od Academic Kids
vrtulník je letadlo, které je zvedáno a poháněno jedním nebo více velkými horizontálními rotory (vrtulemi). Vrtulníky jsou klasifikovány jako letadla s rotačními křídly, aby se odlišily od konvenčních letadel s pevnými křídly. Slovo vrtulník je odvozeno z řeckých slov helix (spirála) a pteron (křídlo). Motorový vrtulník vynalezl Slovenský vynálezce Jan Bahyl. První stabilní, plně ovladatelný vrtulník umístěný ve výrobě vynalezl Igor Sikorsky.
Robinson Helicopter Company (USA) R44, čtyřmístný vývoj R22.
ve srovnání s konvenčními letadly s pevnými křídly jsou vrtulníky mnohem složitější, dražší na nákup a provoz, relativně pomalé, mají špatný dosah a omezené užitečné zatížení. Kompenzační výhodou je manévrovatelnost: vrtulníky se mohou vznášet na místě, vzlétnout a především vzlétnout a přistát svisle. S výhradou pouze tankování zařízení a zatížení / omezení nadmořské výšky, vrtulník může cestovat do libovolného místa, a přistát kdekoliv s zúčtování rotoru disku a půl v průměru.
obsah
aplikace
vrtulníky mají mnoho použití, vojenské i civilní, včetně přepravy vojsk, podpory pěchoty, hašení požáru, lodních operací (http://www.tropicaled.com/helicopter2.htm), obchodní dopravy, evakuace obětí (včetně MEDEVACU a letecké / námořní / horské záchrany), policejní a civilní dohled, přeprava zboží (některé vrtulníky mohou nést zavěšené náklady, pojmout nešikovně tvarované předměty), nebo jako držák pro statické, filmové nebo televizní kamery.
historie
od roku 400
první poněkud praktickou myšlenku vrtulníku s lidskou nosností poprvé vymyslel Leonardo da Vinci v 15. století, ale skutečné modely byly vyrobeny až po vynálezu poháněného letounu ve 20. století. Vývojáři jako Jan Bahyl,, Louis Breguet, Paul Cornu, Juan de la Cierva, Emile Berliner, Ogneslav Kostovic Stepanovic a Igor Sikorsky propagovali tento typ letadla. Let prvního plně ovladatelného vrtulníku byl demonstrován Ra?teras de Pescara 1916 v Buenos Aires, Argentina. Bell 47 navržený Arthurem Youngem byl prvním vrtulníkem, který byl licencován (v březnu 1946)pro použití ve Spojených státech.
generování zdvihu
konvenční letadlo je schopno létat, protože dopředný pohyb jeho šikmých křídel nutí vzduch dolů a vytváří opačnou reakci zvanou výtah, která nutí křídla nahoru. Vrtulník používá přesně stejnou metodu, kromě toho, že místo pohybu celého letadla se pohybují pouze křídla samotná. Rotor vrtulníku lze jednoduše považovat za rotující křídla.
osmičlenný fenestron Eurocopter EC120B.
otáčení rotoru generuje zdvih, ale také působí na vozidlo zpětnou silou, která by roztočila vrtulník v opačném směru než rotor. Při nízkých rychlostech je nejběžnějším způsobem, jak působit proti tomuto točivému momentu, menší vertikální vrtule namontovaná na zadní straně letadla zvaná ocasní rotor. Tento rotor vytváří tah, který je v opačném směru od točivého momentu generovaného hlavním rotorem. Když je tah z ocasního rotoru dostatečný pro zrušení točivého momentu z hlavního rotoru, vrtulník se nebude otáčet kolem hřídele hlavního rotoru.
pokud je ocasní rotor zahalen (tj. ventilátor zabudovaný ve svislém ocasu), nazývá se fenestron. Rotor fenestron používá k otáčení ventilátoru systém poháněný řemenem a je méně účinný, ale méně hlučný než tradiční ocasní rotor. Ostatní vrtulníky používají design „Notar“: vyfukují vzduch dlouhou štěrbinou podél ocasního ramene a využívají efekt coanda k výrobě sil pro potlačení točivého momentu. Notar je zkratka znamenající Žádný ocasní rotor. Notáři upravují tah otevřením a zavřením posuvného kruhového krytu poblíž konce ocasního ramene.
