Helicopter

from Academic Kids

helikopteri on ilma-alus, jota nostetaan ja liikutetaan yhdellä tai useammalla suurella vaakasuoralla roottorilla (potkureilla). Helikopterit luokitellaan pyöriväsiipisiksi lentokoneiksi, jotta ne erottuisivat tavanomaisista kiinteäsiipisistä lentokoneista. Sana helikopteri on johdettu kreikan sanoista helix (spiraali) ja pteron (siipi). Moottorikäyttöisen helikopterin keksi slovakialainen keksijä Jan Bahyl. Ensimmäisen tuotantoon sijoitetun vakaan, täysin ohjattavan helikopterin keksi Igor Sikorsky.

verrattuna perinteisiin kiinteäsiipisiin lentokoneisiin helikopterit ovat paljon monimutkaisempia, kalliimpia ostaa ja käyttää, suhteellisen hitaita, niiden kantama on huono ja hyötykuorma rajoitettu. Kompensoivana etuna on ohjattavuus: helikopterit voivat leijua paikallaan, peruuttaa ja ennen kaikkea nousta ilmaan ja laskeutua pystysuoraan. Ainoastaan tankkaustilojen ja kuormitus – /korkeusrajoitusten vallitessa helikopteri voi matkustaa mihin tahansa paikkaan ja laskeutua minne tahansa, jossa on halkaisijaltaan puolentoista roottorin levy.

sisältö

Sovellukset

helikoptereilla on monia käyttötarkoituksia, sekä sotilas-että siviilikäytössä, mukaan lukien joukkojen kuljetus, jalkaväen tuki, palontorjunta, laivojen toiminta (http://www.tropicaled.com/helicopter2.htm), liikekuljetukset, onnettomuuksien evakuointi (mukaan lukien LÄÄKINTÄHELIKOPTERIT ja ilma – /meri – /Vuoristopelastus), poliisi-ja siviilivalvonta, tavaroiden kuljettaminen (jotkin helikopterit voivat kuljettaa linkokuormia, joihin mahtuu hankalasti muotoiltuja esineitä) tai teline still -, filmi-tai televisiokameroille.

historia

noin 400 eaa lähtien kiinalaisilla oli lentävä toppi, jota käytettiin lasten leluna. Muuten, Wright veljekset saivat tämän lelun lapsena ja olivat hyvin kiehtoi se. Tämä lelu päätyi lopulta kaupan kautta Eurooppaan, ja se on kuvattu vuonna 1463 tehdyssä maalauksessa. ”Pao Phu Tau” oli 4th century AD book Kiinassa, joka kuvaili joitakin ideoita pyörivä siipi ilma.

ensimmäisen jokseenkin käytännöllisen ajatuksen ihmistä kuljettavasta helikopterista keksi Leonardo da Vinci 1400-luvulla, mutta varsinaiset mallit saatiin vasta moottoroidun lentokoneen keksimisen jälkeen 1900-luvulla. Kehittäjät kuten Jan Bahyl,, Louis Breguet, Paul Cornu, Juan de la Cierva, Emile Berliner, Ogneslav Kostovic Stepanovic ja Igor Sikorsky edelläkävijä tämän tyyppinen ilma. Ensimmäisen täysin ohjattavan helikopterin lento oli RA: n näyttämä?teras de Pescara 1916 Buenos Airesissa Argentiinassa. Arthur Youngin suunnittelema Bell 47 oli ensimmäinen helikopteri, joka lisensoitiin (maaliskuussa 1946) käytettäväksi Yhdysvalloissa.

nostovoima

tavanomainen lentokone pystyy lentämään, koska sen kulmikkaiden siipien eteenpäin suuntautuva liike pakottaa ilmaa alaspäin, jolloin syntyy vastakkainen kohotus, joka pakottaa Siivet ylöspäin. Helikopteri käyttää täsmälleen samaa menetelmää, paitsi että koko lentokoneen siirtämisen sijaan siirretään vain itse siipiä. Helikopterin roottoria voidaan yksinkertaisesti pitää pyörivinä siipinä.

