elicopter

de la copii academice

un elicopter este un avion care este ridicat și propulsat de unul sau mai multe rotoare orizontale mari (elice). Elicopterele sunt clasificate ca aeronave cu aripă rotativă pentru a le distinge de aeronavele convenționale cu aripă fixă. Cuvântul elicopter este derivat din cuvintele grecești helix (spirală) și pteron (aripă). Elicopterul cu motor a fost inventat de inventatorul slovac Jan Bahyl. Primul elicopter stabil, complet controlabil, plasat în producție a fost inventat de Igor Sikorsky.

în comparație cu aeronavele convenționale cu aripi fixe, elicopterele sunt mult mai complexe, mai scumpe de cumpărat și de operat, relativ lente, au o rază de acțiune slabă și o sarcină utilă limitată. Avantajul compensator este manevrabilitatea: elicopterele se pot deplasa în poziție, invers și, mai presus de toate, pot decola și ateriza vertical. Sub rezerva facilităților de realimentare și limitărilor de sarcină / altitudine, un elicopter poate călători în orice locație și poate ateriza oriunde cu o degajare a unui disc rotor și jumătate în diametru.

cuprins

Aplicații

elicopterele au multe utilizări, atât militare, cât și civile, inclusiv transportul trupelor, sprijinul infanteriei, stingerea incendiilor, Operațiunile de la bordul navei (http://www.tropicaled.com/helicopter2.htm), transportul de afaceri, evacuarea victimelor (inclusiv MEDEVAC și salvarea aeriană/maritimă/montană), poliția și supravegherea civilă, transportul mărfurilor (unele elicoptere pot transporta încărcături aruncate, găzduind obiecte în formă penibilă) sau ca suport pentru camere de filmat, de film sau de televiziune.

Istorie

de când în jurul anului 400 î.hr. chinezii aveau un vârf zburător care era folosit ca jucărie pentru copii. De altfel, fraților Wright li s-a dat această jucărie în copilărie și au fost foarte fascinați de ea. Această jucărie a ajuns în cele din urmă în Europa prin comerț și a fost descrisă într-o pictură din 1463. „Pao Phu Tau” a fost al 4-lea AD carte în China, care a descris unele dintre ideile într-un avion cu aripi rotative.

prima idee oarecum practică a unui elicopter care transporta oameni a fost concepută pentru prima dată de Leonardo da Vinci în secolul al 15-lea, dar abia după inventarea avionului cu motor în secolul 20 au fost produse modele reale. Dezvoltatori precum Jan Bahyl, Louis Breguet, Paul Cornu, Juan de la Cierva, Emile Berliner, Ogneslav Kostovic Stepanovic și Igor Sikorsky au fost pionierii acestui tip de aeronavă. Un zbor al primului elicopter complet controlabil a fost demonstrat de Ra?teras de Pescara 1916 în Buenos Aires, Argentina. Bell 47 proiectat de Arthur Young a fost primul elicopter care a fost autorizat (în martie 1946) pentru utilizare în Statele Unite.

generatoare de ridicare

o aeronavă convențională este capabilă să zboare deoarece mișcarea înainte a aripilor sale înclinate forțează aerul în jos, creând o reacție opusă numită ridicare care forțează aripile în sus. Un elicopter folosește exact aceeași metodă, cu excepția faptului că, în loc să miște întreaga aeronavă, doar aripile în sine sunt mutate. Rotorul elicopterului poate fi pur și simplu privit ca aripi rotative.

rotirea rotorului generează ridicare, dar aplică și o forță inversă vehiculului, care ar roti elicopterul în direcția opusă rotorului. La viteze mici, cel mai comun mod de a contracara acest cuplu este de a avea o elice verticală mai mică montată în partea din spate a aeronavei numită rotor de coadă. Acest rotor creează împingere care este în direcția opusă cuplului generat de rotorul principal. Atunci când forța de tracțiune de la rotorul coada este suficientă pentru a anula cuplul fromt rotorul principal, elicopterul nu se va roti în jurul arborelui rotorului principal.

