Systemy ratunkowe dla wiropłatów

Co wyróżnia wiropłat

Bezzałogowe śmigłowce należą do statków VTOL, ale mają własne cechy aerodynamiczne i mechaniczne, które wprost przekładają się na konstrukcję systemu spadochronowego:

• Duża tarcza wirnika: wirnik nośny jest poważną przeszkodą przy otwarciu — o konstrukcji decydują umiejscowienie, tor wystrzelenia i zapobieganie kolizji z łopatami.
• Zdolność do autorotacji: inaczej niż wielowirnikowiec, śmigłowiec potrafi opadać bez napędu w autorotacji, na platformach bezzałogowych nie zawsze jest to jednak możliwe (ograniczona władza sterowania, rodzaje awarii).
• Układ jedno- lub dwuwirnikowy: śmigło ogonowe albo układ współosiowy zmieniają opływ, możliwe miejsca montażu spadochronu i przebieg odzyskiwania platformy.
• Wyższa energia kinetyczna na jednostkę masy: śmigłowce przenoszą zwykle cięższy ładunek użyteczny przy wyższych prędkościach przelotowych niż wielowirnikowce, co wymaga mocniejszych czasz i innej strategii hamowania.
• Wąski kadłub: zwykle mniej miejsca wewnątrz na spadochron niż w wielowirnikowcach czy platformach z wirnikami odchylanymi.

Punkty krytyczne

Konstrukcję kształtują cztery zagrożenia:

• Kolizja z wirnikiem: czasza musi otworzyć się poza tarczą wirnika, dlatego pojemniki pirotechniczne lub wyrzucane sprężyną strzelają często w bok albo w górę.
• Strumień zawirnikowy: w zawisie jest wyjątkowo silny, więc sekwencja otwarcia musi wyprowadzić czaszę poza obszar turbulencji, zanim ta się napełni.
• Otwarcie w locie postępowym: opływ układa się inaczej niż przy wirnikach odchylanych, dlatego czaszę trzeba ustabilizować podczas wyciągania, aby nie doszło do splątania.
• Belka i śmigło ogonowe: droga otwarcia musi omijać belkę, śmigło ogonowe i usterzenie pionowe.

Decyzja zapada wcześniej

Częścią pracy inżynierskiej jest wyznaczenie zakresu wysokości, w którym autorotacja ma sens — i od którego otwarcie spadochronu jest szybsze oraz bezpieczniejsze.

Dobra praktyka: konstrukcja systemu

Przy opracowywaniu spadochronowych systemów dla bezzałogowych śmigłowców sprawdziły się następujące zasady:

• Umiejscowienie spadochronu: najlepiej wyrzutnie na górze z tyłu albo na burcie, odchylone tak, by ominąć wirnik i ogon.
• Szybki wyrzut: układy pirotechniczne lub gazowe zapewniają, że czasza wychodzi poza strumień zawirnikowy.
• Rodzaj czaszy: w zależności od wymaganej prędkości opadania warto rozważyć czaszę okrągłą, w kształcie krzyża (cruciform) albo małą komorową; do samego zatrzymania opadania najczęściej stosuje się czaszę okrągłą.
• Sterowanie napełnianiem: stopniowe napełnianie czaszy ograniczane linkami (reefing) lub osłony czaszy panują nad uderzeniem otwarcia i chronią czaszę przed uszkodzeniem.

Dobra praktyka: wyzwalanie i logika decyzji

O momencie otwarcia decyduje logika pokładowa:

• Wyzwalanie automatyczne: integracja z kontrolerem lotu, aby wykryć utratę siły nośnej, nadmierne przechylenie lub pochylenie albo nieodwracalną utratę sterowania.
• Ręczne nadpisanie: zawsze należy przewidzieć zdalną komendę ręcznego otwarcia.
• Ochrona obwiedni: inne parametry wyzwalania dla zawisu i dla lotu postępowego, aby system nie zadziałał przedwcześnie w sytuacji, którą da się jeszcze opanować.

Dobra praktyka: program prób

Konstrukcję potwierdzają cztery rodzaje prób:

• Próby wyrzutu na ziemi: sprawdzają, czy spadochron mija tarczę wirnika przy różnych położeniach w osi odchylenia.
• Próby otwarcia w zawisie: oceniają napełnianie czaszy w najgorszym przypadku strumienia zawirnikowego.
• Próby w locie postępowym: potwierdzają stateczność w opływie postępowym.
• Scenariusze przejścia do autorotacji: porównują skuteczność spadochronu z osiągami autorotacji.

Dobra praktyka: bezpieczeństwo i zgodność

Trzy punkty należą do każdego projektu:

• Zapas odległości od łopat: minimalną bezpieczną odległość toru czaszy wyznacza się na podstawie nagrań szybkoklatkowych i symulacji CFD.
• Zgodność z przepisami: odniesieniem jest ASTM F3322 (dla spadochronów do bezzałogowców) oraz lokalne wymagania nadzoru lotniczego.
• Zabezpieczenia awaryjne: samoprzecinające się odczepienie taśm nośnych na wypadek, gdyby czasza ciągnęła bezzałogowiec po przyziemieniu.

Wskazówki z praktyki

Z doświadczeń integracyjnych:

• W locie postępowym stosować wstęgi lub spadochrony wyciągające do stabilizacji czaszy przed pełnym napełnieniem.
• Przy śmigłowcach współosiowych strumień zawirnikowy jest bardziej skupiony, ale symetryczny — spadochron można wtedy umieścić nad osią, co ułatwia wyjście poza wirnik.
• Prędkość otwarcia czaszy dobierać tak, aby pokonała jednocześnie strumień zawirnikowy i opływ lotu postępowego.
• Przewidzieć rozpraszanie obciążeń po otwarciu, na przykład elastyczne wstawki w taśmach nośnych lub rozdzielacze obciążenia, aby nie uszkodzić kadłuba.