Roottorin kääntäminen synnyttää nostovoimaa, mutta se kohdistaa ajoneuvoon myös kääntövoiman, joka pyörittäisi helikopteria vastakkaiseen suuntaan roottoriin nähden. Alhaisilla nopeuksilla yleisin tapa tämän vääntömomentin vastapainoksi on lentokoneen takaosaan asennettu pienempi pystysuora potkuri, jota kutsutaan pyrstöroottoriksi. Tämä roottori luo työntövoiman, joka on vastakkaiseen suuntaan kuin pääroottorin tuottama vääntömomentti. Kun pyrstöroottorin työntövoima riittää kumoamaan pääroottorista tulevan vääntömomentin, helikopteri ei pyöri pääroottorin akselin ympäri.

jos Pyrstöroottori on verhottu (eli pystypyrstöön upotettu tuuletin), sitä kutsutaan fenestroniksi. Fenestron-roottori käyttää hihnakäyttöistä järjestelmää Tuulettimen kääntämiseen ja on vähemmän tehokas, mutta vähemmän meluisa kuin perinteinen Pyrstöroottori. Muissa helikoptereissa on” Notar ” – malli: ne puhaltavat ilmaa pitkässä raossa pyrstöpuomia pitkin käyttäen coanda-efektiä tuottaakseen voimia vääntömomentin vastapainoksi. Notar on lyhenne, joka tarkoittaa ilman pyrstöroottoria. Notaarit säätävät työntövoimaa avaamalla ja sulkemalla liukuvan pyöreän kannen lähellä pyrstöpuomin päätä.

toinen vaihtoehto, joka säästää pyrstöpuomin ja roottorin painoa mutta lisää omia monimutkaisuuksiaan, on käyttää kahta suurta vaakasuoraa roottoria, jotka kääntyvät vastakkaisiin suuntiin. Esimerkkinä on Boeing CH-47 Chinook tai Kamov Ka-50. Kaikki nämä järjestelmät on suunniteltu samaan tarkoitukseen: tuottaa nettokierrosnopeus nolla.

helikopterin pyörimisen estämiseen tarvittava tehomäärä on merkittävä. Pyrstöroottori voi käyttää jopa 30% moottorin tehosta, eikä tämä teho auta helikopteria tuottamaan nostetta tai eteenpäin suuntautuvaa liikettä. Tämän jätteen vähentämiseksi risteilyn aikana pyrstötie on taivutettu tuottamaan sivuttaisnosto, joka auttaa kumoamaan pääroottorin vääntömomentin. Suurilla nopeuksilla on tavallista, että pyrstöfiini kumoaa koko vääntömomentin, jolloin eteenpäin lentämiseen jää enemmän tehoa. Tämä on yleisesti tunnettu slip-streaming ja voi tapahtua, kun hover tuulisina päivinä tekee leijuu muuttuu vaikeaksi.

lennon ohjaaminen

Hyötylento edellyttää, että ilma-alusta ohjataan kaikissa kolmessa ulottuvuudessa (katso lennon dynamiikka). Kiinteäsiipisessä lentokoneessa tämä on helppoa: pieniä liikuteltavia pintoja säädetään muuttamaan lentokoneen muotoa niin, että ohi syöksyvä ilma työntää sitä haluttuun suuntaan. Helikopterissa ei kuitenkaan usein ole tarpeeksi ilmanopeutta, jotta tämä menetelmä olisi käytännöllinen.

pystyakselin ympäri pyörimisessä (yaw) käytetään vääntömomenttijärjestelmää. Pyrstöroottorin korkeuden vaihtelu muuttaa tuotettua sivuttaistyöntöä. Kaksiroottorisissa helikoptereissa on kahden roottorin välitysten välinen tasauspyörästö, jota voidaan säätää sähkö-tai hydraulimoottorilla välittämään tasauspyörästön vääntömomenttia ja siten kääntää helikopteria. Yaw-ohjaimia käytetään yleensä vääntömomentin vastaisilla polkimilla, lattialla samassa paikassa kiinteäsiipisen lentokoneen peräsinpolkimien kanssa.

nousukiidossa (kallistuksessa eteen ja taakse) tai rullauksessa (kallistuksessa sivuttain) pääroottorin lapojen kohtauskulmaa muutetaan tai kierretään pyörimisen aikana aiheuttaen nostoeron pyörivän Siiven eri kohtiin. Suurempi nosto pyörivän Siiven takaosassa saa koneen nousemaan eteenpäin, nousu vasemmalla aiheuttaa rullauksen oikealle ja niin edelleen.

