¿Todos los helicópteros pueden flotar y cuánto tardan en "detenerse"?

Como se señaló en otra respuesta, todos los helicópteros pueden flotar, pero el llamado "flotar alto" (sin efecto suelo o especialmente a altitud operativa) es una maniobra más difícil, requiere más potencia que un vuelo estacionario y es más difícil de mantener. (porque los puntos de referencia están mucho más lejos).

Los helicópteros generan más sustentación con la misma potencia cuando están en vuelo de avance, y la transición de avance a vuelo estacionario requiere una combinación bien controlada de agregar potencia, ajustar el colectivo y maniobrar controles cíclicos (en ambos ejes) y antirrotación, que es dicen que es mucho más difícil que simplemente volar hacia adelante a baja velocidad. En general, una vez en el aire y volando hacia adelante, es mucho más fácil continuar el vuelo hacia adelante (también es más seguro, ya que en caso de falla, la autorrotación funciona mejor si ya tienes algo de velocidad de avance).

Flotar en los instrumentos es incluso más difícil que un vuelo estacionario alto, por lo que si la visibilidad es un problema, generalmente es mucho mejor continuar el vuelo hacia adelante que intentar un vuelo estacionario alto.

Sí, todos los helicópteros pueden flotar, pero requiere:

• Más concentración para flotar que para volar, porque los helicópteros son inestables en el vuelo estacionario en cabeceo y balanceo. La velocidad aerodinámica de avance proporciona estabilidad y volar un helicóptero con velocidad aerodinámica de avance es comparable a volar un avión de ala fija, mientras que el vuelo estacionario es comparable a pararse sobre una gran pelota inflable.
• Más potencia para flotar que para volar con velocidad de avance. Esto se debe a que en el vuelo estacionario hay más resistencia inducida que en el vuelo hacia adelante. El siguiente gráfico es de la respuesta vinculada y muestra la caída en la potencia total requerida a medida que la velocidad aerodinámica aumenta desde cero.

Para flotar, la energía disponible debe ser mayor que la energía requerida. La potencia disponible del motor se reduce con el aumento de la altitud debido a la disminución de la densidad del aire, y esto da como resultado que los helicópteros tengan un techo flotante, donde la potencia disponible es igual a la potencia requerida.

El efecto suelo reduce la potencia requerida, lo que da como resultado dos techos flotantes, efecto suelo interior y efecto suelo exterior. Pero incluso por debajo del techo flotante OGE, es simplemente más seguro para un helicóptero aumentar la velocidad aerodinámica de avance poco después del despegue:

• Como se indicó, volar a gran velocidad deja más combustible a bordo para la duración requerida del viaje.
• Durante el vuelo estacionario OGE, se debe mantener la altitud usando el altímetro, mientras que se debe corregir el cabeceo y el balanceo inestables. La concentración requerida durante la observación de los instrumentos reduce la conciencia situacional. Mantener el helicóptero nivelado no se puede hacer usando solo los instrumentos ya que la visión periférica no está involucrada. Donde lleva el viento el helicóptero no se puede ver desde los instrumentos, y los aviones de ala fija en vuelo son mucho más difíciles de enfocar.
• Si no se mantiene la altitud en vuelo estacionario OGE, existe la posibilidad de que el helicóptero entre en estado de anillo de vórtice , una situación peligrosa en la que se hunde en su propia estela de rotor. El estado de anillo de vórtice no existe cuando se vuela hacia adelante.

Al navegar WX en un helicóptero, a menudo hay menos carga de trabajo para volar en órbitas. Da una perspectiva adicional y permite un fácil movimiento lateral durante el curso de la órbita. También reduce los cambios de configuración y los posibles cambios de potencia, ya que la aeronave se puede mantener en sustentación traslacional.

La navegación de espera IFR para helicópteros es esencialmente idéntica a la de los aviones, y el ATC asigna esperas regulares en una intersección o ayuda para la navegación. Esto es para fines informativos en relación con la pregunta OP, porque en el ejemplo el helicóptero era VFR o SVFR y no se utilizaría una bodega de instrumentos convencional a menos que se emitiera una autorización IFR. Flotar en un lugar sin referencia visual no se puede lograr fácilmente. La mayoría de los helicópteros no están equipados para una espera totalmente IMC. Por ejemplo, un pequeño movimiento en línea con el longitudinal no se puede determinar con precisión con los instrumentos que normalmente se usan para vuelos IFR. Si bien GPS/IMS/FMS podría proporcionar esa información, no se hace convencionalmente. En resumen, un helicóptero vuela IFR como un avión y flota con referencia visual.

En resumen, una órbita permite una mejor visibilidad en todas las direcciones y, por lo tanto, una mejor conciencia situacional, y no requiere un cambio de configuración, y requiere menos potencia por unidad de tiempo si la velocidad del aire está en un sobre razonable.

Cuando un helicóptero sobrevuela, básicamente está sentado en su propio lavado. Al empujar el aire hacia abajo, crea una región de baja presión sobre sí mismo y un área de alta presión debajo. Para mantenerse flotando, tiene que extraer aire del área de baja presión y empujarlo hacia el área de alta presión que se encuentra debajo, lo que requiere mucha energía. Si, en cambio, vuela hacia adelante, se encuentra con aire fresco sin (tanto) un diferencial de presión para luchar.