další alternativou, která šetří hmotnost ocasního ramene a rotoru, ale přidává své vlastní složitosti, je použití dvou velkých vodorovných rotorů, které se otáčejí v opačných směrech. Příkladem je Boeing CH-47 Chinook nebo Kamov Ka-50. Všechny tyto systémy jsou navrženy pro stejný účel: k vytvoření čisté rychlosti otáčení nula.
množství energie potřebné k zabránění otáčení vrtulníku je významné. Ocasní rotor může využívat až 30% výkonu motoru a tato síla nepomáhá vrtulníku vytvářet zdvih nebo pohyb vpřed. Chcete-li snížit tento odpad během plavby, tailfin je nakloněn k vytvoření bočního zdvihu, který pomáhá čelit točivému momentu hlavního rotoru. Při vysokých rychlostech je běžné, že tailfin působí proti celému točivému momentu, čímž ponechává k dispozici více energie pro let vpřed. Toto je běžně známé jako slip-streaming a může se vyskytnout, když se vznášíte ve větrných dnech, což ztěžuje vznášení.
řízení letu
užitečný let vyžaduje, aby letadlo bylo řízeno ve všech třech rozměrech (viz dynamika letu). V letadle s pevným křídlem je to snadné: malé pohyblivé plochy jsou nastaveny tak, aby změnily tvar letadla tak, aby vzduch, který prochází kolem, ho tlačil v požadovaném směru. V helikoptéře však často není dostatek rychlosti, aby byla tato metoda praktická.
pro otáčení kolem svislé osy (zatáčení) se používá systém proti kroutícímu momentu. Změna rozteče ocasního rotoru mění vzniklý boční tah. Dvourotorové vrtulníky mají rozdíl mezi dvěma rotorovými převodovkami, které lze nastavit elektrickým nebo hydraulickým motorem pro přenos diferenciálního točivého momentu a tím otočit vrtulník. Ovládací prvky Yaw jsou obvykle ovládány pedály proti kroutícímu momentu, na podlaze na stejném místě jako pedály kormidla letadla s pevným křídlem.
pro stoupání (naklánění dopředu a dozadu) nebo převrácení (naklánění do strany) je úhel náběhu hlavních lopatek rotoru během otáčení změněn nebo cyklován, čímž vzniká rozdíl zdvihu v různých bodech rotačního křídla. Větší zdvih v zadní části rotačního křídla způsobí, že se letadlo nakloní dopředu, zvýšení vlevo způsobí převrácení doprava a tak dále.
vrtulníky manévrují se třemi ovládacími prvky letu kromě pedálů. Ovládací páka kolektivního stoupání řídí kolektivní rozteč nebo úhel náběhu lopatek vrtulníku společně, to znamená rovnoměrně v celé 360 stupňové rovině otáčení systému hlavního rotoru. Když se zvýší úhel náběhu, čepel vytvoří větší zdvih. Kolektivní ovládání je obvykle páka na levé straně pilota, blízko jeho nohy. Zvýšení kolektivu a přidání síly pomocí škrticí klapky způsobí, že vrtulník vzroste.
škrticí klapka řídí absolutní výkon produkovaný motorem, který je připojen k rotoru převodovkou. Ovládání škrticí klapky je otočná rukojeť na kolektivním řízení. Řízení otáček je rozhodující pro správnou funkci z několika důvodů. Rotory vrtulníků jsou navrženy tak, aby fungovaly při určitých otáčkách za minutu. Pokud jsou otáčky příliš nízké, může dojít k rychlému sestupu s výkonem, známý jako usazování s výkonem. Pokud jsou otáčky příliš vysoké, může dojít k poškození hlavního náboje rotoru nadměrnými silami. Obecně musí být otáčky udržovány v těsné toleranci, obvykle několik procent. V mnoha vrtulnících poháněných písty musí pilot řídit otáčky motoru a rotoru. Pilot manipuluje s škrticí klapkou, aby udržoval otáčky rotoru, a proto reguluje účinek tažení na rotorový systém. Vrtulníky s turbínovým motorem, a některé pístové vrtulníky, používají smyčku servo-zpětné vazby ve svých ovládacích prvcích motoru k udržení otáček rotoru a zbavuje pilota rutinní odpovědnosti za tento úkol.
