Jaká je maximální výška letu vrtulníku? To je velmi častý dotaz, se kterým se setkáváme na leteckých dnech s veřejností. Pro nalezení odpovědi je třeba definovat faktory, které mají vliv na maximální výšku letu vrtulníku.

 Vrtulník, ze své podstaty, letí díky vztlaku, který je vytvářen rotujícími lopatkami nosného rotoru. Pro roztočení rotoru je zapotřebí motorů, které udržují (dostatečné) konstantní,otáčky rotoru a tím vytváří vztlakovou sílu na listech rotoru a tedy i tah rotoru…Zjednodušeně pro let vrtulníku je tedy zapotřebí rotor, jehož rotující listy vůči vzduchu vytváří vztlak, a silných motorů, které udržují jeho konstantní otáčky. Pro definování maximální výšky pro let vrtulníku má tedy zásadní vliv výkon pohonné jednotky a jeho výšková charakteristika. 

Trochu teorie…

Ve vrtulnících se používají buď pístové nebo turbo-hřídelové motory. Oba dva typy motorů mají ten problém, že jejich výkon se s rostoucí výškou letu zmenšuje. U motorů TV3-117, které jsou ve vrtulnících Mi-17, udává následující tabulka přibližný výkon, který je motor schopen vyvinout v dané výšce. 

Výkony motoru TV3-117MT při vzletovém režimu
VÝŠKA [m.n.m] výkon výkon vyjádřený v %
u hladiny moře 1900 kW 100%
1000 m  1740 kW 90%
2000 m 1570 kW 82%
3000 m 1430 kW 75%
4000 m 1300 kW 68%
5000 m 1150 kW 61%

Proč se výkon motoru snižuje? Jedním z nejvýznamnějších vlivů má tlak vzduchu a množství kyslíku v atmosféře. Se zvyšující se výškou letu se tlak vzduchu snižuje, a zároveň se snižuje i výkon motoru. Je to pro to, že motor potřebuje pro spalování paliva ve spalovací komoře kyslík. Se zvyšující se výškou letu je kyslíku v atmosféře méně a do spalovací komory se jej dostává menší množství. Účinnost spalování paliva ve spalovací komoře tak klesá. Z následující tabulky lze vyčíst, že ve výšce 5 km je tlak vzduchu přibližně poloviční.

Tlak vzduchu v atmosféře v závislosti na výšce
VÝŠKA [m.n.m] Tlak atm. v hPA Poměr tlaku vyjádřený v %
u hladiny moře 1013 hPa 100%
1000 m  899 hPa 88%
2000 m 795 hPa 78%
3000 m 700 hPa 69%
4000 m 616 hPa 61%
5000 m 540 hPa 53%

Následující obrázek ukazuje průběh využitelného výkonu, který je schopen turbo-hřídelový motor TV3-117VM dodávat v závislosti na výšce letu. 

Další Obrázek ukazuje obecné výkonové charakteritiky pro různé druhy motorů užívané u vrtulníků…Obecně lze tedy konstatovat, že s letovou výškou výkon vrtulníkových motorů klesá. Průběh výkonu vrtulníkových motorů je pro konkrétní motory specifický. Existují modifikované výškové motory, kde je s použitím různých technologií a moderních materiálů dosaženo výborných charakteristik i ve větších výškách. Jedním z nich je i motor Klimov TV3-117VM, který má AČR ve vrtulnících Mi-171š. Výborných charakteristik dosahuje třeba motor VK-2500 montovaný do vrtulníků Kamov KA-32, Ka-50. 

no images were found

Výkon, který je motor schopen dodat na udržení otáček rotoru pro let je často označován jako VYUŽITELNÝ VÝKON. Aby však vrtulník mohl letět, musí tento využitelný výkon být větší než POTŘEBNÝ VÝKON(Charakteristika udávající výkon potřebný pro ustálený let). Následující obrázek ukazuje obecný průběh potřebného výkonu pro let(osa Y) v závislosti na rychlosti letu(osa X). Zároveň je patrné, že čím větší výška letu, tím větší je potřebný výkon pro ustálený let. 

