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Mar 31, 2023

Helikopterwachen verdienen einen großen Bogen um sie, Teil 1

Wenn der Abwind des Rotors auf die Bodenoberfläche trifft, erfolgt die Wirbelzirkulation nach außen,

Wenn der Abwind des Rotors auf die Bodenoberfläche trifft, erfolgt die Wirbelzirkulation nach außen, nach oben, um die Hauptrotoren herum und von ihnen weg in alle Richtungen.

Die Wirbelschleppe eines Hubschraubers ist komplexer als die Wirbelschleppe eines Flugzeugs vergleichbarer Größe, da sie eine andere Struktur, Dauer und Zerfall der Wirbelschleppe aufweist. Diese Eigenschaften stellen eine starke Bedrohung dar, insbesondere in der Nähe von Flughäfen, wo Hubschrauber mit niedriger Geschwindigkeit fliegen, während in der Nähe Starrflügler landen oder abfliegen.

Ein Flugzeug befindet sich in der Start- oder Landephase in einer langsamen Fluggeschwindigkeit, was die Fähigkeit der Flugsteuerung verringert, einer abrupten Bewegung entgegenzuwirken, und das Flugzeug verfügt im Wesentlichen über keinen Höhenspielraum, um sich von einer durch eine Wirbelschleppe verursachten Störung zu erholen.

Dies waren die Bedingungen, die am Cable Airport (CCB) in Upland, Kalifornien, am 3. Januar 2022 herrschten. Der Pilot einer Cessna 120 befand sich im Landeanflug, während ein UH-1 „Huey“-Hubschrauber ein langsames Schwebetaxi durchführte neben der Landebahn. Der Cessna 120-Pilot beschloss, lange zu landen, um den Abstand aufrechtzuerhalten, aber als der Hubschrauber die Landebahn zu überqueren schien, beschloss er, umzudrehen.

Ungefähr ein Drittel der Landebahn hinunter geriet die Cessna 120 in den Abwind des Hubschraubers und geriet in ein unkontrolliertes steiles rechtes Ufer. Der Pilot versuchte, dieser Rolle mit entgegengesetztem Querruder entgegenzuwirken, aber es reichte nicht aus, um die herbeigeführte Rolle zu stoppen. Ein Video des tatsächlichen Ablaufs der Ereignisse finden Sie auf der Website des Aviation Safety Network der Flight Safety Foundation.

Die Cessna 120 prallte rechts neben der Landebahn auf und erlitt erheblichen Schaden. Der Pilot erlitt glücklicherweise nur leichte Verletzungen. Das NTSB kam zu dem Schluss, dass der Kontrollverlust des Piloten während des Durchstarts auf die Wirbelschleppe eines langsam schwebenden Hubschraubers zurückzuführen war.

Flugzeug rollt nahe am Boden Ein ähnliches Ereignis ereignete sich am 5. Dezember 2014 am Northern Colorado Regional Airport (FNL) außerhalb von Fort Collins, Colorado, für einen alleinreisenden Piloten einer Cirrus SR20. Der Flugschüler begab sich in die Verkehrsrunde für eine Volllandung auf Landebahn 33. Er beobachtete eine Sikorsky UH-60 Black Hawk im Gegenwind und verzögerte seine Wende zur Basisstrecke, bis sich der Hubschrauber auf der letzten, querab seiner Position befand. Der Flugschüler passte seinen Zielpunkt auf eine lange Landung an, da er sich Sorgen über Wirbelschleppen machte. Sein Ziel war es, jenseits des Aufsetzpunkts des Hubschraubers zu landen.

Beim Einleiten des Landesignals rollte die SR20 plötzlich in ein steiles linkes Ufer. Der Student reagierte, indem er versuchte, umzugehen, aber das fast augenblickliche Rollen in Bodennähe führte zu einem Aufprall auf dem Gelände. Die in den beiden vorderen Mannschaftssitzen montierten Airbag-Sicherheitsgurte lösten sich nicht aus, als das Flugzeug schlug. Der Flugschüler wurde schwer verletzt und das Flugzeug erheblich beschädigt. Ein YouTube-Video hat diesen Abschnitt sowohl des Abflugs der Black Hawk als auch des abrupten Rollens der Cirrus festgehalten. Es ist leicht zu erkennen, dass die Rolle des Cirrus so schnell und so nah über dem Boden erfolgte, dass in dieser Höhe keine Zeit für eine Erholung blieb.

Die NTSB-Untersuchung des Unfalls ergab, dass der Hubschrauber etwa 30 Sekunden später in den Abflug überging. vor dem Cirrus und hinterließ eine unsichtbare Spur mächtiger Wirbel. Der Wind war zu diesem Zeitpunkt relativ schwach und betrug 3 Knoten aus 110 Grad. Mit anderen Worten: Dies war ein vierteljährlicher Rückenwind. Der Bericht des Sicherheitsausschusses ergab, dass der Flugschüler wahrscheinlich die Bedeutung der Wirbelschleppen, die ein Hubschrauber während des Abflugs erzeugte, nicht verstand, was zum Kontrollverlust bei der Landung führte. Die kausale Feststellung des NTSB bestimmte auch die Pilotenanweisungen im Aeronautical Information Manual und ein damals veröffentlichtes Beratungsrundschreiben zu Flugzeugschleppturbulenzen empfahl keine Trennungskriterien für ein Kleinflugzeug, das einem Hubschrauber folgte.