cyklický mění rozteč lopatek cyklicky, což způsobuje, že se zdvih mění napříč rovinou rotorového kotouče. Takto pilot způsobí, že se letadlo nakloní a vrtulník se bude pohybovat. Cyklický je obvykle ovládán hůlkou před pilotem.
jak se vrtulník pohybuje vpřed, lopatky rotoru se na jedné straně pohybují rychlostí špičky rotoru plus rychlostí letadla a nazývá se postupující čepel. Když se čepel otáčí na druhou stranu vrtulníku, pohybuje se rychlostí špičky rotoru minus rychlost letadla a nazývá se ustupující čepel. Pro kompenzaci přidaného zdvihu na postupující čepeli a sníženého zdvihu na ustupující čepeli-zdvih je funkcí úhlu náběhu křídla a jeho relativní rychlosti-úhel náběhu lopatek je regulován geometrií řídicího systému lopatek rotoru a mechanismy, které umožňují lopatkám klapat nahoru a dolů. Tato skutečnost postupujících a ustupujících lopatek definuje rychlostní omezení vrtulníku.
pokud je úhel náběhu jakéhokoli křídla, včetně lopatek rotoru, příliš vysoký, proudění vzduchu nad křídlem se oddělí, což způsobí okamžitou ztrátu zdvihu a zvýšení odporu. Tento stav se nazývá aerodynamický stánek. Na vrtulníku se to může stát jakýmkoli ze tří způsobů.
- jak se rychlost vrtulníku zvyšuje, postupující lopatky se přibližují rychlosti zvuku a vytvářejí rázové vlny, které narušují proudění vzduchu nad lopatkou a způsobují ztrátu zdvihu.
- jak se rychlost vrtulníku zvyšuje, ustupující čepel zažívá nižší relativní vzdušné rychlosti a ovládací prvky kompenzují vyšší úhel náběhu. S dostatečně nízkou relativní rychlostí a dostatečně vysokým úhlem útoku je aerodynamické zastavení nevyhnutelné. Tomu se říká ustupující stání čepele.
- jakýkoli letový stav s nízkými otáčkami rotoru doprovázený rostoucí aplikací kolektivního stoupání způsobí aerodynamické zastavení.
vrtulníky jsou poháněny letadly, ale mohou stále létat bez energie pomocí hybnosti v rotorech a pomocí pohybu dolů k vynucení vzduchu rotory. Rotory fungují jako „Větrný mlýn“ a otáčejí se. Tato technika je známá jako autorotace, a dá posádce vrtulníku několik vzácných sekund, aby rychle našla místo přistání, pokud jeho motor selže.
Ex-military Westland Scout AH.1 (XV134), nyní v občanském rejstříku Spojeného království.
vrtulníky jsou vždy navrženy tak, že i když motory selžou, autorotace pohání ocasní rotor nebo diferenciál točivého momentu. Vrtulníky zachovat všechny řízení letu, když bez napájení.
velmi zvláštním rysem cyklického je to, že zdvih je proveden tak, aby nastal 90 stupňů otáčení před směrem náklonu. Je to proto, že když se člověk pokusí naklonit rotující objekt (jako rotor), pohybuje se v pravém úhlu ke směru síly. Tomu se říká „gyroskopická precese“. Řídicí síly na rotoru se tedy před požadovaným pohybem otáčejí o 90 stupňů. Například dopředný pohyb vyžaduje menší zdvih v přední části disku a větší zdvih v zadní části disku, takže pilot tlačí cyklický pohyb dopředu. Řídící vazby vrtulníku otáčejí síly stoupání o 90 stupňů dozadu proti rotoru rotace, tlačit na stranách rotoru, spíše než jeho přední a zadní.
trvalo vynálezcům mnoho let, než rozpoznali precesi a naučili se, jak uspořádat cyklický řídicí systém, aby jej překonal.
omezení letu rotačním křídlem
jediným nejzřetelnějším omezením vrtulníku je jeho pomalá rychlost. Dosavadní rekord je kolem 400 km/h, který stanovil rys Westland. Existuje několik důvodů, proč vrtulník nemůže létat tak rychle jako letadlo s pevným křídlem.
