Elicottero

Da Academic Kids

Un elicottero è un aereo che viene sollevato e spinto da uno o più grandi rotori orizzontali (eliche). Gli elicotteri sono classificati come velivoli ad ala rotante per distinguerli dagli aerei ad ala fissa convenzionali. La parola elicottero deriva dalle parole greche helix (spirale) e pteron (ala). L’elicottero motorizzato è stato inventato dall’inventore slovacco Jan Bahyl. Il primo elicottero stabile e completamente controllabile messo in produzione è stato inventato da Igor Sikorsky.

Rispetto ai tradizionali velivoli ad ala fissa, gli elicotteri sono molto più complessi, più costosi da acquistare e gestire, relativamente lenti, hanno scarsa autonomia e carico utile limitato. Il vantaggio compensativo è la manovrabilità: gli elicotteri possono librarsi in posizione, invertire e soprattutto decollare e atterrare verticalmente. Soggetto solo alle strutture di rifornimento e ai limiti di carico / altitudine, un elicottero può viaggiare in qualsiasi luogo e atterrare ovunque con un disco rotore di compensazione e mezzo di diametro.

Contenuto

Applicazioni

Gli elicotteri hanno molti usi, sia militari che civili, incluso il trasporto di truppe, il supporto di fanteria, la lotta antincendio, le operazioni di bordo (http://www.tropicaled.com/helicopter2.htm), il trasporto di affari, l’evacuazione delle vittime (incluso il soccorso aereo/marittimo/alpino), la polizia e la sorveglianza civile, il trasporto di merci (alcuni elicotteri possono trasportare carichi pendenti, ospitare oggetti di forma

Storia

Dal 400 a.C. circa i cinesi avevano una cima volante che veniva usata come giocattolo per bambini. Per inciso, i fratelli Wright hanno ricevuto questo giocattolo da bambini e ne sono rimasti molto affascinati. Questo giocattolo alla fine ha fatto la sua strada verso l’Europa attraverso il commercio ed è stato raffigurato in un dipinto del 1463. “Pao Phu Tau” era 4 ° secolo DC libro in Cina che ha descritto alcune delle idee in un aereo ad ala rotante.

La prima idea un po ‘ pratica di un elicottero trasporto umano è stato concepito da Leonardo da Vinci nel 15 ° secolo, ma è stato solo dopo l’invenzione del velivolo a motore nel 20 ° secolo che i modelli reali sono stati prodotti. Gli sviluppatori come Jan Bahyl,, Louis Breguet, Paul Cornu, Juan de la Cierva, Emile Berliner, Ogneslav Kostovic Stepanovic e Igor Sikorsky aperto la strada a questo tipo di aerei. Un volo del primo elicottero completamente controllabile è stato dimostrato da Ra?teras de Pescara 1916 a Buenos Aires, Argentina. Il Bell 47 progettato da Arthur Young fu il primo elicottero ad essere autorizzato (nel marzo 1946) per l’uso negli Stati Uniti.

Generating lift

Un aereo convenzionale è in grado di volare perché il movimento in avanti delle sue ali angolate costringe l’aria verso il basso, creando una reazione opposta chiamata lift che costringe le ali verso l’alto. Un elicottero usa esattamente lo stesso metodo, tranne che invece di spostare l’intero aereo, vengono spostate solo le ali stesse. Il rotore dell’elicottero può essere semplicemente considerato come ali rotanti.

Girando il rotore genera ascensore ma si applica anche una forza inversa al veicolo, che far girare l’elicottero nella direzione opposta al rotore. A basse velocità, il modo più comune per contrastare questa coppia è di avere un’elica verticale più piccola montata nella parte posteriore dell’aeromobile chiamata rotore di coda. Questo rotore crea la spinta che è nella direzione opposta dalla coppia generata dal rotore principale. Quando la spinta dal rotore di coda è sufficiente per annullare la coppia dal rotore principale, l’elicottero non ruoterà attorno all’albero del rotore principale.

Se il rotore di coda è avvolto (cioè una ventola incorporata nella coda verticale) viene chiamato fenestron. Un rotore fenestron utilizza un sistema a cinghia per girare la ventola ed è meno efficiente, ma meno rumoroso di un rotore di coda tradizionale. Altri elicotteri utilizzano un design “Notar”: soffiano aria attraverso una lunga fessura lungo il braccio di coda, utilizzando l’effetto coanda per produrre forze per contrastare la coppia. Notar è un acronimo che significa no tail rotor. I notar regolano la spinta aprendo e chiudendo un coperchio circolare scorrevole vicino all’estremità del braccio di coda.

Un’altra alternativa, che consente di risparmiare il peso di un braccio di coda e rotore, ma aggiunge le proprie complessità, è quello di utilizzare due grandi rotori orizzontali che girano in direzioni opposte. Un esempio è il Boeing CH-47 Chinook o il Kamov Ka-50. Tutti questi sistemi sono progettati per lo stesso scopo: per produrre una velocità di rotazione netta di zero.

La quantità di potenza necessaria per impedire la rotazione di un elicottero è significativa. Un rotore di coda può utilizzare fino al 30% della potenza del motore e questa potenza non aiuta l’elicottero a produrre sollevamento o movimento in avanti. Per ridurre questo spreco durante la crociera, il tailfin è angolato per produrre un sollevamento laterale che aiuta a contrastare la coppia del rotore principale. Alle alte velocità, è comune per il tailfin contrastare l’intera coppia, lasciando così più potenza disponibile per il volo in avanti. Questo è comunemente noto come slip-streaming e può verificarsi mentre in un hover in giornate ventose rendendo in bilico si trasforma difficile.

Controllo del volo

Il volo utile richiede che un aeromobile sia controllato in tutte e tre le dimensioni (vedere dinamica di volo). In un aereo ad ala fissa, questo è facile: piccole superfici mobili sono regolate per cambiare la forma dell’aeromobile in modo che l’aria che scorre oltre la spinga nella direzione desiderata. In un elicottero, tuttavia, spesso non c’è abbastanza velocità per questo metodo per essere pratico.

Per la rotazione attorno all’asse verticale (imbardata) viene utilizzato il sistema anti-coppia. Variando il passo del rotore di coda si altera la spinta laterale prodotta. Gli elicotteri a doppio rotore hanno un differenziale tra le due trasmissioni del rotore che può essere regolato da un motore elettrico o idraulico per trasmettere la coppia differenziale e quindi ruotare l’elicottero. I comandi di imbardata sono solitamente azionati con pedali anti-coppia, sul pavimento nello stesso punto dei pedali del timone di un velivolo ad ala fissa.

Per pitch (inclinazione avanti e indietro) o roll (inclinazione laterale) l’angolo di attacco delle pale del rotore principale viene alterato o ciclato durante la rotazione creando un differenziale di sollevamento in diversi punti dell’ala rotante. Più ascensore nella parte posteriore dell’ala rotante farà sì che il velivolo a passo in avanti, un aumento a sinistra causerà un rotolo a destra e così via.

Gli elicotteri manovrano con tre comandi di volo oltre ai pedali. La leva di comando del passo collettivo controlla il passo collettivo, o l’angolo di attacco, delle pale dell’elicottero insieme, cioè ugualmente in tutto il piano di rotazione di 360 gradi del sistema del rotore principale. Quando l’angolo di attacco è aumentato, la lama produce più ascensore. Il controllo collettivo è di solito una leva sul lato sinistro del pilota, vicino alla sua gamba. Aumentare il collettivo e aggiungere potenza con l’acceleratore fa salire un elicottero.

L’acceleratore controlla la potenza assoluta prodotta dal motore collegato al rotore da una trasmissione. Il controllo dell’acceleratore è una presa di torsione sul controllo collettivo. Il controllo RPM è fondamentale per il corretto funzionamento per diversi motivi. I rotori dell’elicottero sono destinati per funzionare ad un RPM specifico. Se il numero di giri è troppo basso, potrebbe risultare una discesa rapida con potenza, nota come assestamento con potenza. Se il numero di giri è troppo alto, potrebbero verificarsi danni al mozzo del rotore principale dovuti a forze eccessive. In generale, RPM deve essere mantenuto entro una tolleranza stretta, di solito una piccola percentuale. In molti elicotteri a pistoni, il pilota deve gestire il numero di giri del motore e del rotore. Il pilota manipola l’acceleratore per mantenere i giri del rotore e quindi regola l’effetto della resistenza sul sistema del rotore. Gli elicotteri con motore a turbina e alcuni elicotteri a pistoni utilizzano un ciclo di feedback servo nei loro comandi del motore per mantenere il numero di giri del rotore e alleviare il pilota dalla responsabilità di routine per tale compito.