Proč se s letovou výškou zvyšuje POTŘEBNÝ VÝKON pro ustálený let? Důvodem je opět snižování tlaku vzduchu. Čím větší výška, tím větší je potřeba úhel nastavení listů nosného rotoru, aby byl zachován dostatečný tah nosného rotoru. V důsledku toho roste indukovaný a profilový odpor nosného rotoru a jeho listů a tím i potřebný výkon na překonání tohoto odporu.

Křivka potřebného výkonu je ovlivňována několika faktory: 

  • Hmotnost vrtulníku – čím větší hmotnost vrtulníku, tím větší je potřebný výkon
  • Teplota vzduchu – čím větší teplota okolního vzduchu, tím řidší je vzduch a tím větší je potřebný výkon
  • Vítr – v režimu kolmého obtékání a v režimu přechodu z kolmého obtékání má vítr(směr i rychlost) podstatný vliv na potřebný výkon
  • Námraza – námraza zvyšuje hmotnost vrtulníku a narušuje aerodynamické charakteristiky profilu listu rotoru a odpor trupu

Pokud spojíme křivku potřebného a využitelného výkonu, můžeme snadno odvodit PŘEBYTEK VÝKONU (využitelný výkon – potřebný výkon), který má vrtulník pro ustálený let. Pokud se vrtulník dostane do výšky, ve které je přebytek výkonu rovný nule, tedy využitelný výkon a potřebný jsou stejné, nachází se vrtulník ve výšce maximálního dostupu. Následující grafy popisují výkonové křivky (POTŘEBNÝ VÝKON vs. VYUŽITELNÝ VÝKON) ve výšce 2000m a ve výšce dostupu vrtulníku 5000 m.

Statický dostup

Statický dostup je charakteristika vrtulníku, která popisuje, jak vysoko je vrtulník schopen viset. Pokud se podíváme na předchozí graf, můžeme konstatovat, že pro let na výšce maximálního dostupu musí mít vrtulník dopřednou rychlost. Ve výšce maximálního dostupu nemůže viset, protože výkon potřebný pro visení, je mnohem větší než výkon potřebný pro vis. Následující graf ukazuje výkonové charakteristiky vrtulníku na výšce statického dostupu. Při rychlosti 0 km/h je výkon potřebný stejný jako výkon využitelný. Vrtulník se nachází v maximální výšce, ve které je schopen viset. Pokud by se chtěl pilot dostat do větší výšky pro let, musí mít dopřednou rychlost, při které má stále přebytek výkon (rozdíl mezi výkonem využitelným a potřebným)

Reálné charakteristiky vrtulníků

V tabulce jsou uvedeny vrtulníky a jejich dostupy. Dynamický dostup (praktický) je definován jako maximální výška, ve které má vrtulník stoupavost 0,5m/s. Je tedy nižší než maximální dostup.

Vrtulník Statický dostup

Hovering ceiling

Dynamický dostup

Service ceiling

Mil Mi-17 1800 m 4800 m
MilMi-171Š 4000 m 6000 m
R-44 Raven II 2700 m 4300 m
Mil Mi-24 1700 m 4500 m
Mil Mi-4 2000 m 5500 m
EC-135T1 2500 m 4000 m

Jak vysoko tedy vrtulník létá?

Vrtulníky zpravidla nelétají ve velkých nadmořských výškách. Je to dáno mnoho dalšími faktory. Jak již bylo zmíněno, s výškou klesá tlak vzduchu a ve výšce nad 3000 m piloti musí dýchat čistý kyslík, aby na ně nepůsobila hypoxie. Letadla, která létají ve velkých výškách jsou přetlakována, u vrtulníku je přetlakování dost nepraktické. Jedny z mála přetlakovaných vrtulníků jsou Mil Mi-26 nebo VTOL AW609

Vrtulníky jsou tedy častěji využívány při přízemních letech, v horských oblastech do výšky 3000 m. 

 

 

 

Leave a comment

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *