A simulation model for computing the loads generated at landing site during helicopter take-off or landing operation

• Autorzy: Stanisławski Jarosław

Identyfikatory

DOI

10-2478/tar-2019-0010

Warianty tytułu

PL

Symulacyjny model do wyznaczania obciążeń powierzchni lądowiska w trakcie startu lub lądowania śmigłowca

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents simulation method and results of calculations determining behavior of helicopter and landing site loads which are generated during phase of the helicopter take-off and landing. For helicopter with whirling rotor standing on ground or touching it, the loads of landing gear depend on the parameters of helicopter movement, occurrence of wind gusts and control of pitch angle of the rotor blades . The considered model of helicopter consists of the fuselage and main transmission treated as rigid bodies connected with elastic elements. The fuselage is supported by landing gear modeled by units of spring and damping elements. The rotor blades are modeled as elastic axes with sets of lumped masses of blade segments distributed along them. The Runge-Kutta method was used to solve the equations of motion of the helicopter model. According to the Galerkin method, it was assumed that the parameters of the elastic blade motion can be treated as a combination of its bending and torsion eigen modes. For calculations, data of a hypothetical light helicopter were applied. Simulation results were presented for the cases of landing helicopter touching ground with different vertical speed and for phase of take-off including influence of rotor speed changes, wind gust and control of blade pitch. The simulation method may help to define the limits of helicopter safe operation on the landing surfaces.

PL

W pracy przedstawiono metodę symulacyjną wyznaczania obciążeń lądowiska generowanych przez podwozie śmigłowca w fazie startu lub lądowania. Przy wirującym wirniku wielkość obciążenia podwozia śmigłowca może zmieniać się w zależności od parametrów ruchu śmigłowca w momencie zetknięcia podwozia z podłożem, sterowaniem kątem nastawienia łopat, wystąpieniem podmuchów. Rozważany model fizyczny śmigłowca składa się z kadłuba i przekładni głównej traktowanych jako ciała sztywne połączone elementami sprężystymi. Kadłub podparty jest na podwoziu modelowanym przez układ elementów sprężystych i tłumiących. Łopaty wirnika nośnego zastąpiono osiami elastycznymi z rozmieszczonymi wzdłuż nich masami skupionymi segmentów łopat. Do rozwiązania równań ruchu modelu śmigłowca zastosowano metodę Runge-Kutta. Zgodnie z metodą Galerkina przyjęto, że parametry ruchu odkształcalnych łopat można traktować jako złożenie uwzględnianych giętnych i skrętnych postaci własnych. Do obliczeń symulacyjnych wykorzystano dane hypotetycznego śmigłowca lekkiego. Przedstawiono symulacyjne wyniki dotyczące zachowania się śmigłowca w trakcie zetknięcia się z podłożem oraz dotyczące zmian obciążeń wirnika i podwozia przy wystąpieniu podmuchów lub wprowadzeniu sterowaniu skokiem łopat wirnika nośnego. Metoda symulacyjna może być przydatna przy określeniu granic bezpiecznej eksploatacji śmigłowca.

Słowa kluczowe

EN

helicopter; landing site; landing gear loads

PL

śmigłowiec; lądowisko; obciążenia podwozia

• Wydawca: Wydawnictwa Naukowe Sieci Badawczej Łukasiewicz - Instytutu Lotnictwa
• Czasopismo: Transactions on Aerospace Research
• Rocznik: 2019
• Tom: Nr 2 (255)
• Strony: 65--81
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., wykr., wzory

Twórcy

autor

Stanisławski Jarosław

• Institute of Aviation, Al. Krakowska 110/114, 02-256 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] https://www.rega.ch/en/about-us/history/1946-1959.aspx, access: 19.10.18.
• [2] http://www.samolotypolskie.pl/samoloty/2707/126/SM-12, access: 19.10.18.
• [3] Heliport Manual, 1995, Doc 9261-AN/903, ICAO publication.
• [4] Smith R. D., 1994, “Safe Heliports Through Design and Planning. A Summary of FAA Research and Development”, Report FAA No. DOT/FAA/93/17, Washington.
• [5] FAA, 2012, Advisory Circular AC 150/5390-2C, Heliport Design.
• [6] Wojewódzki B., Gulańczyk K., Muzolf P., 2015, “Koncepcja lądowiska dla śmigłowca lotniczego pogotowia ratunkowego” (Eng.: ”The concept of landing fields for medical air rescue helicopters”), Logistyka-Nauka, No. 4 , pp. 6793-6804, (published in electronic format on CD 2), Poznań.
• [7] Wąchalski K., 2016, “Ocena uwarunkowań konstrukcyjnych wyniesionych lądowisk dla helikopterów na budynkach szpitalnych realizowanych obecnie w Polsce”, (Eng.: “Assessment of the current construction conditions for elevated helipad on hospital buildings in Poland”), Transactions of the Institute of Aviation, No. 3(244), pp. 189-201, Warsaw.
• [8] Civil Aviation Authority, 2016, Standards for helicopter landings areas at hospitals, CAP 12643, Gatwick Airport South, West Sussex.
• [9] Dziubiński A., 2016, “CFD analysis of wind direction influence on rooftop helipad operations safety”, Transactions of the Institute of Aviation, No. 1(242), pp. 23-35.
• [10] Dziubiński A., 2016, “CFD analysis of rotor wake influence on rooftop helipad operations safety”, Transactions of the Institute of Aviation, No. 1(242), pp. 7-22.
• [11] Cieślak S., 2018, „Ocena oddziaływania wirnika nośnego śmigłowca na otoczenie” (Eng.:”Evaluation of helicopter main rotor influence on environment”), XIII Krajowe Forum Wiropłatowe, Warsaw, Poland, 29 June.
• [12] Ruchała P., Stryczniewicz W., Zalewski W., Krysztofiak G., Dziubiński A., Wojtas M., Szumański K., 2018, „Eksperymentalne i numeryczne metody badań niestacjonarnego oddziaływania strumienia podwirnikowego na płytę lądowiska” (Eng.: „Experimental and numerical investigation methods of rotor unsteady downwash influence on helipad Surface”), XIII Krajowe Forum Wiropłatowe, Warsaw, Poland, 29 June.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).