Il ciclico cambia ciclicamente il passo delle pale, causando la variazione dell’ascensore sul piano del disco del rotore. Questo è il modo in cui il pilota fa inclinare l’aereo e l’elicottero si muove. Il ciclico è solitamente controllato dal bastone davanti al pilota.

Mentre un elicottero si muove in avanti, le pale del rotore su un lato si muovono alla velocità della punta del rotore più la velocità dell’aeromobile e viene chiamata lama avanzante. Mentre la lama oscilla verso l’altro lato dell’elicottero, si muove alla velocità della punta del rotore meno la velocità dell’aeromobile e viene chiamata lama in ritirata. Per compensare l’ascensore aggiunto sulla lama avanzante e l’ascensore diminuito sulla lama ritirante-l’ascensore che è una funzione dell’angolo di attacco di un profilo alare e della relativa velocità – l’angolo di attacco delle lame è regolato dalla geometria del sistema di controllo della lama del rotore e dai meccanismi che permettono che le lame sbattano su e giù. Questo fatto di avanzare e ritirare le lame definisce i limiti di velocità dell’elicottero.

Se l’angolo di attacco di qualsiasi ala, comprese le pale del rotore, è troppo alto, il flusso d’aria sopra l’ala si separa causando una perdita istantanea di portanza e un aumento della resistenza. Questa condizione è chiamata stallo aerodinamico. Su un elicottero, questo può accadere in uno qualsiasi dei tre modi.

1. All’aumentare della velocità dell’elicottero, le pale avanzanti si avvicinano alla velocità del suono e generano onde d’urto che interrompono il flusso d’aria sopra la lama causando perdita di portanza.
2. Con l’aumentare della velocità dell’elicottero, la lama in ritirata presenta velocità relative inferiori e i comandi compensano con un angolo di attacco più elevato. Con una velocità relativa abbastanza bassa e un angolo di attacco abbastanza alto, lo stallo aerodinamico è inevitabile. Questo si chiama ritirata stallo lama.
3. Qualsiasi condizione di volo a basso numero di giri del rotore accompagnata da una crescente applicazione del passo collettivo causerà uno stallo aerodinamico.

Gli elicotteri sono aerei alimentati, ma possono ancora volare senza potenza usando la quantità di moto nei rotori e usando il movimento verso il basso per forzare l’aria attraverso i rotori. I rotori si comportano come un” mulino a vento ” e girano. Questa tecnica è nota come autorotazione e darà all’equipaggio dell’elicottero alcuni secondi preziosi per trovare rapidamente un punto di atterraggio se il suo motore si guasta.

Gli elicotteri sono sempre progettati in modo che anche se i motori si guastano, l’autorotazione alimenterà il rotore di coda o il differenziale di coppia. Gli elicotteri mantengono tutti i comandi di volo quando non sono alimentati.

Una caratteristica molto particolare del ciclico è che l’ascensore è fatto per accadere 90 gradi di rotazione prima della direzione di inclinazione. Questo perché quando si tenta di inclinare un oggetto rotante (come un rotore), si muove ad angolo retto rispetto alla direzione della forza. Questo è chiamato “precessione giroscopica”. Quindi le forze di controllo sul rotore vengono ruotate di 90 gradi prima del movimento desiderato. Ad esempio, il movimento in avanti richiede meno sollevamento nella parte anteriore del disco e più sollevamento nella parte posteriore del disco, quindi il pilota spinge il ciclico in avanti. I collegamenti di controllo dell’elicottero ruotano le forze di beccheggio di 90 gradi all’indietro contro la rotazione del rotore, per spingere sui lati del rotore piuttosto che sulla parte anteriore e posteriore.

Ci sono voluti molti anni per riconoscere la precessione e per imparare a organizzare il sistema di controllo del ciclico per superarlo.

Limitazioni del volo ad ala rotante

La limitazione più ovvia dell’elicottero è la sua bassa velocità. Il record attuale è di circa 400 km/h stabilito dalla Westland Lynx. Ci sono diversi motivi per cui un elicottero non può volare veloce come un aereo ad ala fissa.

• Quando l’elicottero è a riposo, le punte esterne del rotore viaggiano ad una velocità determinata dalla lunghezza della lama e dal numero di giri. In un elicottero in movimento, tuttavia, la velocità delle pale rispetto all’aria dipende dalla velocità dell’elicottero, nonché dalla loro velocità di rotazione. La velocità della lama del rotore in avanti è molto più alta di quella dell’elicottero stesso. È possibile che questa lama superi la velocità del suono e quindi produca una resistenza e vibrazioni notevolmente aumentate. È teoricamente possibile avere rotori a spirale, simili in linea di principio alle ali a passo variabile, che potrebbero superare la velocità del suono, ma nessun materiale attualmente noto è abbastanza leggero, abbastanza forte e abbastanza flessibile da costruirli.
• La maggior parte dei rotori non sono rigidi. Poiché la lama avanzante ha più alta velocità che la lama ritirante, una lama perfettamente rigida genererebbe più ascensore da quel lato e punta l’aereo sopra. Di conseguenza, le pale del rotore sono progettate per” flap ” – sollevare e torcere in modo tale che la lama che avanza si alzi e sviluppi un angolo di attacco più piccolo, producendo così meno portanza di una lama rigida. Al contrario, la lama retrattile si abbassa, sviluppa un angolo di attacco più elevato e genera più portanza. Alle alte velocità, la forza sui rotori è tale che” flap ” eccessivamente e la lama in ritirata può raggiungere un angolo troppo alto e stallo. In alcuni progetti il mozzo è rigido. Le lame sono realizzate in compositi che possono piegarsi senza rompersi. Rotori completamente rigidi esistono e creano elicotteri molto reattivi. Nella maggior parte di questi progetti, l’ascensore è variato ciclicamente e in base alla velocità dell’elicottero. La regolazione avviene regolando l’angolo di attacco delle lame o mediante dispositivi di vuoto alimentati a motore che aspirano aria nelle lame, regolando l’ascensore.

• Rotorhead design è un fattore limitante su molti elicotteri. Le situazioni basse o negative-G incontrate in un sistema semirigido provocheranno lo sbattimento della lama giù fino a colpire l’asta di coda o l’altra struttura della cellula, seguita dalla separazione del rotore e dall’impatto catastrofico del terreno.

• Gli elicotteri sono suscettibili agli effetti potenzialmente disastrosi dell’anello del vortice. In questi, il vento verso il basso dal rotore provoca un vortice circolare per formare intorno al rotore. Se questo anello è aumentato da terreno, vento, pioggia o spruzzi di mare, l’elicottero può perdere abbastanza ascensore per avere assestamento con il potere e colpire il suolo.

Durante gli anni di chiusura del 20 ° secolo i progettisti hanno iniziato a lavorare sulla riduzione del rumore degli elicotteri. Le comunità urbane hanno spesso espresso grande avversione per gli aerei rumorosi, e la polizia e gli elicotteri passeggeri possono essere impopolari. Le riprogettazioni hanno seguito la chiusura di alcuni eliporti cittadini e l’azione del governo per limitare le piste di volo nei parchi nazionali e in altri luoghi di bellezza naturale.

Gli elicotteri vibrano. Un elicottero non regolato può facilmente vibrare così tanto che si scuoterà a parte. Per ridurre le vibrazioni, tutti gli elicotteri hanno regolazioni del rotore per altezza e passo. La maggior parte hanno anche ammortizzatori di vibrazione per altezza e passo. Alcuni utilizzano anche sistemi di feedback meccanici per rilevare e contrastare le vibrazioni. Di solito il sistema di feedback utilizza una massa come “riferimento stabile” e un collegamento dalla massa aziona un lembo per regolare l’angolo di attacco del rotore per contrastare la vibrazione. La regolazione è difficile in parte perché la misurazione della vibrazione è difficile. Il sistema di misurazione di regolazione più comune è quello di utilizzare una lampada flash stroboscopica e osservare marcature dipinte o riflettori colorati sul lato inferiore delle pale del rotore. Il tradizionale sistema low-tech è quello di montare gesso colorato sulle punte del rotore, e vedere come segnano un foglio di lino.

