כן, נכון שמסוקים משתמשים בדלק רב יותר כאשר הם מרחפים: המנוע צריך להפעיל יותר כוח כדי להתגבר על הגרר. להלן גרף של עוצמת המנוע הנדרשת למהירויות אוויר שונות, מאת ג'יי גורדון לישמן, עקרונות אווירודינמיקה של מסוקים:
הקו מכיוון שהספק כולל יורד בין 0-70 ק"ט עם מהירות אוויר הולכת וגוברת, הדבר נגרם על ידי קו הכוח המושרה: הכוח הנדרש כדי להתגבר על הגרר המושרה של להב המסוק. הספק המנוע הכולל הנדרש הוא סיכום:
כוח המושרה דומיננטי ברחף. גרירה המושרה נגרמת על ידי הטיה לאחור של וקטור ההרמה: ככל שהזווית בין הלהב לזרם חופשי גבוהה יותר, כך הווקטור מוטה לאחור, מה שגורם לאובדן הרמה וגם להגברת הגרר. המשוואה עבור מעלית L היא:
$$ L = C_L \ cdot \ frac {1} {2} \ cdot \ rho \ cdot V ^ 2 \ cdot S $$
ובגובה נתון, שני המשתנים כאן הם $ C_L $ (מקדם הרמה) ו- $ V $ (מהירות אוויר על הלהב). $ C_L $ הוא פונקציה ליניארית בערך של זווית ההתקפה על הלהב, ולכן ההרמה עולה באופן לינארי עם הטיה של הלהב ובאופן רביעי עם מהירות אוויר הולכת וגוברת מעל הלהב.
מעל הגרף של לישמן מראה את התפלגות המהירות על הלהבים בעת ריחוף ובמהירות אוויר. מצב מסובך למדי - כשמרחפים, מהירות האוויר המגיעה ללהב היא רק מהירות הסיבוב של הרוטור, במהירות קדימה להב העובר קדימה מהירות סיבוב בתוספת מהירות אוויר.
המסוק לא מתהפך וגם הלהב הקדמי וגם הלהב הנסוג מספקים אותה כמות הרמה, כאשר הלהב הולך לאחור מוטה לאחור יותר ממה שהיה ברחף. אבל להב ההולך קדימה מוטה הרבה פחות לאחור: למהירות האוויר יש השפעה ריבועית.
שים לב שהמעגל בעלילה במהירות אוויר מהירה אינו זרימה תקועה, אלא זרימה הפוכה: האוויר זורם פנימה ב גב הלהב. אז הגרר הוא עכשיו שלילי, זרם האוויר עוזר להניע את הלהב! עם זאת יש אובדן מעליות באזור הזרימה ההפוכה.
הספק המושרה מפחית עם מהירות האוויר בהתחלה על פי שיקול הדחף הפשוט 1-D (יותר מסת אוויר דרך הדיסק), ומאוחר יותר עולה ככל שהדיסק מוטה יותר ויותר קדימה ועליו לעשות יותר עבודה בכדי להתגבר על הפסדים מגרירת פרופיל הרוטור, גרירה טפילית של מסגרת אוויר וגרירת דחיסה. זורם ישר למטה, בעוד בטיסה קדימה שטיפת הרוטור מיושרת יותר עם גוף המטוס, ותופסת יותר צורה יעילה. גרירה טפילית היא כמובן דומיננטית במהירות הגבוהה ביותר, בעוד שפריקת הרוטור באמצעות משטחי כנף קבועים מפחיתה את הכוח המושרה במהירויות גבוהות - אך ממהירות רחפה למהירות קדימה בינונית היא אך ורק ההפחתה בכוח המושרה על ידי מעלית שיוצרת הרמת תרגום. p>
כן, זה נכון, אם המסוק לא טס מהר מדי. מסוק ייצר את המעלית הדרושה בצורה היעילה ביותר במהירות מתונה קדימה.