Nach ähnlichen Unfällen stellte das NTSB fest, dass die Unfallpiloten die Bedeutung der von einem Hubschrauber verursachten Wirbelschleppen wahrscheinlich nicht verstanden hatten.

Das Kielwasser eines Hubschraubers ist anders

Es gibt einige Ähnlichkeiten bei Wirbelschleppen, die von Starrflüglern und Drehflügelflugzeugen gebildet werden. Genau wie Starrflügler sind auch Hubschrauberwirbel vom Gewicht, der Größe und der Geschwindigkeit des Hubschraubers abhängig. Wirbel, die sich bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten bilden, sind zunächst stärker als solche, die sich bei höheren Fluggeschwindigkeiten bilden. Ein schwererer Hubschrauber erzeugt stärkere Wirbelschleppen als ein leichterer Hubschrauber. Die Stärke eines Wirbels hängt auch von seinem Alter ab.

Da jedes Rotorblatt während einer Drehung kontinuierlich seinen eigenen Wirbel erzeugt, besteht der Nachlauf eines Hubschraubers aus einer Reihe von Wirbeln, die nicht nur ihre eigene Mini-Tornado-Rotation, sondern auch die gesamte Abwärtsbewegung des Abwinds enthalten. Wenn der Rotorabwind eines Hubschraubers im Schwebe- oder Langsamflug in Bodennähe auf die Oberfläche trifft, zirkuliert diese turbulente Luftmasse nach außen, nach oben, um die Hauptrotoren herum und von ihnen weg in alle Richtungen. Der Nachlauf eines langsam fliegenden Hubschraubers entspricht einem kleinen Mikroausbruch und muss weiträumig umfahren werden.

Der durch die Wirbelschleppen eines Hubschraubers verunreinigte Bereich ist größer als der eines Flugzeugs vergleichbarer Größe und vergleichbaren Gewichts, insbesondere bei Geschwindigkeiten unter 70–80 Knoten. Eine Entfernung von etwa dem Dreifachen des Rotordurchmessers enthält erhebliche Störungen durch den Abwind. Das Advisory Circular 90-23G „Aircraft Wake Turbulence“ der FAA rät Piloten, Einsätze innerhalb von Entfernungen zu vermeiden, die dem Dreifachen des Durchmessers eines Hubschraubers in einem langsamen Schwebetaxi oder stationären Schwebeflug entsprechen. Die Anzahl der Rotorblätter scheint auch die Wirbelgröße zu beeinflussen, da eine erhöhte Anzahl von Rotorblättern die Wirbelgröße zu erhöhen scheint. Beispielsweise erzeugt die Bell UH-1H mit zwei Rotorblättern und im Wesentlichen dem gleichen Gewicht wie die Sikorsky S-76A mit vier Rotorblättern einen kleineren Wirbel als die S-76A.

Der Nachlauf eines Hubschraubers im Vorwärtsflug ist komplexer als der Nachlauf, der von einem Flugzeug erzeugt wird, da sich die Wirbel jedes Rotorblatts unterscheiden, da sein Anstellwinkel während einer einzelnen Drehung variiert, je nachdem, ob sich das Rotorblatt im Vergleich zum annähernden Luftstrom vor- oder zurückbewegt. Das sich zurückziehende Blatt arbeitet mit einem höheren Anstellwinkel, um genauso viel Auftrieb wie das vorrückende Blatt zu erzeugen. Der Wirbel hinter der sich zurückziehenden Schaufel zeichnet sich durch eine größere Querschnittsfläche aus. Der Wirbel hinter dem vorrückenden Rotorblatt wird immer kleiner, enger und kohärenter, insbesondere wenn die Vorwärtsgeschwindigkeit des Hubschraubers über 80 Knoten steigt. Flugtests haben ergeben, dass Helikopter-Nachlaufwellen unterschiedlich reagieren, je nachdem, ob der Helikopter steigt oder sinkt. Es wurde beobachtet, dass sich die Wirbelkerne beim Sinkflug weiter auseinander bewegten, während die Kerne beim Steigflug näher zusammenrückten. Eine mögliche Erklärung hierfür ist die Menge an Motorleistung, die zur Erzeugung des Auftriebs erforderlich ist. Daher wird das heiße Abgas im Kielwasser mitgerissen und trägt so zum Auftrieb des Kielwassers bei.

In Teil 2 dieses Artikels beschreiben wir FAA-Flugtests, um das Risiko für ein Starrflügler besser zu verstehen, das unbeabsichtigt in das Kielwasser eines Hubschraubers fliegt.