- když je vrtulník v klidu, vnější špičky rotoru se pohybují rychlostí určenou délkou lopatky a otáčkami za minutu. V pohybujícím se vrtulníku však rychlost lopatek vzhledem ke vzduchu závisí na rychlosti vrtulníku a na jejich rychlosti otáčení. Rychlost otáčení lopatky rotoru vpřed je mnohem vyšší než rychlost samotného vrtulníku. Je možné, že tato čepel překročí rychlost zvuku, a tím způsobí výrazně zvýšený odpor a vibrace. Teoreticky je možné mít spirálovité rotory, v zásadě podobné křídlům s proměnnou roztečí, které by mohly překročit rychlost zvuku, ale žádné V současné době známé materiály nejsou dostatečně lehké, dostatečně silné a dostatečně flexibilní, aby je mohly konstruovat.
- většina rotorů není tuhá. Protože postupující čepel má vyšší rychlost vzduchu než ustupující čepel, dokonale tuhá čepel by generovala větší zdvih na této straně a převrátila Letadlo. V důsledku toho jsou lopatky rotoru konstruovány tak, aby“ klapaly “ – zvedaly a kroutily tak, že postupující čepel klapala nahoru a vyvinula menší úhel náběhu, čímž vzniklo menší zdvih než tuhá čepel. Naopak, ustupující čepel klapky dolů, vyvíjí vyšší úhel útoku, a generuje větší zdvih. Při vysokých rychlostech je síla na rotorech taková ,že nadměrně“ klapají“ a ustupující čepel může dosáhnout příliš vysokého úhlu a zastavit se. V některých provedeních je náboj tuhý. Čepele jsou vyrobeny z kompozitů, které se mohou ohýbat bez zlomení. Plně tuhé rotory existují a vytvářejí velmi citlivé vrtulníky. Ve většině takových konstrukcí se výtah mění cyklicky a podle rychlosti vrtulníku. Nastavení se provádí buď nastavením úhlu náběhu lopatek, nebo vakuovými zařízeními poháněnými motorem, která nasávají vzduch do lopatek a nastavují zdvih.
vrtulník Westland Belvedere twin rotor měl velké nákladní dveře a vnější zvedák a byl používán jako personální / výsadková doprava,evakuace obětí a pro zvedání velkých nákladů. Belvedere měl výrobní provoz pouze 26 a v roce 1961 šel do služby RAF.
- rotorhead design je limitujícím faktorem pro mnoho vrtulníků. Nízké nebo negativní-g situace, které se vyskytují v polotuhém systému, budou mít za následek mávání čepele dolů, dokud nenarazí na ocasní výložník nebo jinou konstrukci draku letadla, následované oddělením rotoru a katastrofickým dopadem do terénu.
- vrtulníky jsou náchylné k potenciálně katastrofálním efektům vírových prstenců. V nich vítr dolů z rotoru způsobuje, že se kolem rotoru vytvoří kruhový vír. Pokud je tento prsten rozšířen terénem, vítr, déšť, nebo mořský sprej, vrtulník může ztratit dostatek výtahu, aby se usadil s výkonem a dopadl na zem.
během závěrečných let 20. století začali konstruktéři pracovat na snižování hluku vrtulníků. Městské komunity často vyjádřily velkou nechuť k hlučným letadlům a policejní a osobní vrtulníky mohou být nepopulární. Přepracování následovalo po uzavření některých městských heliportů a vládních opatřeních k omezení letových cest v národních parcích a dalších místech přírodních krás.
vrtulníky vibrují. Neupravený vrtulník může snadno vibrovat natolik, že se sám otřese. Pro snížení vibrací mají všechny vrtulníky nastavení výšky a stoupání rotoru. Většina z nich má také tlumiče vibrací pro výšku a výšku. Někteří také používají mechanické zpětnovazební systémy k snímání a potlačení vibrací. Systém zpětné vazby obvykle používá hmotu jako „stabilní referenci“ a vazba z hmoty ovládá klapku pro nastavení úhlu náběhu rotoru, aby čelila vibracím. Nastavení je částečně obtížné, protože měření vibrací je těžké. Nejběžnějším systémem měření nastavení je použití stroboskopické zábleskové lampy a pozorování lakovaných značek nebo barevných reflektorů na spodní straně lopatek rotoru. Tradiční low-tech systém je namontovat barevné křídy na špičky rotoru, a uvidíte, jak se označit prostěradlo.