Atterraggio

Su una nave

Un ponte elicottero è una piattaforma per elicotteri sul ponte di una nave, solitamente situata a poppa e sempre libera da ostacoli che si rivelerebbero pericolosi per un atterraggio di un elicottero. Nella Marina degli Stati Uniti è comunemente e correttamente indicato come il ponte di volo. L’atterraggio a bordo di alcuni elicotteri è assistito dall’uso di un dispositivo di traino che comporta il fissaggio di un cavo a una sonda sul fondo dell’aeromobile prima dell’atterraggio. La tensione è mantenuta sul cavo mentre l’elicottero scende che assiste il pilota con il posizionamento accurato dell’aeromobile sul ponte; una volta sul ponte le travi di bloccaggio si chiudono sulla sonda, bloccando l’aeromobile sul ponte di volo. Questo dispositivo è stato sperimentato dalla Royal Canadian Navy ed è stato chiamato “Beartrap”. Uniti. Navy implementazione di questo dispositivo, basato su Beartrap, è chiamato il sistema” RAST ” (per il recupero Assist, sicuro e Traverse) ed è parte integrante delle lampade MK III (SH-60B) sistema di armi.

Pericoli del volo in elicottero

Come con qualsiasi veicolo in movimento, il funzionamento al di fuori di regimi di sicurezza potrebbe causare perdita di controllo, danni strutturali o fatalità. Per gli elicotteri i pericoli sono particolarmente acuti poiché volano a quote relativamente basse, con poco tempo per reagire a un evento improvviso. Di seguito è riportato un elenco di alcuni dei potenziali pericoli:

• Retreating blade stall
• Setting with power
• Ground resonance
• Low-G condition
• Operating within the shaded area of the height-velocity diagram

Ognuna di queste condizioni è potenzialmente fatale e il recupero potrebbe non essere possibile. Per questo motivo, un buon pilotaggio richiede operazioni in regimi di volo sicuri ed evitando condizioni pericolose a tutti i costi.

Modelli di elicotteri e identificazione

Nell’identificare gli elicotteri convenzionali durante il volo è utile sapere che, visto dal basso, il rotore di un elicottero di progettazione francese, russa, sovietica o ucraina ruota in senso antiorario, mentre quello di un elicottero costruito in Italia, nel Regno Unito o negli Stati Uniti ruota in senso orario (vedi elenco dei modelli di elicottero).

Alcune aziende, in particolare Schweizer negli Stati Uniti, stanno sviluppando varianti telecomandate di elicotteri leggeri per l’uso in futuri campi di battaglia.

I tipi ibridi che combinano caratteristiche di elicotteri e disegni ad ala fissa includono il Fairey Rotodyne sperimentale degli anni 1950 e il Bell Boeing Osprey, che è su ordinazione dal Corpo dei Marines degli Stati Uniti ed è il primo aereo tilt-rotore prodotto in serie per entrare in servizio.

Un elicottero non deve essere scambiato per un autogiro, che è un predecessore storico dell’elicottero che guadagna ascensore da un rotore non alimentato.

Alcuni soprannomi comuni per gli elicotteri sono “copter”, “chopper”, “whirlybird”, “helo” (comune degli Stati Uniti Navy usage) o “paraffin budgie” (quest’ultimo termine è usato principalmente nell’industria petrolifera offshore del Regno Unito).

• Modello: brevetto degli Stati Uniti : “Velivolo, soprattutto aerei dell’ascensore diretto anfibi tipo e mezzi di costruzione e di esercizio della stessa “
• Storia di elicotteri (http://centennialofflight.com/history/helicopter.html)
• Pagina contenente l’immagine di un Cinese volo alto (http://www.aerospaceweb.org/design/helicopter/history.shtml)
• Elicottero di sviluppo all’inizio del 20 ° secolo (http://www.centennialofflight.gov/essay/Rotary/early_20th_century/HE2.htm)
• Descrizione di un elicottero (http://www.centennialofflight.gov/essay/Dictionary/helicopter/DI27.htm)

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