Autorotacja (samolot)

Autorotacja - samostabilizujący się stan lotu samolotu (szybowca) w którym różnica sił działających na skrzydła na skutek różnic kąta natarcia, szybkości opływu i/lub stanu oderwania strug od powierzchni nośnej prowadzi do powstania i samoistnego utrzymywania momentów obrotowych wokół podłużnej i pionowej osi statku. Potencjalnie bardzo niebezpieczny stan lotu.

Typowym przykładem sytuacji w której występuje autorotacja jest korkociąg. Przed zrozumieniem zjawiska autorotacji związane z nią sytuacje prowadziły na ogół do katastrofy statku powietrznego.

Autorotacji samolotu nie należy mylić z autorotacją wiropłata (np. helikoptera), jest to zupełnie inne zjawisko.

Geneza

W klasycznej sytuacji (korkociąg) dochodzi do niesymetrycznego (w różnym zakresie na każdym skrzydle) oderwania strug powietrza opływającego skrzydło. Skrzydło na którym strugi oderwały się na większej powierzchni wytwarza mniejszą siłę nośną i stawia większy opór, co powoduje przechylenie statku na jego stronę i skręt w jego kierunku. To z kolei zmniejsza prędkość opływu na tym skrzydle, zwiększa kąt natarcia i ustala tym (a nawet rozszerza) oderwanie strug na tym skrzydle. Sytuacja ta zatem jest w przybliżeniu stabilna, obrót wokół osi pionowej i podłużnej będzie kontynuowany.

Zjawisko autorotacji może wystąpić także gdy skrzydła statku przekroczą krytyczny kąt natarcia (jeszcze przed całkowitym oderwaniem strug). Samolot przestaje być wtedy w sytuacji stabilnej równowagi ze względu na przypadkowe zmiany kąta natarcia skrzydeł. W tej sytuacji (inaczej niż na podkrytycznych kątach natarcia) wzrost kąta natarcia powoduje spadek siły nośnej, opadanie (jednego, zależy od przypadkowych początkowych asymetrii lub nieostrożnej akcji pilota) skrzydła i zatem dalszy wzrost kąta natarcia. Jednocześnie kąt natarcia na przeciwnym skrzydle maleje, co (kąty nadkrytyczne) powoduje wzrost siły nośnej i podnoszenie tego skrzydła. Pojawia się rosnący moment skręcający i – o ile pilot nie zareaguje – wkrótce oderwanie strug na dolnym skrzydle.

Powyższy scenariusz (wejścia w autorotację przed oderwaniem strug) nie występuje na podkrytycznych kątach natarcia – tam przypadkowe różnice pomiędzy kątami natarcia obu skrzydeł są wyrównywane – jest to sytuacja stabilnej równowagi.

Niesymetryczne uszkodzenie skrzydeł może zainicjować autorotację przez szybki wzrost kąta natarcia poza kąt krytyczny, na opadającym bardziej uszkodzonym skrzydle.

Objawy

Statek powietrzny wykonuje skomplikowany ruch obrotowy, przypominający "korkociąg" (stąd nazwa najczęściej występującej sytuacji autorotacyjnej). Ponieważ spływ powietrza z krawędzi spływu jest na ogół w dużej części zerwany, statek słabo lub w ogóle nie reaguje na sterowanie lotkami. Ze względu na częściową lub całkowitą utratę siły nośnej (zerwanie strug) statek na ogół szybko opada (np. 30 m/sek, różnie). Próba podniesienia (na ogół silnie w tej sytuacji opuszczonego w dół) nosa statku przez ściągnięcie drążka sterowego na siebie (ster wysokości do góry) nie daje rezultatu (na ogół, choć np. w sytuacji korkociągu plecowego jest inaczej), wręcz pogłębia problem (przez zwiększenie – i tak zbyt wielkiego – kąta natarcia).

Wyprowadzenie

Dla przerwania zjawiska autorotacji należy przywrócić prawidłowy opływ skrzydeł i zlikwidować asymetrię opływu. Najczęściej wykonywane jest to przez skontrowanie obrotu sterem kierunku i następnie oddanie drążka (ster wysokości w dół). Ze względu na różne możliwe scenariusze opływu skrzydeł w sytuacji autorotacji, różne możliwe rozłożenia mas statków i inne czynniki, w konkretnych przypadkach i konkretnych typach statków przerwanie autorotacji może wymagać innych akcji lub być w ogóle niemożliwe.

Zastosowania w pilotażu

Niektóre statki pozwalają na stosunkowo łatwe wyprowadzanie z korkociągu. Na takich statkach wykonuje się intencjonalnie korkociągi dla oswojenia i nauczenia pilotów niezbędnego automatyzmu nawyków wyprowadzania w przypadku niezamierzonej autorotacji. Na takich statkach korkociąg jest także w miarę bezpiecznym sposobem szybkiej straty wysokości (bez przekroczenia szybkości niszczącej). Intencjonalne zainicjowanie autorotacji w szybkim locie (zazwyczaj) poziomym to tzw. beczka szybka, jedna z figur akrobacji lotniczej. Sam korkociąg także należy do akrobacji lotniczej.

Bibliografia

Andrzej Pazio: Zasady pilotażu szybowcowego. Kielce: Aeroklub Polski, 1994.
Antoni Milkiewicz: Praktyczna aerodynamika i mechanika lotu samolotu odrzutowego, w tym wysokomanewrowego. Warszawa: Wydawnictwo Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych, 2009. ISBN 978-83-61021-00-1.