přistání
na lodi
helikoptéra je helikoptéra na palubě lodi, obvykle umístěná na zádi a vždy bez překážek, které by se ukázaly jako nebezpečné pro přistání vrtulníku. V americkém námořnictvu se běžně a správně označuje jako letová paluba. Přistání na lodi u některých vrtulníků je podporováno, i když použití tažného zařízení, které zahrnuje připojení kabelu k sondě na dně letadla před přistáním. Napětí je udržováno na kabelu při sestupu vrtulníku, což pomáhá pilotovi s přesným umístěním letadla na palubě; jednou na palubě uzamykací paprsky blízko sondy, uzamčení letadla na letové palubě. Toto zařízení bylo průkopníkem Královského kanadského námořnictva a bylo nazýváno „Beartrap“. USA. Navy implementace tohoto zařízení, založené na Beartrap, se nazývá systém“ RAST “ (pro Recovery Assist, Secure a Traverse) a je nedílnou součástí zbraňového systému LAMPS MK III (SH-60B).
nebezpečí letu vrtulníkem
stejně jako u každého pohybujícího se vozidla může provoz mimo bezpečné režimy vést ke ztrátě kontroly, strukturálnímu poškození nebo úmrtí. U vrtulníků jsou nebezpečí obzvláště akutní, protože létají v relativně nízké nadmořské výšce, s malým časem na reakci na náhlou událost. Následuje seznam některých potenciálních rizik:
- ustupující stánek čepele
- usazování se silou
- zemní rezonance
- nízký stav G
- provoz ve stínované oblasti diagramu výškové rychlosti
každá z těchto podmínek je potenciálně fatální a zotavení nemusí být možné. Z tohoto důvodu vyžaduje dobrá pilotáž provoz v bezpečných letových režimech a vyhýbání se nebezpečným podmínkám za každou cenu.
modely a identifikace vrtulníků
vrtulník Kamov Ka-50 s kontra-rotujícími koaxiálními rotory.
při identifikaci konvenčních vrtulníků během letu je užitečné vědět, že při pohledu zespodu se rotor francouzského, ruského, Sovětského nebo ukrajinského vrtulníku otáčí proti směru hodinových ručiček, zatímco rotor vrtulníku postaveného v Itálii, Velké Británii nebo USA se otáčí ve směru hodinových ručiček (viz seznam modelů vrtulníků).
některé společnosti, zejména Schweizer v USA, vyvíjejí dálkově řízené varianty lehkých vrtulníků pro použití na budoucích bojištích.
hybridní typy, které kombinují vlastnosti vrtulníků a konstrukce pevných křídel, zahrnují experimentální Fairey Rotodyne z roku 1950 a Bell Boeing Osprey, který je na objednávku americké námořní pěchoty a je prvním sériově vyráběným letadlem s naklápěcím rotorem, které vstoupilo do služby.
vrtulník by neměl být zaměňován za autogyro, což je historický předchůdce vrtulníku, který získává výtah z bezmotorového rotoru.
některé běžné Přezdívky pro vrtulníky jsou „helikoptéra“, „chopper“, „whirlybird“, „helo“ (běžné u. s. Navy usage) nebo „parafín andulka“ (druhý termín se většinou používá v britském offshore ropném průmyslu).
- šablona: US patent : „Letadla, zejména letadla typu obojživelníka s přímým zdvihem a prostředky konstrukce a provozu stejné“
- historie vrtulníků (http://centennialofflight.com/history/helicopter.html)
- stránka obsahující obrázek čínského létajícího vrcholu (http://www.aerospaceweb.org/design/helicopter/history.shtml)
- vývoj vrtulníků na počátku 20. století (http://www.centennialofflight.gov/essay/Rotary/early_20th_century/HE2.htm)
- popis vrtulníku (http://www.centennialofflight.gov/essay/Dictionary/helicopter/DI27.htm)
seznamy letadel / výrobců letadel / leteckých motorů / výrobců leteckých motorů
letiště / letecké společnosti / letecké síly / letecké zbraně / rakety / Časová osa letectví