helikopterit liikkuvat polkimien lisäksi kolmella lennonohjaimella. Kollektiivinen äänenkorkeudensäätövipu ohjaa helikopterin lapojen kollektiivista sävelkorkeutta eli kohtauskulmaa yhdessä, eli tasaisesti koko pääroottorijärjestelmän 360 asteen pyörimistason ajan. Kun kohtauskulmaa kasvatetaan, terä tuottaa enemmän nostetta. Kollektiivinen ohjaus on yleensä vipu ohjaajan vasemmalla puolella, lähellä hänen jalkaansa. Kollektiivin kasvattaminen ja tehon lisääminen kaasulla saa helikopterin nousemaan.

kaasuläppä ohjaa vaihteistolla roottoriin kytketyn Moottorin tuottamaa absoluuttista tehoa. Kaasuläppä on kierrepito kollektiivisesta ohjauksesta. RPM ohjaus on kriittinen asianmukaisen toiminnan useista syistä. Helikopterin roottorit on suunniteltu toimimaan tietyllä kierrosluvulla. Jos RPM on liian alhainen, nopea laskeutuminen voimalla, joka tunnetaan asettumista voimalla voi johtaa. Jos kierrosluku on liian korkea, seurauksena voi olla pääroottorin navan vaurioituminen liiallisista voimista. Yleensä kierrosluku on pidettävä tiukassa toleranssissa, yleensä muutamissa prosenteissa. Monissa mäntäkäyttöisissä helikoptereissa ohjaajan on hallittava Moottorin ja roottorin kierrosluku. Ohjaaja manipuloi kaasua roottorin kierrosluvun ylläpitämiseksi ja säätelee siten ilmanvastuksen vaikutusta roottorijärjestelmään. Turbiinimoottoriset helikopterit ja jotkin mäntähelikopterit käyttävät servo-takaisinkytkentäsilmukkaa Moottorin ohjaimissa roottorin kierrosluvun ylläpitämiseksi ja vapauttavat ohjaajan rutiinivastuusta tässä tehtävässä.

syklinen muuttaa terien sävelkorkeutta syklisesti, jolloin noste vaihtelee roottorilevyn tasossa. Näin ohjaaja saa koneen kallistumaan ja helikopterin liikkumaan. Sykliä ohjataan yleensä pilotin edessä olevalla kepillä.

helikopterin liikkuessa eteenpäin roottorin lavat toisella puolella liikkuvat roottorin kärjen nopeudella plus lentokoneen nopeudella ja sitä kutsutaan eteneväksi teräksi. Kun terä heilahtaa helikopterin toiselle puolelle, se liikkuu roottorin kärjen nopeudella miinus lentokoneen nopeus ja sitä kutsutaan vetäytyväksi teräksi. Edistyvään terään kohdistuvan lisäyksen ja vetäytyvään terään kohdistuvan vähentyneen nostovoiman kompensoimiseksi-nostovoima on ilmatilan kohtauskulman ja sen suhteellisen ilmanopeuden funktio-terien kohtauskulmaa säätelevät roottorin lapojen ohjausjärjestelmän geometria ja mekanismit, joiden avulla terät voivat heilua ylös ja alas. Tässä asiassa etenee ja perääntyvät terät määrittelee nopeus rajoitukset helikopterin.

jos jonkin Siiven, mukaan lukien roottorin lavat, kohtauskulma on liian suuri, siiven yläpuolella oleva ilmavirtaus irtoaa aiheuttaen välittömän nostovoiman menetyksen ja ilmanvastuksen lisääntymisen. Tätä tilaa kutsutaan aerodynaamiseksi sakkaukseksi. Helikopterissa tämä voi tapahtua millä tahansa kolmella tavalla.

1. helikopterin nopeuden kasvaessa etenevät terät lähestyvät äänen nopeutta ja synnyttävät paineaaltoja, jotka häiritsevät ilmavirtausta terän yli aiheuttaen nostovoiman menetyksen.
2. helikopterien nopeuksien kasvaessa vetäytyvä terä kokee pienemmät suhteelliset ilmanopeudet ja ohjaimet kompensoivat suuremmalla kohtauskulmalla. Riittävän pienellä suhteellisella ilmanopeudella ja riittävän suurella kohtauskulmalla aerodynaaminen sakkaaminen on väistämätöntä. Tätä kutsutaan vetäytyväksi terän sakkaukseksi.
3. mikä tahansa Alhainen roottorin kierrosluku, johon liittyy kasvava kollektiivinen levitys, aiheuttaa aerodynaamisen sakkauksen.

helikopterit ovat moottorikäyttöisiä ilma-aluksia, mutta ne voivat silti lentää ilman virtaa käyttämällä Roottorien momenttia ja alaspäin suuntautuvaa liikettä pakottaakseen ilmaa Roottorien läpi. Roottorit toimivat kuin ”tuulimylly”ja kääntyvät. Tätä tekniikkaa kutsutaan autorotaatioksi, ja se antaa helikopterin miehistölle muutaman arvokkaan sekunnin aikaa löytää nopeasti laskeutumispaikka, jos sen moottori pettää.

helikopterit on aina suunniteltu niin, että vaikka moottorit vikaantuisivat, autorotaatio antaa virtaa pyrstöroottorille tai vääntömomentin tasauspyörästölle. Helikopterit säilyttävät kaikki lennonohjaimet, kun niitä ei ole asennettu.

hyvin erikoinen piirre syklissä on se, että nosto tapahtuu 90 asteen pyörimisliikkeessä ennen kallistussuuntaa. Tämä johtuu siitä, että kun pyörivää kappaletta (kuten roottoria) yritetään kallistaa, se liikkuu suorassa kulmassa voiman suuntaan nähden. Tätä kutsutaan”gyroskooppiseksi prekessioksi”. Niinpä roottorin ohjausvoimia pyöritetään 90 astetta ennen haluttua liikettä. Esimerkiksi eteenpäin suuntautuva liike vaatii vähemmän nostetta levyn etuosassa ja enemmän nostetta levyn takaosassa, joten ohjaaja työntää syklistä eteenpäin. Helikopterin ohjauslenkit kiertävät pitchausvoimia 90 astetta taaksepäin roottorin pyöritystä vastaan työntäen roottorin kylkiä sen etu-ja takaosan sijaan.

keksijöiltä kesti monta vuotta tunnistaa Prekessio ja oppia järjestämään syklisen ohjausjärjestelmä sen voittamiseksi.

pyörösiipisen lennon rajoitukset

helikopterin ilmeisin yksittäinen rajoitus on sen hidas nopeus. Nykyinen ennätys on Westland Lynxin tekemä noin 400 km/h. On useita syitä, miksi helikopteri ei voi lentää yhtä nopeasti kuin kiinteäsiipinen Lentokone.

• helikopterin ollessa levossa roottorin uloimmat kärjet liikkuvat nopeudella, joka määräytyy terän pituuden ja kierrosluvun mukaan. Liikkuvassa helikopterissa lapojen nopeus suhteessa ilmaan riippuu kuitenkin helikopterin nopeudesta sekä niiden pyörimisnopeudesta. Eteenpäin menevän roottorin lavan ilmanopeus on paljon suurempi kuin itse helikopterin. On mahdollista, että tämä terä ylittää äänen nopeuden ja tuottaa siten huomattavasti lisää vastusta ja tärinää. On teoreettisesti mahdollista saada kierteisiä roottoreita, jotka ovat periaatteessa samanlaisia kuin vaihtelevankorkeuksiset lakaistut siivet, jotka voisivat ylittää äänen nopeuden, mutta mikään nykyisin tunnettu materiaali ei ole tarpeeksi kevyt, tarpeeksi vahva ja joustava rakentaakseen ne.
• useimmat roottorit eivät ole jäykkiä. Koska etenevällä terällä on suurempi ilmanopeus kuin vetäytyvällä terällä, täysin jäykkä terä tuottaisi enemmän nostetta sille puolelle ja kaataisi lentokoneen. Tämän vuoksi roottorin lavat on suunniteltu” läpän ” nostamiseen ja kiertämiseen siten, että etenevä terä läppää ylöspäin ja kehittää pienemmän kohtauskulman, mikä tuottaa vähemmän nostoa kuin jäykkä terä. Kääntäen vetäytyvä terä läppää alaspäin, kehittää suuremman kohtauskulman ja luo enemmän nostetta. Suurilla nopeuksilla roottoreihin kohdistuva voima on sellainen, että ne ”räpyttelevät” liikaa ja vetäytyvä terä voi nousta liian korkeaan kulmaan ja sakkautua. Joissakin malleissa napa on jäykkä. Terät on valmistettu komposiiteista, jotka voivat taipua rikkomatta. Täysin jäykät roottorit ovat olemassa ja luovat hyvin reagoivia helikoptereita. Useimmissa tällaisissa malleissa hissi vaihtelee syklisesti ja helikopterin nopeuden mukaan. Säätö tapahtuu joko säätämällä terien kohtauskulmaa tai moottoritehoisilla tyhjiölaitteilla, jotka imevät ilmaa teriin säätäen nostetta.

• Rotorheadin muotoilu on monissa helikoptereissa rajoittava tekijä. Puolijäykässä järjestelmässä kohdatut Low-tai negative-G-tilanteet johtavat siihen, että terä heilahtaa alas, kunnes se osuu pyrstöpuomiin tai muuhun lentokoneen runkorakenteeseen, minkä jälkeen roottorit irtoavat toisistaan ja törmäävät katastrofaalisesti maastoon.

• helikopterit ovat alttiita mahdollisesti tuhoisille pyörrerengasvaikutuksille. Näissä roottorista lähtevä laskutuuli saa aikaan pyörteen, joka muodostuu roottorin ympärille. Jos rengasta täydennetään maastolla, tuulella, sateella tai merisuihkulla, helikopteri voi menettää sen verran nostetta, että se on laskeutunut voimalla ja osunut maahan.

1900-luvun loppuvuosina suunnittelijat alkoivat työstää helikopterien melun vähentämistä. Kaupunkiyhteisöt ovat usein ilmaisseet suurta vastenmielisyyttä äänekkäitä lentokoneita kohtaan, ja poliisi-ja matkustajahelikopterit voivat olla epäsuosittuja. Uudelleensuunnittelua seurasi joidenkin kaupungin helikopterikenttien sulkeminen ja hallituksen toimet kansallispuistojen ja muiden luonnonkauniiden paikkojen lentoreittien rajoittamiseksi.

helikopterit värähtelevät. Säätämätön helikopteri voi helposti värähdellä niin paljon, että se ravistelee itsensä erilleen. Tärinän vähentämiseksi kaikissa helikoptereissa on roottorin korkeuden ja korkeuden säätöjä. Useimmissa on myös tärinänvaimentimet korkeudelle ja sävelkorkeudelle. Jotkut käyttävät myös mekaanisia takaisinkytkentäjärjestelmiä tärinän aistimiseen ja torjuntaan. Yleensä takaisinkytkentäjärjestelmä käyttää massaa ”vakaana referenssinä” ja massasta muodostuva kytkentä ohjaa läpän säätämään roottorin kohtauskulmaa tärinän torjumiseksi. Säätö on vaikeaa osittain siksi, että tärinän mittaaminen on vaikeaa. Yleisin säätömittausjärjestelmä on käyttää stroboskooppista salamavaloa ja tarkkailla maalattuja merkintöjä tai värillisiä heijastimia roottorin lapojen alapuolelta. Perinteinen low-tech järjestelmä on asentaa värillinen liitu roottorin kärjet, ja nähdä, miten ne merkitsevät pellavan arkki.