ברחף כל זרם האוויר הזמין ליצירת מעליות חייב להיווצר על ידי סיבוב הרוטור הראשי. משמעות הדבר היא כי יש להאיץ כמות קטנה של אוויר בהרבה. אם המסוק מוסיף מהירות קדימה, הוא יכול להשיג זרימת מסה גבוהה יותר דרך הרוטור, וכעת יש צורך בהאצת אוויר פחותה כדי להשיג את אותה הרמה. זה משפר את היעילות של יצירת מעליות. אם המסוק הולך מהר יותר ממהירותו לעלייה מרבית, הגרר האווירודינמי גדל מדי ומפחית שוב את היעילות.
במהירות גבוהה, קצות הלהבים המתקדמים עשויים להגיע למהירויות טרנסוניות, מה שמייצר מורגש. הגדלת הגרר, והחלק הפנימי של הלהב הנסוג יראה מהירות אוויר קטנה מאוד, וכדי לייצר עדיין הרמה, כל הלהב יתפנה לזווית התקפה גבוהה, ויגרום לחלק הפנימי להיתקע, מה שמייצר שוב עליית גרירה ניכרת. יש נקודה מתוקה בין רחף למהירות מהירה בה הכוח הנדרש מגיע למינימום.
כן, אני לא סטודנט לפיזיקה, אבל אני עובד על בלאק הוקס. אם אתה משגים מסוק כסתם דיסק רוטור ראשי המייצר מעלית, אז התשובה של פיטר קמפף על זרימת המונים דרך דיסק הרוטור היא הגורם הגדול ביותר. (זכרו שהדיסק מוטה קדימה כשהמסוק מתקדם). עם זאת, שאלתך נשאלה בעצם מדוע הם שורפים פחות דלק: ובכן, אלפי תכונות עיצוב קטנות על מסגרת התעופה עוזרות כל אחת לחסוך קילוגרמים יקרים של דלק בטיסה קדימה. (ייתכן שתרצה לבצע חיפוש תמונות בגוגל כדי לקרוא את זה בזמן שאתה קורא את זה.)
לבלק הוק יש סנפיר אנכי משובץ אשר פורק את רוטור הזנב מעל 60 ק"ט, ומומנט זה מנותב אל הראשי רוטור. יש לו מייצב משתנה שמשנה זווית במהירות מהירות אוויר (= שינוי זווית שטיפה של הרוטור הראשי) על מנת לספק הרמה, ופריקה נוספת של הרוטור הראשי. רוטור הזנב משופע בזווית ומסתובב לאחור לשטיפת הרוטור הראשי, שוב כדי לפרוק את הרוטור הראשי, ומשחרר יותר כוח למהירות קדימה. יש לו מחשבים בטיסה ויחידת מערבל המשטחת את מסגרת האוויר בטיסה, כך שהיא לא מציגה גג תא שטוח לזרם האוויר במהירות אוויר קדימה. ככל שתוכלו להחזיק את הדיסק בזרימת האוויר היחסית, כך זוויות הנדנדה של הלהבים יהיו קטנות יותר והגרירה פחות טפילית מדיסק הרוטור.
קצות להב הרוטור העיקריים נסחפים לאחור כדי לעכב את הופעת גרירת הקצה הטרנסונית כאשר הלהב המתקדם רואה מהירות אוויר יחסית גבוהה יותר בטיסה קדימה. למסוקים אחרים יש יריעות של מסגרות אוויר שיוצרות הרמה מגוף התא בטיסה קדימה. כל החיסכון האווירודינמי הזה קיים בטיסה קדימה, אך לא ברחף. ולבסוף, כניסות האוויר של מנוע הטורבינה שלך ייהנו מאפקט איל-אוויר כלשהו בטיסה קדימה, מה שאומר שריפת פחות דלק באותו מומנט. כל מסוק בעולם משתמש בחלק מהתכונות הללו או בכל אלה כדי לחסוך בדלק בטיסה, ואם אתה משווה דורות של מסוקים (Bell 47, Bell UH-1, Bell 412, Black Hawk), אתה יכול לראות תכונות אלה מתפתחות בהדרגה. / p>
ישנם שיקולים נוספים כאשר מסוק מרחף ממש מעל הקרקע, אך ניסיתי לרשום רק כמה מהדרכים בהן מסוקים נועדו לחסוך בדלק בטיסה. מקווה שחלק מזה יעזור.