Matemáticas: suponga que tiene un helicóptero con masa$m_1$permanecer en el aire por tiempo$t$. Si estuviera en caída libre, adquiriría una velocidad de$gt$, para un impulso de$m_1gt$. Entonces, para que no adquiera ninguna velocidad hacia abajo, de alguna manera debe arrojar$m_1gt$de impulso Por lo tanto, necesita algo de masa de reacción para transferir ese impulso. Esa masa es aire. Si empuja aire con masa$m_2$hacia abajo a la velocidad$v_2$(es decir, velocidad de lavado), el impulso será$m_2v_2$. Configuración$m_1gt$igual a$m_2v_2$, encontramos eso$v_2 = \frac{m_1gt}{m_2}$. La energía de este aire será$\frac{m_2v_2^2}2$, o$\frac{m_2}2(\frac{m_1gt}{m_2})^2$, que se reduce a$\frac{(m_1gt)^2}{2m_2}$.

Entonces, cuanto más aire empuja hacia abajo el helicóptero, menor es la velocidad de lavado y menos energía usa el helicóptero. Al continuar volando hacia adelante en lugar de flotar, el helicóptero encuentra más aire, lo que permite una velocidad de lavado más baja.

Este es un fenómeno para todos los aviones más pesados ​​que el aire: cuanto más rápido vuelan, más fácil es producir sustentación.

Pregunta 1: No, un S-76 puede flotar, pero consume más energía que un crucero económico. Tenía más sentido dar vueltas y mantenerse en un área en lugar de flotar. Además, el vuelo estacionario en altitud puede ser peligroso en el caso de una falla del motor o del rotor de cola y tener algo de velocidad hacia adelante puede ayudar a realizar un aterrizaje autorrotativo, si es necesario.

Pregunta 2: Lo que provocó el accidente es especulativo hasta que la NTSB publique su informe. No obtendremos una respuesta definitiva hasta entonces. Sabemos que toda la cuenca de Los Ángeles estaba informando de nubosidad baja y que tanto KBUR como KVNY estaban informando condiciones meteorológicas IFR a nivel local. El helicóptero se mantiene alejado de KBUR Clase C hasta que recibe una autorización VFR especial, luego se dirige hacia el noroeste, bordeando los bordes del área de superficie KVNY Clase D, girando a la izquierda para dirigirse al sur hacia Calabasas y siguiendo CA101 a través de los cañones a una alta tasa de velocidad, alrededor de 120 KIAS. Una de las últimas interacciones del ATC fue decirle al enfoque de SoCal que estaba maniobrando para evitar las nubes. Se desconocen exactamente qué factores llevaron al accidente en ese momento, aunque como piloto tengo algunas teorías. Parece como si el piloto estuviera volando en SVFR, pero con helicópteros, la visibilidad puede ser tan baja como 1/2 milla (800 m) para operaciones SVFR. Al estar en un cañón angosto con condiciones climáticas marginales e intentar volar a una alta velocidad, probablemente no quedaban muchas opciones si el cañón se atascaba.

Un S-76 completamente cargado pesa alrededor de 11,000 lb (5,000 kg) y navegando a 130 KIAS, se necesitará bastante para detenerlo. Eso puede estar más allá de lo que permitiría la visibilidad ese día.

No todos pueden flotar indefinidamente.

Un helicóptero de ataque MI-24 Hind de la era soviética completamente cargado solo podía flotar durante 15-20 segundos, antes de que los motores se dañaran por la sobrecarga.

Las agencias de inteligencia de EE. UU. se preguntaron por qué los Hind siempre parecían hacer un despegue corriendo en lugar de detenerse en un vuelo estacionario para despegar, hasta que pusieron sus manos en uno y lo descubrieron.

Como muchos de los otros comentaristas mencionaron aquí, es mucho más fácil y menos carga de trabajo para el piloto volar hacia adelante que flotar. También se necesita más potencia del motor para flotar que para volar hacia adelante, y esto tiene que ver en gran medida con los efectos mencionados anteriormente sobre tener que tirar del aire desde arriba del rotor hacia abajo. Eso también me ahorra un poco de gasolina. Una cosa que no veo mencionada aquí es que también es significativamente más seguro volar hacia adelante que flotar, en el sentido de que hay un margen de error mucho mayor en el vuelo hacia adelante que en un vuelo estacionario, y voy a hacer un esfuerzo por explicar.

