Autorotacija – tai savaiminis rotoriaus, kurį apipučia oro srautas, sukimasis, esant teigiamiems menčių pastatymo kampams.

Rotorius – tai besisukanti malūnsparnio keliamosios jėgos sudarymo sistema. Ją sudaro ašis, stebulė ir mentys.

Rotoriaus sukimosi plokštuma – tai skritulio formos įsivaizduojama plokštuma, kurią brėžia besisukančios mentys. (Pav.1)

Rotoriaus atakos kampas (i) – tai kampas tarp rotoriaus sukimosi plokštumos ir rotorių apipičiančio oro srauto krypties. (Pav.1)

Pav.1

 

Mentės pastatymo kampas (β)  - tai kampas tarp rotoriaus sukimosi plokštumos ir mentės profilio stygos. Šis kampas nekinta skrydžio metu. (Pav.2)

Mentės atakos kampas (α) – tai kampas tarp mentės profilio stygos  ir mentį apipučiančio oro srauto krypties. Jis kinta skrydžio metu (priklausomai nuo rotoriaus sūkių, skridimo greičio ir žemėjimo greičio) (Pav.2).

 

 

Pav.2

 

Parašiutavimas

 

Lengviausiai įsivaizduojamas autorotacijos rėžimas kai autorotuojantis rotorius parašiutuoja (t.y. kai rotoriaus atakos kampas i = 90⁰). Tokiu atveju mentės nedaro mosto ir visuose rotoriaus disko padėtyse brėžia vienodą trajektoriją. Tarkime, kad nagrinėjamas mentės skerspjūvis, nutolęs nuo rotoriaus ašies spinduliu (r). Suminis šį skerspjūvį aptekančio oro srauto greitis (W) susideda iš trijų komponentų: linijinio greičio (vr), vertikalaus žemėjimo greičio (V₀) ir induktyvinio greičio (v_i). Suminis greitis (W) su mentės profilio styga sudaro atakos kampą (a) (3 Pav.).

 

3 Pav.

 Mentės skerspjūvio sukuriamos keliamosios jėgos (Y) vektorius statmenas greičio (W) vektoriui, o pasipriešinimo jėgos (X) vektoriaus kryptis sutampa su greičio (W) vektoriaus kryptimi. Bendroji aerodinaminė jėga (R) yra keliamosios ir pasipriešinimo jėgų suma (4 Pav.).

 

4 Pav.

Bendrosios aerodinaminės jėgos (R) kryptis priklauso nuo mentės aerodinaminės kokybės.

(5 Pav.) Taigi, kampo tarp keliamosios jėgos (Y) ir bendrosios aerodinaminės jėgos (R) tangentas yra lygus atvirkščiai aerodinaminei kokybei:

 

Jei rotorius žemėja vertikaliai ir jo menčiu pastatymo kampas (b), tai kampas (x) tarp bendrosios aerodinaminės jėgos ir statmens rotoriaus sukimosi plokštumai bus lygus:

Jei jėga (R) pakrypusi į priekį (pagal apskritiminio greičio kryptį) (5 Pav.), tai:

 

    

 

Tokiu atveju atsiranda bendrosios aerodinaminės jėgos atstojamoji, kuri greitina rotoriaus sukimąsį.       

O jeigu bendroji aerodinaminė jėga (R) pakrypusi atgal (prieš apskritiminio greičio kryptį) (5 Pav.), tai:

 

     

 

Tuomet atsiranda bendrosios aerodinaminės jėgos atstojamoji, kuri lėtina (stabdo) rotoriaus sukimąsį. Jėgos (R) vektorius gali sutapti su rotoriaus sukimosi ašimi, tada:

 

  

 

Jei tenkinama ši sąlyga tai rotorius sukasi stabiliosios autorotacijos režimu (t.y. išlaiko pastovų kampinį greitį)

5 Pav.

Mentės atakos  kampų (a), kuriems esant vyksta saugi autorotacija (prie konkretaus pastatymo kampo (b)), diapazonai vadinami autorotacijos atsarga. Saugi autorotacija – rotoriaus “gebėjimas” palaikyti stabiliosios autorotacijos režimą. T.y. jei rotoriaus sūkiai dėl kokios nors priežasties padidėja ar sumažėja atsiranda jėgos atitinkamai lėtinančios arba greitinančios sukimąsi iki kol bus tenkinama sąlyga:

 

 

Tačiau ne visi galimi menčių atakos ir pastatymo kampai užtikrina saugią autorotaciją. Taigi autorotacijos atsarga – labai svarbus rotoriaus parametras, įtakojantis malūnsparnio saugumą. 6 Pav. pavaizduota profiliui G-429 nubraižyta autorotacijos kreivė. Taškas a₁ – stabiliosios autorotacijos taškas. Taškas a_k –autorotacijos nulinės atsargos taškas. Jame autorotacijos atsarga lygi nuliui. Kuo didesnė kreivės dalis lieka nuo taško a₁ iki taško a_k , tuo didesnė autorotacijos atsargą.

6 Pav.

Tarkime, kad rotorius sukasi stabiliosios autorotacijos režimu ir dėl kokios nors priežasties sūkiai padidėja. To pasekoje padidėja kiekvieno mentės pjūvio apskritiminis greitis ir sumažėja mentės atakos kampas (a). 7 Pav. pavaizduota kaip keičiasi atakos kampas padidėjus linijiniam mentės greičiui (vr). Kampas (a₁) – mentės atakos kampas esant stabiliąjai autorotacijai, kampas (a₂) – tai mentės atakos kampas po linijinio greičio padidėjimo. Taigi a₁>a₂ .

7 Pav.

 Iš 6 Pav. matome, kad sumažėjus atakos kampui mažėja ir kampo (a-arctg m_K) reikšmė t.y. mažėja ir kampas (x) 

(5 Pav.). Tuo pačiu mažėja ir bendrosios aerodinaminės jėgos atstojamoji, verčianti rotorių suktis. Viso to pasekoje rotoriaus apsisukimai sumažėja iki buvusio prieš pagreitėjimą dydžio.

Analogišką situaciją turime ir tuo atveju, jei rotoriui sukantis stabiliosios autorotacijos režimu dėl kokios nors priežasties rotoriaus sūkiai sumažėtų. Sumažėjus apsisukimams padidėja atakos kampas ir pagal kreivę (6 Pav.) matome, kad tokiu atveju padidėja (a-arctg m_K )  t.y. didėja ir kampas (x). Dėl to didėja ir bendrosios aerodinaminės jėgos atstojamoji, verčianti rotorių suktis. Rotoriaus apsisukimai padidėja tiek, kad rotorius vėl suktusi stabiliosios autorotacijos režimu.

Tačiau jei pastatymo kampas (b) bus toks didelis, jog autorotacija vyks taške (a_k) tai atsitiktinio rotoriaus sūkių padidėjimo atveju viskas vyks taip, kaip jau aprašyta ankščiau. Bet jei dėl kokių nors priežasčių apsisukimai sumažėtų tai padidėjęs atakos kampas sukeltų kampo (x) sumažėjimą ir rotoriaus sūkiai dar labiau mažėtų iki visiško sustojimo.

Taigi akivaizdžiai matosi, kad autorotacijos atsargai įtakos turi mentės profilis ir pastatymo kampas (b). Kiekvieno profilio autorotacijos kreivės geometrija kitokia. Didinant pastatymo kampą (b) autorotacijos atsarga mažėja. Pastatymo kampo didinimas duoda rotoriaus keliamosios jėgos padidėjimą, tačiau mažina malūnsparnio saugumą!