Güçlü Çöküş & Vorteks Halkası

Vuichard Tekniği

Güçlü Çöküş & Vorteks Halkası

 

Ercan Caner, Sun Savunma Net, 29 Kasım 2018

 

Güçlü Çöküş

Güçlü çöküş, aerodinamik etkenlerden kaynaklanan bir olay değildir. En basit şekilde ifade etmek gerekirse; mevcut gücün alçalmayı durdurmak için yeterli olmamasıdır. Alçalmayı durdurmak için ilave güç tatbikinin uygulanması durumunda motor veya güç aktarma sistem limitleri aşılacak veya sürükleme kuvvetinin artması nedeniyle rotor stol olacaktır. Bilindiği gibi helikopterin sürati ne kadar yavaş ise güce olan ihtiyaç o derece fazladır. Helikopter güçlü çöküşe girdiğinde pilot hızlı alçalma oranını yavaşlatmak ve/veya durdurmak maksadıyla kollektif kumanda tatbik ettiğinde motor kaldırma gücünü muhafaza edebilmek için yeterli güç üretemeyecektir.

Güçlü çöküş neredeyse daima yere yakın irtifalarda meydana gelir ve helikopter yere yakın irtifalarda güçlü çöküşe girdiğinde kurtulmak mümkün değildir. Pilotun elinde güçlü çöküşü durduracak veya ileri sürati artırarak kaldırma kuvvetini yükseltmek suretiyle güçlü çöküşten çıkmasını sağlayacağı yedek güç yoktur.

Helikopterin güçlü çöküşe girmesi genel olarak pilot hatası, mevcut güçte azalmaya neden olan mekanik bir problem, hava hızında beklenmedik azalmaya neden olan darbeli rüzgâr veya mevcut kaldırma gücünü etkileyen diğer çevresel şartlardan (yüksek yoğunluk irtifası ve hava sıcaklıklarında havır gibi) kaynaklanmaktadır.

Güçlü çöküşten kurtulma manevrasında pilot ilk olarak alçalmayı durdurmak için yukarı doğru kollektif tatbik etmek eğilimindedir. Bununla birlikte kollektif tatbiki sadece rotorların stol olan sahasını artırmaktan başka bir işe yaramayacak ve alçalma oranını daha da artıracaktır. Pallerin iç kısımları stol olduğundan saykılık kontrolü limitli hale gelebilir. Güçlü çöküşten çıkış hava hızını artırarak ve/veya kollektifi kısmen aşağı doğru bastırarak yapılabilir.

Vorteks Halkası Durumu

Vorteks halkası durumunu 1922 yılında, ‘‘Uçan Ahtapot’’ adını verdiği hava aracıyla ilk tanımlayan George de Bothezat olmuştur. Uçan ahtapot dört adet büyük, altı palli rotor sisteminden oluşan ve günümüzde rastlanılan dron tasarımlarına oldukça benzer bir hava aracıdır.

George de Bothezat ve Uçan Ahtapot adını verdiği hava aracı. Foto: Wikipedia

O zamandan günümüze kadar yapılan sayısız uçuş testleri, rüzgâr tüneli deneyleri ve matematiksel modelleme gayretleri vorteks halkası durumunun çok daha iyi anlaşılmasını sağlamıştır. Rotor pallerinin sayısı, rotorların dakikada devir adedi (RPM-Rotation Per Minute) ve rotor çapının vorteks halkası oluşumuna etkisi çok azdır, fakat daha yüksek rotor disk yüklemesine maruz kalan ve artan pal bükülmesi olan helikopterlerde daha çok rastlanmaktadır.

Tam oluşmuş bir Vorteks halkası durumu, helikopterin istem dışı yunuslama ve yalpalama salınımları yaptığı, kollektif kumanda kabiliyetinin hiç olmadığı veya çok az kaldığı ve müdahale edilmediği durumlarda dakikada 6,000 feet oranında alçalma oranının görülebildiği istikrasız durumu ile karakterize edilmektedir.

Helikopter vorteks halkası durumuna; ana rotoru, bozulmuş hava sütunu içinde alçalma durumunda bırakan ve düşük ileri hızlardaki bütün manevralarda girebilir. Aşağıdaki şartların kombinasyonu bütün helikopterlerde vorteks halkası durumuna neden olabilir:

  • Dakikada 300 feet oranında dikey veya neredeyse dikey alçalmalar (gerçek kritik alçalma oranı helikopterin gros ağırlığı, RPM, yoğunluk irtifası ve diğer faktörler).
  • Rotor sistemi mevcut motor gücünün bir kısmını (20-100 oranında) kullanıyor olmalıdır.
  • Yatay hız etkin geçiş kaldırıcı kuvvetten daha yavaş olmalıdır.

 

 

Dikey alçalma esnasında veya çok düşük ileri hızla hareket ettiklerinde helikopterlerde bazı ilginç istikrar ve kontrol fenomenleri gözlemlenir. Helikopterlerde rastlanan bu olgu, yukarıda belirtilen uçuş şartlarında vorteks halkası durumun içinde akan hava akışının tipi ile ilgilidir. Helikopter ana rotor sisteminde üç ayrı çalışma durumu görülür:

  • Pervane çalışma durumu,
  • Vorteks halkası durumu ve
  • Otorotasyon durumu.

Basit olarak anlatmak gerekirse helikopterin dikey uçuşu ‘‘Pervane Çalışma Durumu’’ olarak değerlendirilebilir. Rotor diski ana rotor palleri tarafından oluşturulan itki içinde hareket etmektedir ve hava akışı rotor diskinden aşağı doğrudur. Helikopter havırda iken alçalmaya başladığında vorteks halkası durumuna girer ve rotor diski artık kendi oluşturduğu itki gücünün aksi yönünde hareket etmektedir. Bu durumda ana rotor palleri hâlâ havayı rotor diskinden aşağı doğru itmektedir, fakat serbest hava rotor diskine göreceli olarak yukarı doğru hareket etmektedir ve rotor altında kalan hava merkezden dışarı doğru itilmektedir. Bu nedenle rotor diski içinden geçen hava düzenli bir akış yerine oldukça türbülanslı bir sirkülasyona girer, hava akışı başlangıçta rotor diski aşağısına doğru, sonra da merkezden dışarı ve yukarı yönde, rotor diski dışına doğru hareket eder. Bu havanın bir kısmı rotor diskinin üstüne doğru geçerken tekrar iç kısma ve aşağı doğru doğru çekilerek vorteks halkası durumunun oluşmasına neden olur.

Pervane çalışma durumunda hava rotor sisteminden aşağı doğru akmaktadır. Alçalma oranı dakikada 300 feet’i aştığında vorteks halkası durumu başlar ve aşağı doğru hava akımlarının bir kısmı, rotor diski altında merkezden dışarı doğru akmaya ve yukarı doğru rotor sisteminin içine çekilmeye başlar. Otorotasyon durumunda ise bütün hava rotor sistemi içinden yukarıya doğru akmaktadır.

Normal olarak hava akışı rotor diski aşağısına doğru yönlendirilir ve dikey tırmanmada olduğu gibi rotor itkisi yönünde hareket eder. Bu, pervane çalışma durumu veya bazen normal çalışma durumu olarak adlandırılır. Helikopterin havırda durması, pervane çalışma durumunun statik halidir.

 

Havır yapmakta olan helikopter dakikada 300 feet’ten daha fazla bir oranda alçaldığında vorteks halkası durumuna girer. Bu durumda rotor hâlâ hava akışını aşağıya doğru yönlendirmekte fakat rotor diski altındaki bir kısım hava merkezden dışarıya ve yukarı doğru rotor diski dışına doğru itilmektedir. Yukarı doğru akan havanın bir kısmı geriye tekrar rotor sistemi içine ve aşağıya doğru çekilir. Bu fenomen, vorteks halkası durumu olarak adlandırılan sirkülasyon paterninin oluşmasına neden olur.

Vorteks halkası durumu bunun yanı sıra; hava hızının, etkin geçiş kaldırıcı kuvvet hızından daha az olduğu durumlarda istikamette rastgele sapma ve hatve değişiklikleri sonucu oluşan gövde sarsıntısı, titreme ve helikopterde sağa sola yalpalama hareketleriyle belirlenebilir. Vorteks halkası durumuna, klasik olarak yer tesiri dışında havır ve derin yaklaşmalar esnasında rastlanır.

Meydana gelen vorteks ana rotora dik olarak hareket eder. Pilot, vorteks halkası durumundan çıkmak için ileri doğru saykılık kumanda tatbik ettiğinde kuyruk rüzgârı vorteksi, helikopterin hareket yönüyle aynı istikamete iter, bu da kurtulma manevrasının gecikmesine neden olur.

Rotor sisteminin üçüncü belirgin çalışma durumu otorotasyon durumudur. Alçalma oranını dakikada 2.000 feet değerinden daha fazladır. Bu durumda hava akışı tamamen rotor sisteminin yukarısına doğru itilmektedir. Rotor itkisi aslında yukarı doğru olan bu hava akışı yavaşlatılarak elde edilmektedir. Rotor tarafından yaratılan kuvvet aynı çapta bir paraşüt tarafından yaratılan kuvvete eşittir.

Vorteks halkası durumu ile otorotasyon durumu arasındaki sınır; yukarı doğru hava akışının rotor diskinde durağan hale geldiği durumdur. Rotor diski içinden hiç hava akışının olmadığı bu durum ideal otorotasyon olarak adlandırılır.

 

Vorteks halkası durumu,  helikopterin azami güç uygulandığı halde %20 dikey alçalma ve az veya hiç tırmanma performansının olmadığı bir aerodinamik durumdur. Güçlü çöküş terimi, tam motor gücü uygulanmasına rağmen helikopterin alçalmaya devam etmesi gerçeğinden gelmektedir.

Yer tesiri dışında yapılan normal bir havır esnasında, helikopter büyük bir hava kütlesini ana rotor aşağısına doğru iterek havada sabit pozisyonda kalmayı başarmaktadır. Havanın bir kısmı pal uçları yakınında sirküle edilmekte, rotor sistemi dip kısmında ise yukarı doğru bükülerek, rotor sistemine yukarıdan girmekte olan hava ile yeniden birleşmektedir. Bu fenomen bütün rotor sistemlerinde görülmektedir ve pal ucu vorteksleri olarak adlandırılmaktadır. Pal ucunda oluşan vorteksler geri sürükleme meydana getirir ve hava akışı etkinliğini azaltırlar. Pal ucu vorteksleri küçük oldukları sürece tek etkileri, rotor etkinliğinde küçük bir kayba neden olmalarıdır. Bununla birlikte helikopter dikey olarak alçalmaya başladığında kendi yarattığı aşağı doğru hava akımları içinde çöküşe girer ve pal ucu vorteksleri büyür. Vorteks halkası durumunda, motor tarafından üretilen gücün çoğunluğu, rotor etrafındaki sirkülasyon halindeki hava içinde boşa harcanır.

İlave olarak helikopter, iç pal kısımlarının normal aşağı doğru hava akış hızını aşan bir oranda alçalışa girebilir. Sonuç olarak pal iç kısımlarındaki hava akışının yönü diske göre yukarı doğrudur. Bu, normal pal ucu vortekslerine ilave olarak ikincil bir vorteks halkası oluşmasına neden olur. Oluşan tali vorteks halkası pal üzerinde yaklaşık olarak hava akışının yukarıdan aşağıya doğru değiştiği noktada oluşmaktadır. Ortaya çıkan sonuç; rotor diskinin büyük bir kısmında istikrarsız ve türbülanslı bir hava akışıdır. Motor hâlâ yeterli gücü sağlıyor olsa da rotor etkinliği kaybolur.

Vuichard Tekniği

Vorteks halkası durumundan kurtulmayı sağlayan Vuichard Tekniğinde pilot kollektifi kalkış gücüne kadar yükseltmekte, uygun şekilde sol pedal tatbik etmekte ve 10 ile 20 derece arasında yatış için sağa doğru saykılık tatbik etmektedir. İlerleyen pal Vorteksin yukarı doğru hava akış kısmına eriştiği anda kurtarma prosedürü tamamlanmaktadır.

 

Vuichard Tekniği aslında vorteksin yukarı doğru akış kısmını helikopteri vorteks halkası durumundan kurtarmakta yardımcı olarak kullanmaktadır. Saat istikametinin aksi yönde dönen ana rotor pallerine sahip bir helikopterde, kurtarma manevrasına kollektif tırmanma gücüne kadar artırılarak başlanır, hava aracının burnu sol pedal tatbik edilerek istikamette muhafaza edilir ve aynı anda 10° ile 20° arasında bir yatış için sağ tarafa saykılık tatbik edilir.

Kuyruk rotor itkisi ile sağa derin olmayan yatışın kombinasyonu helikopterin sağa doğru hareket etmesine neden olur. İlerleyen pal (sağ taraftaki) vorteksin yukarı doğru akan kısmına ulaştığında kurtarma manevrası tamamlanır (Ana rotor palleri saat istikameti yönünde dönen helikopterlerde saykılık ve pedal kumandaları tam aksi yönde uygulanır: sola saykılık ve sağ pedal).

Kurtarma manevrası esnasında kollektif tatbik edildiğinde, burnun sağa doğru kaçmasını engellemek için yeteri kadar sol pedal mutlaka tatbik edilmelidir. Kurtarma manevrası esnasında unutulmaması gereken en önemli husus; vorteks halkası durumundan çıkışa kuyruk rotoru tarafından oluşturulan itkinin sağladığı yardımdır, bu nedenle sol pedal tatbiki çok önemlidir.

Öğretmen pilotlar vorteks halkası durumundan kurtarma manevrasını öğretirken uygulanacak prosedürleri iki kısma ayırarak pilot adaylarının daha kolay ve iyi öğrenmelerini sağlayabilirler. Kurtarma manevrasında ilk olarak saykılık 10° ‐ 20° yatış açısı sağlayacak şekilde sağa tatbik edilir ve sonrasında kollektif, sol pedal tatbiki asla unutulmadan tırmanma gücü tesis edilene kadar artırılır. Pilot adayları iki aşamalı uygulamada ustalaştığında bütün kurtarma manevraları yumuşak ve aynı anda uygulanabilir.

Vuichard Kurtarma Prosedürü (Ana rotor palleri saat istikameti aksi yönünde dönen helikopterler için):

  • Kollektifi kalkış gücüne kadar yükseltin ve istikameti muhafaza etmek için sol pedal tatbik edin.
  • Yatay hareket kazanmak için aynı anda sağa doğru 10° ile 20° yatışla sağa doğru saykılık tatbik edin.
  • İlerleyen ana rotor pali vorteksin yukarı doğru akışına girdiği anda vorteks halkası durumundan kurtulma manevrası tamamlanmıştır.

 

Kurtarma manevrasının süresine bağlı olarak ortalama irtifa kaybı 20-50 feet civarında olacaktır.

 

Geleneksel kurtarma yönteminde olduğu gibi eğitim maksadıyla yapılan Vuichard Kurtarma yönteminde de kurtarma manevrasının yerden 1.000 feet irtifada tamamlanması tavsiye edilmektedir. Vuichard tekniğinin ne kadar etkili olduğunu göstermek maksadıyla; öğretmen pilotlar kurtarma prosedürünü öğretirken helikopterin yüksek alçalma oranına kontrollü olarak müsaade edebilirler. Bununla birlikte gerçek bir vorteks halkası durumu ile karşılaşıldığında erkenden tanıma ve uygun kurtarma tekniğini en kısa zamanda başlatmak asgari irtifa kaybı açısından önemlidir.

Geleneksel kurtarma tekniğinde, vorteks halkası durumundan çıktığında helikopter dalış pozisyonunda, güç azaltılmış ve alçalma oranı yüksek bir durumdadır. Vuichard tekniği uygulandığında ise helikopter tırmanış gücündedir ve irtifa kaybı asgari seviyededir.

Vuichard Kurtarma tekniğinin geleneksel kurtarma tekniğine karşı önemli avantajları vardır ve vorteks halkası durumuna yakın sınırlarda helikopter uçuş emniyetini artırmaktadır. Bu teknik, içgüdüsel olarak tepki göstermelerini sağlamak maksadıyla, bütün helikopter pilotlarına uçuş eğitimlerine başladıkları andan itibaren öğretilmelidir.

Öğrenci pilotların Vuichard Kurtarma tekniğini uygularken yaptıkları yaygın bir hata kollektif tatbik ederken yeteri kadar sol pedal uygulamayarak helikopter başının sağa doğru kaçmasına neden olmalarıdır. Unutmayın, vorteks halkası durumundan kurtulmayı sağlayan; kuyruk rotoru tarafından oluşturulan itkinin helikopterin sağa doğru hareket etmesine yardım etmesidir.

Vorteks halkası durumu helikopter ana rotor sisteminin üç belirgin çalışma durumundan bir tanesidir. Vuichard Kurtarma tekniği, kuyruk rotoru ve yatış manevrasını, helikopteri yatay düzlemde vorteks halkası içinden çıkarmak maksadıyla kullanılan bir tekniktir.

 

Bütün uçuculara emniyetli uçuşlar dilerim…

Yazar Profili

Ercan Caner
Ercan Caner
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğinin yanı sıra, uçak ve helikopter lisanslarına sahiptir.
Türkiye Hava Sahası Yönetimi alanında doktora tez çalışmalarını
sürdüren Caner’in İnsansız Hava Araçları (2014) ve Taarruz Helikopterleri
(2015) konulu makaleleri yayımlanmıştır. 36 yılı kapsayan TSK, BM ve NATO
deneyimlerine sahiptir.

Bir Cevap Yazın