Schodzenie kątowe i VRS (Stan Pierścienia Wirowego)

Schodzenie kątowe jest jedną z umiejętności, których naucza się na kursach UAVO. Sprowadza się ono do tego, aby obniżając pułap lotu, nie robić tego zupełnie pionowo, tylko utrzymywać cały czas ruch w jednym z kierunków, tak aby quadrocopter poruszał się cały czas pod kątem w stosunku do ziemi. Jest to rzecz zupełnie obca świeżym pilotom kopterów (UAV), ale nawet ci, którzy trochę już polatali mogą się zdziwić, że w trakcie opadania kopter nagle traci siłę nośną i niekontrolowanie spada ku ziemi. Tutaj dowiecie się skąd się to bierze i jak uniknąć rozbicia swojego nowego nabytku.

Zacznijmy od tego, skąd w ogóle bierze się siła nośna. Otóż powietrze, które przepływa wokół płatu śmigła ma inną drogę do przebycia zależnie od tego, czy znajduje się pod nim, czy nad nim. To znajdujące się u góry pokonuje większy dystans, ale robi to szybciej. Im większa prędkość ruchu powietrza, tym niższe ciśnienie. Pod płatem droga do pokonania jest krótsza, a więc i wyższe ciśnienie. Ta różnica pomiędzy dolną i górną częścią śmigła powoduje powstanie siły nośnej, która w rezultacie utrzymuje nasz kopter w powietrzu.

Podczas opadania wokół jego śmigieł mogą wytworzyć się dodatkowe cyrkulacyjne ruchy powietrza zwane też pierścieniami wirowymi (ang. Vortex Ring State). Są one następstwem przechodzenia przez wprawione wcześniej w ruch powietrze poniżej płatu. Pierścienie wirowe nakładają się na wspomniany wcześniej przepływ wzdłuż, który, jak widzieliśmy wcześniej, służy wytworzeniu siły nośnej. Wokół śmigła pojawia się dość chaotyczny ruch powietrza, który zakłóca jej powstawanie. W rezultacie kopter zaczyna coraz szybciej spadać. Dodatkowo może temu towarzyszyć brak stabilności i jego kołysanie w płaszczyźnie poziomej.

Zjawisko pojawia się podczas zbyt szybkiego, pionowego opadania ku ziemi. Dla każdego quadrocoptera oraz rodzaju śmigieł prędkość ta jest inna, ale zjawisko można spotkać zarówno w małych i lekkich modelach (np. Syma X5), jak i dużych z silnikami bezszczotkowymi (DJI Phantom). Istotne jest to, że dodanie gazu (rozpędzenie śmigieł) w tej sytuacji NIE POMAGA! To, co należy zrobić to jak najszybciej poruszyć kopter również w poziomie z użyciem prawego manipulatora (Mode 2 – gaz po lewej). Schodząc pod kątem unikamy powstawania ruchów wirowych wokół płatu śmigła i jesteśmy w stanie utrzymać siłę nośną oraz pełną kontrolę nad modelem.

Część producentów, którzy produkują koptery z barometrem, celowo ograniczają prędkość opadania, ponieważ znają dokładnie parametry sprzętu, który sprzedają i są w stanie do pewnego stopnia uchronić nieświadomych użytkowników przed tym niespodziewanym zjawiskiem. W przypadku modelu z ręczną kontrolą przepustnicy (gazu) to my odpowiadamy za tempo opadania zmieniając prędkość obrotową śmigieł. Niezależnie jednak od sprzętu jakim latamy, VRS może się pojawić i jeśli zobaczmy, że kopter porusza się w dół szybciej niż chcieliśmy albo traci stabilność (kołysze się szybko na boki) to niezwłocznie powinniśmy pchnąć prawy drążek, aby kopter zaczął się przemieszczać także wzdłuż ziemi, a nie tylko w pionie. Tym sposobem szybko odzyskamy pełną kontrolę nad maszyną.

Zainteresowanych tematem odsyłam do artykułu poniżej, jak również do wyszukiwarki, w której pod hasłami „Vortex Ring State” oraz „Stan pierścienia wirowego” znajdziecie więcej informacji.

Artykuł: http://ilot.edu.pl/prace_ilot/public/PDF/spis_zeszytow/201_2009/05.%20Grzegoczyk%20K..pdf

Bezpiecznych lotów!

P.S. Autor bloga zakupił prawa korzystania z ikony quadrocoptera z tej strony:https://thenounproject.com/search/?q=drone%20icon&i=1177288
Twórca ikony: Adrian Coquet

  • Roddy

    Po teorii, w sobotę przyszedł czas na praktykę 😉
    Korzystając z hmmm… niezłej pogody postanowiłem sobie w plenerze polatać trochę moim maluchem X800, tak żeby żeby odruchy nie zanikały. Maluch ten ma niestety jedną bolączkę, jaką jest niewielka w stosunku do masy siła ciągu, zwłaszcza pod koniec baterii gdy napięcie przysiada, no i czasami po gwałtowniejszych manewrach zaczyna tracić wysokość.
    Czasami zaczynał się przy tym telepać w charakterystyczny sposób, ale nie zawsze, więc uważałem, że umiem rozpoznać VRS. Do tej pory próbowałem się ratować ustawiając go w pozycji horyzontalnej i gaz na maksimum. Wczoraj postanowiłem sprawdzić teorię i ustawiałem gaz na maksimum jak poprzednio, ale pchając przy tym prawy manipulator lekko do przodu. I faktycznie, było lepiej, nawet w sytuacjach, których nie uważałbym wcześniej za VRS. Nie jakoś rewolucyjnie, po prostu nieco lepiej, ale i tak rzadziej musiałem go szukać w trawie 😉

  • Roddy

    Nie chciałbym polemizować z artykułem naukowym, ale kiedyś interesowałem się tym zagadnieniem pod kątem badania katastrof lotniczych i zapamiętałem to trochę inaczej.
    Otóż wiry indukowane tworzą się zawsze tam, gdzie coś wytwarza siłę nośną. Zarówno w helikopterach i multikopterach, jak i w samolotach. Wprawdzie samolot zostawia te turbulencje za sobą, ale narażone są inne statki powietrzne, które lecą za nimi. Dlatego np. kontrola ruchu lotniczego za większymi samolotami musi utrzymywać większy odstęp.
    Wiry indukowane przemieszczają się z określoną prędkością ku ziemi i w przypadku helikoptera lub wielowirnikowca, zniżając się pionowo może on po prostu w nie wlecieć. No i wtedy właśnie śmigłowiec osiąga opisany „stan pierścienia wirowego”.

    • Bardzo się cieszę, że napisałeś polemikę, bo to pomaga nam się rozwijać. Nie czuję się ekspertem w tym temacie. Skupiłem się na schodzeniu kątowym, ale chciałem pokazać tło dlaczego tak należy robić, a nie tylko sucho napisać: „bo tak”. Twoje wyjaśnienie jak najbardziej ma sens i pewnie jesteś bliżej prawdy, niż ja. Skoryguję wpis o uzyskane od Ciebie informacje i dzięki serdeczne, że się tym podzieliłeś!