המושג מכונה "מעלית תרגום". בעת תנועה בטיסה קדימה, דיסק הרוטור של המסוק פועל ממש כמו כנף של מטוס - יש לו יחס משמעותי להרים-לגרור. הדחף הנדרש לשמירה על טיסה ברמה מצטמצם ביחס זה, ולכן גם כוח המנוע הנדרש וזרימת הדלק מופחתים. ברחף, מערכת המנוע + הרוטור צריכה לספק דחף שווה לחלוטין למשקל המסוק.
בעת ריחוף, לאוויר יש יותר זמן להתקין לשטיפה המושרה מלמעלה כלפי מעלה, שמתורגמת למהירות זרימה גבוהה יותר למטה עד לשטוף המושרה להגיע למישור הרוטור. בעת טיסה בתרגום, הרוטור נע ברציפות לאוויר נקי, כך שמהירות הזרימה כלפי מטה עד שהאוויר מגיע למישור הרוטור נמוכה מזו של מרחף. כוח שווה כוח כפול מהירות, במקרה זה שקול את תפוקת הכוח לאוויר. בשני המקרים הכוח זהה (שווה למשקל המסוק), אך בריחוף מהירות השטיפה כלפי מטה דרך מישור הרוטור גדולה יותר מאשר במהלך טיסת תרגום, כך שהכוח הנדרש ברחף גדול יותר מאשר בטיסת תרגום, עד שגרירת התרגום הופכת לנושא.
נושא נוסף הוא מערבולות קצה. בריחוף, אלה יכולים להיות גדולים למדי, שוב בגלל כל הזמן להתבסס המערבולות וקצות הרוטור הנעים למערבולות הנגרמות על ידי קצות הרוטור האחרים. בטיסה בתרגום, המערבולות "נשטפות" על ידי הרוח האופקית היחסית, ומקטינות את גודל מערבולות הקצה.
נקודה נוספת שיש לקחת בחשבון היא האם למסוק יש כנפיים משלימות. דוגמה מפורסמת למדי היא Mi-24 משפחת מסוקי התקפה, שם עמודי נשק עובדים כנפיים.
"במהירות גבוהה, הכנפיים מספקות הרמה ניכרת (עד רבע מהסך הכל. מעלית). "
בגבהים גדולים עם עומס מלא הליך ההרמה המומלץ הוא להשיג מהירות אופקית כך שהכנפיים ירימו איזו הרמה.
אם כוח הכבידה היה הכוח היחיד שפעל על מטוס, בכל רגע בזמן המטוס היה צובר תאוצה מסוימת כלפי מטה. אז כדי לשמור על הגובה, על המטוס להעביר את המומנטום הזה למסה אחרת (כלומר אוויר). כלומר, הולך להיות קצת אוויר שמתחיל במהירות אפסית (במקרה הפשוט ביותר) ובסופו מהירות כלשהי כלפי מטה. מאחר והמומנטום הוא המסה כפול המהירות, המהירות שאליה יש להאיץ את האוויר תהיה פרופורציונאלית הפוכה למסת האוויר המואצת: מהירות = מומנטום / מסה. עם זאת, האנרגיה של אותו אוויר היא mv 2 / 2. כאשר אנו מחליפים מהירות למשוואה זו, אנו מקבלים אנרגיה = מסה * (מומנטום 2 / (2 * מסה 2 ). כוח אחד של מסה מתבטל, נותן אנרגיה = מומנטום 2 / (מסה 2 *). לפיכך, הכפלת כמות האוויר המואצת כלפי מטה מחצית מהאנרגיה הנדרשת. כאשר מטוס נוסע במהירות גבוהה, כמות גדולה של אוויר באה במגע עם כנפיו כלומר שהוא לא צריך להשקיע הרבה אנרגיה כדי לייצר מעלית (כמובן שככל שהוא נוסע מהר יותר, כך הוא חווה גרירה רבה יותר ונותן פיתרון של מעלית-גרירה). מסוק חווה משהו דומה: כאשר הוא נוסע אופקית באופן טבעי הוא עובר לאוויר חדש. כאשר הוא מרחף, יש פחות אוויר כדי להאיץ כלפי מטה, ואיזה אוויר שיש צריך להימשך לכיוון הרוטור במאמץ הרוטור עצמו.