Володко А.М. Основы аэродинамики и динамики полета вертолетов. М.: Транспорт, 1988. 342 с.

7. Володко А.М. Вертолет в особой ситуации. М.: Транспорт, 1992. 262 с.

8. Володко А.М. Вертолет в усложненных условиях эксплуатации. М.: КДУ, 2007. 232 с.

9. Беличенко И.А. Самопроизвольный разворот // Вертолет. 2000. № 1. С. 24–25.

10. Игнаткин Ю.М., Макеев П.В., Шомов А.И. Численное исследование аэродинамической интерференции несущего и рулевого винтов вертолета на особых режимах полета // Научный Вестник МГТУ ГА. 2014. № 200. С. 47–54.

11. Roh N., Park D., Oh S. Investigation on loss of tail-rotor effectiveness of helicopter with ducted fan tail rotor // 44th European Rotorcraft Forum. The Netherlands, Delft, 18–21 September 2018. No. 1. Pp. 94–104.

12. Dequin A.-M. The myth of losing tail rotor effectiveness // 45th European Rotorcraft Forum. Warsaw, Poland, 17–20 September 2019. Vol. 1. Pp. 1064–1078.

13. Saleh J.H., Xu Z., Guvir A.I. et al. Data-driven analysis and new findings on the loss of tail rotor effectiveness in helicopter accidents [Электронный ресурс] // Scientific Reports. 2022. Vol. 12. ID: 2575. DOI: 10.1038/s41598-022-06647-0 (дата обращения: 20.11.2023).

14. Saleh J.H. Maintenance and inspection as risk factors in helicopter accidents: Analysis and recommendations / J.H. Saleh, R.A. Tikayat, K.S. Zhang, J.S. Churchwell [Электронный ресурс] // PLoS One. 2019. 27 p. DOI: 10.1371/journal.pone.0211424 (дата обращения: 20.11.2023).

15. Bates N. The LTE myth [Электронный ресурс] // HeliSimmer.com. 2016. URL: https://www.helisimmer.com/articles/thelte-myth (дата обращения: 20.11.2023).

16. Head E. Unpacking the myth of loss of tail rotor effectiveness [Электронный ресурс] // Vertical. 2022. URL: https://verticalmag.com/features/unpacking-the-myth-of-loss-of-tail-rotoreffectiveness/ (дата обращения: 20.11.2023).

17. Игнаткин Ю.М., Макеев П.В., Шомов А.И. Интерференция несущего и рулевого винтов вертолета при полете со скольжением [Электронный ресурс] // Труды МАИ. 2015. № 82. 23 с. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=58605&referer=https%3A%2F%2Fya.ru%2F (дата обращения: 20.11.2023).

18. Игнаткин Ю.М., Макеев П.В., Шомов А.И. Численное моделирование интерференции несущего и рулевого винтов вертолета на базе нелинейной лопастной вихревой модели // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2016. № 1. С. 41–47.

19. Ивчин В.А., Черток О.Л. Новая математическая модель динамики вертолета для тренажеров и пилотажных стендов // Вертолеты. Труды опытно-конструкторского бюро Московского вертолетного завода имени М.Л. Миля. М.: Машиностроение, 2010. С. 280–297.

20. Efimov V.V., Chernigin K.O. Vortex ring state as a cause of a single-rotor helicopter unanticipated yaw // Aerospace Systems. 2022. Vol. 5. Pp. 413–418. DOI: 10.1007/s42401-021-00128-4