При этом концы лопастей тянут за собой небольшой воздушный вихрь. Обычно это почти не мешает.
Статью можно прослушать
Как работает вихревое кольцо — внезапная опасность для вертолетов
Во время операции «Копье Нептуна» по уничтожению Усамы бен Ладена американские военные потеряли новейший вертолет-невидимку MH-60 Black Hawk. Причиной его крушения стало удивительное физическое явление, из-за которого подъемная сила на винте может внезапно исчезнуть, и он камнем полетит вниз.
Johnny Comstedt — Store Norske Leksikon | CC4.0
В нормальном режиме крутящиеся лопасти винта отбрасывают поток воздуха вниз. Эта реактивная тяга удерживает вертолет в воздухе.
Но иногда нормальное течение потока нарушается. Лопасти винта работают в очень разных режимах: при этом меняется угол атаки, лопасти под динамическими нагрузками изгибаются и скручиваются.
Допустим, вертолет резко тормозит или быстро снижается. При этом винт погружается в собственную реактивную струю, лопасти засасывают уже закрученный воздух, постепенно закручивая воздух все сильнее. В конце концов, характер потока меняется: он образует вихрь в форме кольца — тороидальный вихрь или вихревое кольцо. Реактивный момент при этом резком сокращается, и винт теряет подъемную силу.
Как защищают вертолеты
Конструкторы вертолетов знают об этой опасности и предусматривают способы защиты от нее. Несущий и управляющий винты вновь разрабатываемых вертолетов подвергают аэродинамическим испытаниям в разных условиях и просчитывают их аэродинамику на компьютерных моделях в разных режимах. В винты серийных вертолетов встроены датчики, задача которых — поймать пограничный момент, когда возникает угроза формирования вихря, чтобы пилоты успели среагировать.
Поэтому крушения происходят редко — считается, что лишь 1% крушений винтокрылых машин вызваны этим явлением, — хотя полностью их избежать пока не получается.
Воронки на воде, торнадо и гриб взрыва — это тоже примеры вихревых колец.
Эффект Ранка-Хилша
Тороидальный вихрь может не только вредить, но и приносить пользу. В металлообработке он используется для охлаждения режущих кромок инструмента. Такой охладитель использует так называемые «трубки Ранка-Хилша»: возникающий в них вихрь разделяется на две части: газ у стенок нагревается, а газ на оси трубки, наоборот, сильно охлаждается.