maihinnousu

laivalla

helikopterikansi on laivan kannella oleva helikopterityyny, joka sijaitsee yleensä aluksen perällä ja on aina vapaa esteistä, jotka osoittautuisivat vaarallisiksi helikopterin laskeutumiselle. Yhdysvaltain laivastossa sitä kutsutaan yleisesti ja asianmukaisesti lentokanneksi. Joidenkin helikopterien laskeutumista alukselle avustetaan nostolaitteella, johon liittyy kaapelin kiinnittäminen ilma-aluksen pohjassa olevaan anturiin ennen laskeutumista. Kopterin laskeutuessa kaapeli pysyy jännittyneenä, mikä auttaa lentäjää sijoittamaan lentokoneen tarkasti kannelle; kannelle päästyään lukituspalkit ovat lähellä luotainta, jolloin Lentokone lukittuu lentokannelle. Laite oli Kanadan kuninkaallisen laivaston uranuurtaja, ja sen nimi oli”Beartrap”. Yhdysvallat. Tämän beartrap-järjestelmään perustuvan laitteen laivastototeutusta kutsutaan ”RAST” -järjestelmäksi (Palautusavustin, Secure ja Traverse) ja se on olennainen osa LAMPS MK III (sh-60B) – asejärjestelmää.

vaarat helikopterilennossa

kuten missä tahansa liikkuvassa ajoneuvossa, turvallisten järjestelmien ulkopuolella tapahtuva toiminta voi johtaa hallinnan menetykseen, rakenteellisiin vaurioihin tai kuolemaan. Helikoptereille vaarat ovat erityisen vakavia, koska ne lentävät suhteellisen matalalla, eikä niillä ole juurikaan aikaa reagoida äkilliseen tapahtumaan. Seuraavassa on lueteltu joitakin mahdollisia vaaroja:

• perääntyvä terän sakkaus
• laskeutuminen voimalla
• maanpinnan resonanssi
• Low-G-tila
• toiminta korkeusnopeuskaavion varjostetulla alueella

jokainen näistä olosuhteista saattaa johtaa kuolemaan eikä toipuminen välttämättä ole mahdollista. Tästä syystä hyvä luotsaus edellyttää turvallisten lentojärjestelmien noudattamista ja vaarallisten olosuhteiden välttämistä hinnalla millä hyvänsä.

helikopterimallit ja tunnistetiedot

tunnistettaessa tavanomaisia helikoptereita lennon aikana on hyödyllistä tietää, että alhaalta katsottuna ranskalaisen, venäläisen, neuvostoliittolaisen tai ukrainalaisen helikopterin roottori pyörii vastapäivään, kun taas Italiassa, Yhdistyneessä kuningaskunnassa tai Yhdysvalloissa rakennetun helikopterin roottori pyörii myötäpäivään (Katso luettelo helikopterimalleista).

eräät yritykset, erityisesti yhdysvaltalainen Schweizer, kehittävät kauko-ohjattavia versioita kevyistä helikoptereista käytettäväksi tulevilla taistelukentillä.

helikoptereiden ominaisuuksia ja kiinteäsiipisiä malleja yhdisteleviä Hybridityyppejä ovat muun muassa 1950-luvun kokeellinen Fairey Rotodyne ja Yhdysvaltain merijalkaväen tilaama Bell Boeing Osprey, joka on ensimmäinen massatuotantona käyttöön tullut kallistettavalla roottorilla varustettu lentokone.

helikopteria ei pidä erehtyä luulemaan autogyroksi, joka on historiallinen helikopterin edeltäjä, joka saa nostetta moottorittomasta roottorista.

joitakin yleisiä lempinimiä helikoptereille ovat ”kopteri”, ”chopper”, ”whirlybird”, ”helo” (yhteinen U. S. Navy usage) tai ”paraffine budgie” (jälkimmäistä termiä käytetään lähinnä Britannian offshore-öljyteollisuudessa).

• Template: US patent : ”Ilma-alukset, erityisesti suoranostettavat amfibiolentokoneet sekä niiden rakenne-ja käyttötavat”
• helikoptereiden historia (http://centennialofflight.com/history/helicopter.html)
• sivu, joka sisältää kuvan kiinalaisesta lentävästä topista (http://www.aerospaceweb.org/design/helicopter/history.shtml)
• helikopterin kehitys 1900-luvun alussa (http://www.centennialofflight.gov/essay/Rotary/early_20th_century/HE2.htm)
• helikopterin kuvaus(http://www.centennialofflight.gov/essay/Dictionary/helicopter/DI27.htm)

luettelot ilma-alusten | Lentokonevalmistajista | lentokonemoottoreiden / lentokonemoottoreiden valmistajista

lentokentät / lentoyhtiöt | ilmavoimat | ilma-aseet | ohjukset / ilmailun Aikajana