Вихревое кольцо у вертолёта¶

Вихревое кольцо у вертолёта — режим работы несущего винта, при котором часть его ометаемой площади попадает в поток собственной индуктивной струи, направленный вниз. Возникающая при этом рециркуляция воздуха приводит к резкой потере тяги, росту вибраций и ухудшению управляемости. Явление также известно как «вихревое кольцо», «режим вихревого кольца» или (в англоязычной литературе) vortex ring state.

¶Физическая природа

Несущий винт создаёт тягу, отбрасывая воздух вниз и формируя индуктивный поток. В нормальном режиме этот поток направлен вниз и не пересекается с плоскостью вращения винта. При снижении вертолёта с вертикальной скоростью, близкой к скорости индуктивного потока (обычно 3–10 м/с), часть отбрасываемого воздуха поднимается по краям и вновь затягивается винтом сверху. Образуется замкнутый тороидальный вихрь — «кольцо».

Внутри кольца воздух движется вниз, по краям — вверх, а в центре возникает зона пониженного давления и нестабильности. Лопасти, проходя через вихревую пелену, испытывают переменные аэродинамические нагрузки, что вызывает тряску и раскачивание.

¶Причины возникновения

Режим развивается при сочетании условий:

• вертикальное снижение с малой поступательной скоростью;
• работа двигателя на значительной мощности (высокий шаг винта);
• недостаточная горизонтальная скорость, при которой винт не «выносится» из собственной струи.

Наиболее опасны заходы на посадку по крутой траектории, висение вблизи земли при боковом сносе, а также снижение при ограниченном обзоре, когда пилот не контролирует скорость по приборам.

¶Признаки и последствия

Характерные проявления режима:

1. Самопроизвольное снижение с увеличением вертикальной скорости.
2. Сильная тряска и вибрация конструкции.
3. Падение эффективности управления, «размазывание» реакции на отклонение рычагов.
4. Рост частоты вращения несущего винта при попытке удержать высоту.

При прогрессировании вихревое кольцо может привести к неуправляемому снижению и жёсткой посадке. Особенно опасно явление вблизи земли из-за малого запаса высоты для вывода.

¶Вывод из режима

Классический способ выхода — уменьшение общего шага несущего винта (снижение мощности) и одновременное энергичное перемещение ручки управления вперёд для разгона поступательной скорости. Вертолёт выводится из собственной струи, рециркуляция прекращается, тяга восстанавливается. Попытки «вытянуть» машину увеличением шага, напротив, усугубляют режим.

¶Профилактика

Безопасность обеспечивается соблюдением ограничений руководства по лётной эксплуатации: контролем вертикальной скорости при снижении, поддержанием минимальной поступательной скорости на заходе, избеганием длительного висения с малой высотой при попутном ветре. На тренажёрах отрабатывают распознавание признаков и вывод из режима.

¶Родственные явления

С вихревым кольцом схожи по механике:

• рециркуляция при висении вблизи земли или над пылевой площадкой;
• срыв потока на лопастях при больших углах атаки;
• эффект «падения» при авторотации в определённых условиях.

Все они связаны с нарушением нормальной картины обтекания винта и требуют сходных действий пилота по восстановлению режима полёта.