Что крутит винт вертолёта, если двигатель остановился

У вертолёта сразу видно, за что отвечает двигатель: он вращает винт над кабиной. Поэтому остановку мотора легко представить как остановку самого винта. Однако между ними есть обгонная муфта. При отказе двигателя винт обгоняет привод, и муфта позволяет ему свободно вращаться, не проворачивая остановившийся мотор. Само по себе это даёт короткую передышку. Чтобы вращение продолжалось при снижении, нужен новый источник энергии.


В обычном висении двигатель вращает винт, а тот ускоряет воздух вниз. В авторотации картина меняется. Вертолёт теряет высоту, и воздух относительно машины идёт сквозь диск снизу вверх. Это похоже на встречный поток, который ощущаешь на спуске даже в безветренный день. Лопасти встречают воздух под таким углом, что часть возникающей силы помогает им двигаться по кругу. Винт получает энергию от снижения вертолёта.

В руководстве Федерального управления гражданской авиации США этот эффект разложен по участкам лопасти. Внутренняя часть движется медленнее, конец лопасти гораздо быстрее, и встречный поток подходит к ним под разными углами. В средней области при установившемся снижении получается составляющая силы, которая поддерживает вращение. На других участках силы тормозят лопасть. При устойчивых оборотах эти действия уравновешиваются, а диск винта продолжает создавать подъёмную силу.

Отсюда важность общего шага. Это угол установки, который пилот меняет сразу у всех лопастей. Большой шаг под нагрузкой двигателя позволяет получить больше тяги, но после отказа мотора способен быстро погасить обороты. Чтобы перейти к авторотации, пилот уменьшает общий шаг и тем самым даёт винту возможность сохранить вращение. Скорость, обороты и точные действия зависят от вертолёта и условий; их указывает руководство конкретной машины.

Как тратят запас у земли

В устойчивом снижении винт непрерывно получает энергию от потери высоты. На последних метрах такой обмен пора заканчивать. При посадке с поступательной скоростью пилот выравниванием гасит часть скорости и снижает темп падения. Ближе к земле он увеличивает общий шаг: винт даёт больше подъёмной силы, расходуя энергию собственного вращения. Этого запаса должно хватить, чтобы смягчить касание. Мотор уже не разгонит винт обратно, если обороты были израсходованы слишком рано.

Поэтому в руководствах есть диаграмма «высота — скорость». Она показывает сочетания, при которых после потери мощности может не хватить времени, чтобы перейти к устойчивому снижению и завершить посадку. Опасным бывает висение на промежуточной высоте: до земли уже слишком далеко, чтобы просто использовать остаток вращения, и ещё слишком близко, чтобы набрать нужную скорость. Совсем низкое висение и полёт с запасом высоты дают другие возможности. Границы этих областей у разных машин различаются.

У поступательной скорости здесь две роли. Она помогает добраться до площадки, а перед касанием её приходится погасить. Полёт с минимальной скоростью снижения и полёт на наибольшую дальность могут требовать разных скоростей. В первом случае важно дольше оставаться в воздухе, во втором — пройти дальше за один и тот же запас высоты. Это ещё одна причина, по которой у конкретного вертолёта смотрят его собственное руководство.

Если смотреть с земли, исправно вращающийся винт ещё мало говорит о том, откуда он получает энергию. При работающем моторе тот поддерживает обороты; в авторотации работу берёт на себя встречный поток при снижении. Для посадки важна вся цепочка: успел ли винт сохранить обороты, была ли высота для перехода в устойчивый режим и сколько энергии осталось у самой земли.