dacă rotorul cozii este învăluit (adică un ventilator încorporat în coada verticală) se numește fenestron. Un rotor fenestron folosește un sistem acționat cu curea pentru a roti ventilatorul și este mai puțin eficient, dar mai puțin zgomotos decât un rotor tradițional de coadă. Alte elicoptere folosesc un design „Notar” : suflă aer printr-un slot lung de-a lungul brațului cozii, folosind efectul Coandă pentru a produce forțe pentru a contracara cuplul. Notar este un acronim care înseamnă fără rotor de coadă. Notarii reglează tracțiunea prin deschiderea și închiderea unui capac circular glisant aproape de capătul brațului cozii.

o altă alternativă, care economisește greutatea unui braț de coadă și a unui rotor, dar adaugă propriile complexități, este utilizarea a două rotoare orizontale mari care se rotesc în direcții opuse. Un exemplu este Boeing CH-47 Chinook sau Kamov Ka-50. Toate aceste sisteme sunt proiectate în același scop: pentru a produce o viteză de rotație netă de zero.

cantitatea de energie necesară pentru a preveni rotirea unui elicopter este semnificativă. Un rotor de coadă poate utiliza până la 30% din puterea motorului, iar această putere nu ajută elicopterul să producă ridicare sau mișcare înainte. Pentru a reduce aceste deșeuri în timpul croazierei, coada este înclinată pentru a produce o ridicare laterală care ajută la contracararea cuplului principal al rotorului. La viteze mari, este obișnuit ca coada să contracareze întregul cuplu, lăsând astfel mai multă putere disponibilă pentru zborul înainte. Acest lucru este cunoscut sub numele de slip-streaming și poate apărea în timp ce se află într-o mișcare în zilele cu vânt, ceea ce face dificilă deplasarea.

controlul zborului

zborul util necesită ca o aeronavă să fie controlată în toate cele trei dimensiuni (a se vedea dinamica zborului). Într-o aeronavă cu aripă fixă, acest lucru este ușor: suprafețele mobile mici sunt ajustate pentru a schimba forma aeronavei, astfel încât aerul care trece prin trecut să o împingă în direcția dorită. Cu toate acestea, într-un elicopter, de multe ori nu există suficientă viteză pentru ca această metodă să fie practică.

pentru rotația în jurul axei verticale (girație) se utilizează sistemul anti-cuplu. Variația pasului rotorului cozii modifică forța laterală produsă. Elicopterele cu dublu rotor au un diferențial între cele două transmisii ale rotorului care pot fi reglate de un motor electric sau hidraulic pentru a transmite cuplul diferențial și, astfel, a roti elicopterul. Comenzile de girație sunt de obicei operate cu pedale anti-cuplu, pe podea în același loc cu pedalele cârmei unei aeronave cu aripă fixă.

pentru pitch (înclinare înainte și înapoi) sau roll (înclinare laterală) unghiul de atac al palelor rotorului principal este modificat sau ciclat în timpul rotației creând un diferențial de ridicare în diferite puncte ale aripii rotative. Mai multă ridicare în partea din spate a aripii rotative va determina aeronava să avanseze înainte, o creștere în stânga va provoca o rulare spre dreapta și așa mai departe.

elicopterele manevrează cu trei comenzi de zbor pe lângă pedale. Maneta de control al pasului colectiv controlează pasul colectiv sau unghiul de atac al paletelor elicopterului împreună, adică în mod egal pe tot parcursul planului de rotație de 360 de grade al sistemului rotor principal. Când unghiul de atac este crescut, lama produce mai multă ridicare. Controlul colectiv este de obicei o pârghie în partea stângă a pilotului, lângă picior. Creșterea colectivului și adăugarea puterii cu accelerația determină creșterea unui elicopter.

clapeta de accelerație controlează puterea absolută produsă de motorul care este conectat la rotor printr-o transmisie. Controlul clapetei de accelerație este o prindere de răsucire a controlului colectiv. Controlul RPM este esențial pentru funcționarea corectă din mai multe motive. Rotoarele elicopterului sunt proiectate să funcționeze la un anumit RPM. Dacă turația este prea mică, ar putea rezulta o coborâre rapidă cu putere, cunoscută sub numele de decantare cu putere. Dacă turația este prea mare, ar putea rezulta deteriorarea butucului rotorului principal din cauza forțelor excesive. În general, RPM trebuie menținut într-o toleranță strânsă, de obicei câteva procente. În multe elicoptere cu piston, pilotul trebuie să gestioneze turația motorului și a rotorului. Pilotul manipulează accelerația pentru a menține RPM-ul rotorului și, prin urmare, reglează efectul tracțiunii asupra sistemului rotorului. Elicopterele cu motor cu turbină și unele elicoptere cu piston folosesc bucla servo-feedback în comenzile motorului pentru a menține RPM-ul rotorului și scutește pilotul de responsabilitatea de rutină pentru această sarcină.

ciclicul modifică pasul lamelor ciclic, determinând ridicarea să varieze în planul discului rotorului. Acesta este modul în care pilotul face ca aeronava să se încline, iar elicopterul să se miște. Ciclicul este de obicei controlat de bastonul din fața pilotului.

pe măsură ce un elicopter avansează, palele rotorului se deplasează pe o parte la viteza vârfului rotorului plus viteza aeronavei și se numește lama de avansare. Pe măsură ce lama se leagă de cealaltă parte a elicopterului, se mișcă la viteza vârfului rotorului minus viteza aeronavei și se numește lama retrasă. Pentru a compensa ridicarea adăugată a lamei în avans și ridicarea scăzută a lamei în retragere— ridicarea fiind o funcție a unghiului de atac al unei aripi și a vitezei sale relative a aerului— unghiul de atac al lamelor este reglat de geometria sistemului de control al lamei rotorului și de mecanismele care permit lamelor să clapeze în sus și în jos. Acest fapt de avansare și retragere a lamelor definește limitările de viteză ale elicopterului.

dacă unghiul de atac al oricărei aripi, inclusiv paletele rotorului, este prea mare, fluxul de aer deasupra aripii se separă provocând pierderea instantanee a ridicării și creșterea rezistenței. Această condiție se numește stand aerodinamic. Pe un elicopter, acest lucru se poate întâmpla în oricare dintre cele trei moduri.

1. pe măsură ce viteza elicopterului crește, lamele care avansează se apropie de viteza sunetului și generează unde de șoc care perturbă fluxul de aer peste lamă, provocând pierderea ascensorului.
2. pe măsură ce viteza elicopterului crește, lama de retragere are viteze relative mai mici, iar comenzile compensează cu un unghi de atac mai mare. Cu o viteză relativă relativ scăzută și un unghi de atac suficient de ridicat, oprirea aerodinamică este inevitabilă. Aceasta se numește retragere lama stand.
3. orice stare de zbor cu turație redusă a rotorului, însoțită de creșterea aplicării pasului colectiv, va provoca un blocaj aerodinamic.

elicopterele sunt aeronave cu motor, dar pot zbura fără putere folosind impulsul din rotoare și folosind mișcarea descendentă pentru a forța aerul prin rotoare. Rotoarele acționează ca o „moară de vânt” și se întorc. Această tehnică este cunoscută sub numele de autorotare și va oferi echipajului elicopterului câteva secunde prețioase pentru a găsi rapid un loc de aterizare dacă motorul său eșuează.

elicopterele sunt întotdeauna proiectate astfel încât, chiar dacă motoarele eșuează, autorotarea va alimenta rotorul cozii sau diferențialul de cuplu. Elicopterele păstrează toate comenzile de zbor atunci când nu sunt alimentate.

o caracteristică foarte ciudată a ciclicului este că ridicarea este făcută să apară cu 90 de grade de rotație înainte de direcția de înclinare. Acest lucru se datorează faptului că atunci când cineva încearcă să încline un obiect care se rotește (ca un rotor), acesta se mișcă în unghi drept față de direcția forței. Aceasta se numește „precesie giroscopică”. Astfel, forțele de control de pe rotor sunt rotite cu 90 de grade înainte de mișcarea dorită. De exemplu, mișcarea înainte necesită o ridicare mai mică în partea din față a discului și o ridicare mai mare în partea din spate a discului, astfel încât pilotul împinge ciclicul înainte. Legăturile de control ale elicopterului rotesc forțele de pitching cu 90 de grade înapoi împotriva rotorului, pentru a împinge pe părțile laterale ale rotorului, mai degrabă decât pe față și pe spate.

inventatorilor le-au trebuit mulți ani să recunoască precesiunea și să învețe cum să aranjeze sistemul de control al ciclicului pentru a o depăși.

limitările zborului cu aripă rotativă

cea mai evidentă limitare a elicopterului este viteza lentă. Recordul actual este de aproximativ 400 km/h stabilit de Westland Lynx. Există mai multe motive pentru care un elicopter nu poate zbura la fel de repede ca un avion cu aripă fixă.

• când elicopterul este în repaus, vârfurile exterioare ale rotorului se deplasează la o viteză determinată de lungimea lamei și de RPM. Cu toate acestea, într-un elicopter în mișcare, viteza lamelor în raport cu aerul depinde de viteza elicopterului, precum și de viteza lor de rotație. Viteza aeriană a lamei rotorului înainte este mult mai mare decât cea a elicopterului în sine. Este posibil ca această lamă să depășească viteza sunetului și, astfel, să producă o rezistență și vibrații mult mai mari. Teoretic este posibil să existe rotoare în spirală, similare în principiu cu aripile măturate cu pas variabil, care ar putea depăși viteza sunetului, dar niciun material cunoscut în prezent nu este suficient de ușor, suficient de puternic și suficient de flexibil pentru a le construi.
• majoritatea rotoarelor nu sunt rigide. Deoarece lama care avansează are o viteză mai mare decât lama care se retrage, o lamă perfect rigidă ar genera mai multă ridicare pe acea parte și ar răsturna aeronava. În consecință, palele rotorului sunt concepute pentru a” clapa ” – ridica și răsuci în așa fel încât lama care avansează să se ridice și să dezvolte un unghi de atac mai mic, producând astfel o ridicare mai mică decât ar face-o o lamă rigidă. În schimb, lama în retragere flapsează în jos, dezvoltă un unghi de atac mai mare și generează mai multă ridicare. La viteze mari, forța pe rotoare este de așa natură încât acestea „flap” excesiv, iar lama retrasă poate atinge un unghi prea mare și se poate opri. În unele modele, butucul este rigid. Lamele sunt realizate din compozite care se pot îndoi fără a se rupe. Rotoarele complet rigide există și creează elicoptere foarte receptive. În majoritatea acestor modele, ascensorul este variat ciclic și în funcție de viteza elicopterului. Reglarea se face fie prin reglarea unghiului de atac al lamelor, fie prin dispozitive de vid alimentate de motor care aspiră aer în lame, reglând ascensorul.

• Design Rotorhead este un factor limitativ pe multe elicoptere. Situațiile scăzute sau negative-g întâlnite într-un sistem semi-rigid vor duce la căderea lamei până când atinge brațul cozii sau altă structură a corpului aeronavei, urmată de separarea rotorului și impactul catastrofal al terenului.

• elicopterele sunt susceptibile la efecte potențial dezastruoase ale inelului vortex. În acestea, vântul descendent de la rotor determină formarea unui vortex circular în jurul rotorului. Dacă acest inel este mărit de teren, vânt, ploaie sau spray de mare, elicopterul poate pierde suficientă ridicare pentru a se așeza cu putere și a lovi pământul.

în ultimii ani ai secolului 20, designerii au început să lucreze la reducerea zgomotului elicopterului. Comunitățile urbane și-au exprimat adesea o mare antipatie față de aeronavele zgomotoase, iar elicopterele de poliție și pasageri pot fi nepopulare. Reproiectarea a urmat închiderii unor heliporturi ale orașului și acțiunii guvernamentale de constrângere a căilor de zbor în parcurile naționale și în alte locuri de frumusețe naturală.

elicopterele vibrează. Un elicopter neajustat poate vibra cu ușurință atât de mult încât se va agita. Pentru a reduce vibrațiile, toate elicopterele au reglaje ale rotorului pentru înălțime și pas. Majoritatea au, de asemenea, amortizoare de vibrații pentru înălțime și pas. Unii folosesc, de asemenea, sisteme de feedback mecanic pentru a simți și contracara vibrațiile. De obicei, sistemul de feedback folosește o masă ca „referință stabilă” și o legătură din masă operează o clapetă pentru a regla unghiul de atac al rotorului pentru a contracara vibrațiile. Reglarea este dificilă în parte, deoarece măsurarea vibrațiilor este dificilă. Cel mai obișnuit sistem de măsurare a reglării este utilizarea unei lămpi cu bliț stroboscopic și observarea marcajelor vopsite sau a reflectoarelor colorate pe partea inferioară a paletelor rotorului. Sistemul tradițional low-tech este de a monta cretă colorată pe vârfurile rotorului și de a vedea cum marchează o foaie de in.

aterizare

pe o navă

o punte helo este un pad elicopter pe puntea unei nave, de obicei, situat pe pupa și întotdeauna clar de obstacole care s-ar dovedi periculoase pentru o aterizare elicopter. În Marina SUA este denumit în mod obișnuit și corect puntea de zbor. Aterizarea la bordul navei pentru unele elicoptere este asistată prin utilizarea unui dispozitiv de lansare care implică atașarea unui cablu la o sondă de pe fundul aeronavei înainte de aterizare. Tensiunea este menținută pe cablu pe măsură ce elicopterul coboară, ceea ce ajută pilotul cu poziționarea exactă a aeronavei pe punte; o dată pe punte, grinzile de blocare se închid pe sondă, blocând aeronava pe puntea de zbor. Acest dispozitiv a fost pionierat de Marina Regală Canadiană și a fost numit „Beartrap”. SUA. Implementarea navală a acestui dispozitiv, bazată pe Beartrap, se numește sistemul „RAST” (pentru Recovery Assist, Secure și Traverse) și face parte integrantă din sistemul de arme LAMPS Mk III (SH-60B).

pericole de zbor cu elicopterul

ca și în cazul oricărui vehicul în mișcare, operarea în afara regimurilor de siguranță ar putea duce la pierderea controlului, daune structurale sau decese. Pentru elicoptere, pericolele sunt deosebit de acute, deoarece zboară la o altitudine relativ mică, cu puțin timp pentru a reacționa la un eveniment brusc. Următoarea este o listă a unora dintre pericolele potențiale:

• suport de lamă retractabil
• reglaj cu putere
• rezonanță la sol
• stare Low-G
• funcționare în zona umbrită a diagramei înălțime-viteză

fiecare dintre aceste condiții este potențial fatală și este posibil ca recuperarea să nu fie posibilă. Din acest motiv, un bun pilotaj necesită operarea în regimuri de zbor sigure și evitarea condițiilor periculoase cu orice preț.

modele de elicoptere și identificare

în identificarea elicopterelor convenționale în timpul zborului, este util să știm că, atunci când este privit de jos, rotorul unui elicopter proiectat francez, rus, sovietic sau ucrainean se rotește în sens invers acelor de ceasornic, în timp ce cel al unui elicopter construit în Italia, Marea Britanie sau SUA se rotește în sensul acelor de ceasornic (vezi lista modelelor de elicoptere).

unele companii, în special Schweizer din SUA, dezvoltă variante controlate de la distanță de elicoptere ușoare pentru a fi utilizate pe viitoarele câmpuri de luptă.

tipurile hibride care combină caracteristicile elicopterelor și design-urile cu aripi fixe includ Fairey rotodyne experimental din anii 1950 și Bell Boeing Osprey, care este la comandă de US Marine Corps și este primul avion cu rotor înclinat produs în masă care a intrat în serviciu.

un elicopter nu trebuie confundat cu un autogyro, care este un predecesor istoric al elicopterului care câștigă ridicare de la un rotor neacoperit.

unele Porecle comune pentru elicoptere sunt „copter”, „chopper”, „whirlybird”, „helo” (comună SUA. Navy usage) sau „parafină budgie” (ultimul termen fiind folosit mai ales în industria petrolieră offshore din Marea Britanie).

• șablon: brevet SUA : „Aeronave, în special aeronave de tip amfibian cu ridicare directă și mijloace de construcție și care operează la fel”
• istoria elicopterelor (http://centennialofflight.com/history/helicopter.html)
• pagina care conține o imagine a unui top zburător Chinezesc (http://www.aerospaceweb.org/design/helicopter/history.shtml)
• dezvoltarea elicopterului la începutul secolului 20(http://www.centennialofflight.gov/essay/Rotary/early_20th_century/HE2.htm)
• descrierea unui elicopter (http://www.centennialofflight.gov/essay/Dictionary/helicopter/DI27.htm)

liste de aeronave / producătorii de aeronave / motoare de aeronave / producătorii de motoare de aeronave

aeroporturi | companii aeriene | Forțele Aeriene | arme de aeronave | rachete / cronologia aviației