Los helicópteros, en caso de falla del motor, pueden girar automáticamente. Esto básicamente significa que estás "deslizando" el helicóptero (funciona como esos palos con una hélice que giras entre tus manos y vuelan un poco). La rotación automática mientras avanza es mucho más fácil de hacer y es mucho más suave que la rotación automática en un vuelo estacionario. Si giro automáticamente en un vuelo estacionario, primero tengo que convertir cierta altitud en movimiento hacia adelante, y una vez que lo hago, puedo "deslizarme" hacia el suelo. Cuando me acerco al suelo, convierto la velocidad de avance que ahora tengo en el rotor, así que básicamente me detengo y aterrizo suavemente. ¿Qué significa esto en la práctica? Significa que si me muevo hacia adelante, puedo girar automáticamente a cualquier altitud. Puedo girar automáticamente en cualquier lugar desde 20 pies hasta 15000 pies de altitud. Si yo' Estoy en un vuelo estacionario y tengo que girar automáticamente, probablemente necesitaré entre 200 y 500 pies de altitud para girar automáticamente y aterrizar de manera segura. Cuando estoy volando, me siento cómodo flotando muy cerca del suelo (1-30 pies) y me siento cómodo flotando a más de 500 pies. Estoy mucho menos cómodo (desde una perspectiva de seguridad) flotando a 250 pies que a 1000 pies.

TLDR;
Tiendo a pensar en el giro del rotor como una "batería". Si el rotor deja de girar, no tengo energía y me caeré del cielo. El rotor usa energía constantemente para mantenerme volando, y ese uso de la energía del rotor lo ralentizará. Puedo agregar más energía al rotor usando el motor, pero también puedo convertir tanto el movimiento hacia adelante como la altitud en hacer girar el rotor. Si pierdo el motor, empezaré a descender para mantener el rotor girando hasta acercarme al suelo. Ahora no hay almuerzo gratis, así que lo que no puedo hacer es cambiar mi altitud por la velocidad del rotor y luego usar exactamente la misma energía para cambiar la velocidad de mi rotor para detener mi caída. Tiene fricción, etc., por lo que golpearé el suelo MUY fuerte si hago eso. ¡Sin embargo, lo que puedo hacer es seguir adelante también! Así que ahora estoy avanzando, y yo Estoy cambiando la altitud por la velocidad del rotor, lo que básicamente significa que estoy cayendo lentamente (descendiendo). Cuando me acerco al suelo, puedo ralentizar el movimiento de avance del helicóptero y convertir la energía de avance en velocidad del rotor también. Esto significa que puedo dejar de avanzar y, como resultado, tener un aterrizaje muy suave. Es por eso que no puedo girar automáticamente desde un vuelo estacionario fácilmente. Primero, tengo que convertirparte de mi altitud para avanzar, y solo entonces disminuyo la velocidad de mi descenso a medida que me acerco al suelo. Luego convierto ese movimiento hacia adelante para que mi aterrizaje sea agradable y suave. Convertir esa altitud en movimiento hacia adelante me llevará entre 200 y 400 pies, razón por la cual a los pilotos de helicópteros no les gusta volar a bajas altitudes.
FIN TLDR;

Todos los helicópteros pueden flotar. Esa es la ventaja clave de ese tipo de avión sobre el autogiro. Casi todos los aviones de ala giratoria son hoy en día helicópteros, con solo un número relativamente pequeño de autogiros todavía en circulación. Los autogiros más avanzados de los años 30, antes de que existieran los helicópteros, eran capaces de despegar y aterrizar verticalmente, pero no podían flotar.

Algunos datos interesantes que me dijo un piloto de helicóptero muy experimentado hoy... cosas que no son obvias...

Primero, comprenda que un helicóptero en vuelo estacionario tiene cero estabilidad natural. A menos que el piloto mantenga un control activo e inmediato sobre él, como al usar referencias visuales, un helicóptero en vuelo estacionario comenzará a cambiar de actitud y velocidad y acelerará esos cambios hasta que se estrelle. En el modo de vuelo hacia adelante, el helicóptero tiene la estabilidad natural de un avión.

A bajas velocidades, la aeronave advertirá al piloto con una bocina de advertencia de entrada en pérdida que las características del vuelo están a punto de cambiar drásticamente. Los helicópteros no informan al piloto cuando el helicóptero está en transición de vuelo hacia adelante a vuelo estacionario. Depende del piloto saber esto.

Es importante tener esto en cuenta, porque el S76 en cuestión había volado en la niebla. Cero referencias visuales. También había entrado en ascenso y había perdido velocidad aerodinámica, lo suficiente como para pasar de un vuelo hacia adelante (donde tiene la estabilidad natural de un avión) a un vuelo estacionario con estabilidad cero.

Los instrumentos en la mayoría de los helicópteros comerciales son los mismos que en un avión y, por lo tanto, solo son útiles si el helicóptero tiene suficiente velocidad de avance para estar en modo de vuelo hacia adelante, es decir, > 30 nudos para un avión del tamaño y peso del S76. No se puede volar un helicóptero con instrumentos de aeronaves, solo con instrumentos. No son lo suficientemente precisos. Algunas aeronaves militares tienen instrumentos adicionales que brindan información precisa sobre la actitud y la aceleración para permitir el vuelo estacionario sin referencias visuales, generalmente SAR o aves de operaciones especiales.

Lo que no sabía hasta hoy: un helicóptero con instrumentos de estilo aeronáutico no puede mantenerse estacionario con éxito en condiciones IMC solo con esos instrumentos. En ausencia de referencias visuales o instrumentos específicos del helicóptero, se volverá cada vez más inestable y se estrellará. Y hazlo con bastante rapidez, como en 30 segundos.