ヘリコプター

アカデミックキッズから

ヘリコプターは、一つ以上の大きな水平ローター（プロペラ）によって持ち上げられ、推進される航空機です。 ヘリコプターは、従来の固定翼航空機と区別するために回転翼航空機に分類されます。 ヘリコプターという言葉は、ギリシャ語のヘリックス（螺旋）とプテロン（翼）に由来しています。 エンジン駆動ヘリコプターはスロバキアの発明者ヤン-バイルによって発明された。 生産に配置された最初の安定した、完全に制御可能なヘリコプターは、イゴールSikorskyによって発明されました。

従来の固定翼機と比較して、ヘリコプターははるかに複雑で、購入して操作するのがより高価で、比較的遅く、範囲が狭く、ペイロードが制限されています。 補償の利点は操縦性である:ヘリコプターは場所に浮かぶことができ、逆にし、とりわけ離陸し、縦に上陸する。 燃料補給施設と負荷/高度の制限のみを対象とし、ヘリコプターは任意の場所に移動することができ、直径のロータディスクと半分をクリアすることでどこにでも着陸することができます。

アプリケーション

ヘリコプターは、軍隊輸送、歩兵支援、消防、船舶操作（http://www.tropicaled.com/helicopter2.htm）、ビジネス輸送、死傷者避難（MEDEVAC、航空/海/山岳救助を含む）、警察および民間の監視、物資を運ぶ（一部のヘリコプターは吊り下げられた荷物を運ぶことができ、ぎこちなく形のアイテムを収容することができる）、またはスチル、フィルムまたはテレビカメラのマウントとして、軍事および民間の両方の用途を持っている。

歴史

紀元前400年頃から、中国人は子供のおもちゃとして使われていた飛行トップを持っていました。 ちなみに、ライト兄弟は子供としてこのおもちゃを与えられ、それに非常に魅了されました。 このおもちゃは、最終的に貿易を介してヨーロッパにその方法を作った、それは1463年の絵に描かれています。 “Pao Phu Tau”は、回転翼航空機のアイデアのいくつかを説明した中国の4世紀の本でした。

人間を運ぶヘリコプターの最初のやや実用的なアイデアは、15世紀にLeonardo da Vinciによって最初に考案されましたが、実際のモデルが生産されたのは20世紀の動力飛行機の発明以降ではありませんでした。 ヤン-バイル、ルイ-ブレゲ、ポール-コルヌ、フアン-デ-ラ-シエルバ、エミール-ベルリナー、オグネスラフ-コストヴィッチ-ステパノヴィッチ、イゴール-シコルスキーなどの開発者がこのタイプの航空機を開拓した。 最初の完全に制御可能なヘリコプターの飛行は、Raによって実証されましたか？テラス・デ・ペスカーラ1916年、アルゼンチンのブエノスアイレスで生まれる。 アーサー・ヤングによって設計されたベル47は、1946年3月にアメリカ合衆国で使用するためにライセンスされた最初のヘリコプターであった。

揚力を発生させる

従来の航空機は、斜めの翼の前方運動が空気を下方に強制し、翼を上方に強制する揚力と呼ばれる反対の反応を生成するため、飛 ヘリコプターはまったく同じ方法を使用しますが、航空機全体を移動する代わりに、翼自体のみが移動されます。 ヘリコプターのローターは、単に回転翼とみなすことができます。

回転子を回すことは上昇を発生させますが、また回転子に反対の方向のヘリコプターを回す車に逆力を、加えます。 低速では、このトルクを打ち消すための最も一般的な方法は、テールローターと呼ばれる航空機の後部に取り付けられた小さな垂直プロペラを持つことで この回転子は主要な回転子によって発生するトルクからの反対の方向にある推圧を作成する。 テールローターからの推力がメインローターからのトルクを相殺するのに十分である場合、ヘリコプターはメインローターシャフトの周りを回転しません。

テールローターが覆われている場合（すなわち、垂直尾翼に埋め込まれたファン）、それはフェネストロンと呼ばれています。 Fenestronの回転子はファンを回すのにベルト駆動システムを使用し、従来のテールローターよりより少なく有効、しかしより少なく騒々しいです。 他のヘリコプターは”Notar”デザインを使用しています: それらはトルクに対抗するために力を作り出すのにcoandaの効果を利用する尾ブームに沿う長いスロットを通して空気を吹く。 Notarは、テールローターを意味しない頭字語です。 Notarsは尾ブームの端の近くで滑走の円カバーを開閉することによって推圧を調節します。

テールブームとローターの重量を節約するが、独自の複雑さを追加する別の選択肢は、反対方向に回転する二つの大きな水平ローターを使用することです。 例としては、ボーイングCH-47チヌークやカモフKa-50がある。 これらのシステムはすべて同じ目的のために設計されています: ゼロの純回転速度を作り出すため。

ヘリコプターが回転するのを防ぐために必要な電力量は重要です。 テールローターは、エンジンのパワーの30％まで使用することができ、このパワーは、ヘリコプターが揚力や前進運動を生成する助けにはなりません。 巡航の間にこの無駄を減らすためには、tailfinは主要な回転子のトルクに逆らうのを助ける横の上昇を作り出すように曲がる。 従って高速では、tailfinが全体のトルクを妨害することは共通で前方飛行のために利用できるより多くの力を残す。 これは、一般的にスリップストリーミングとして知られており、ホバリングが困難になる風の強い日にホバリング中に発生する可能性があります。

飛行を制御する

有用な飛行は、航空機がすべての三次元で制御されることを必要とする（飛行力学を参照）。 固定翼航空機では、これは簡単です：過去に急いで空気が所望の方向にそれをプッシュするように、航空機の形状を変更するために小さな可動面が調 しかし、ヘリコプターでは、この方法が実用的であるために十分な対気速度がないことがよくあります。

縦軸周りの回転（ヨー）には反トルクシステムが使用されます。 テールローターのピッチを変化させると、生成される横方向の推力が変化する。 二重回転子のヘリコプターに差動トルクを送信し、こうしてヘリコプターを回すために電気か油圧モーターによって調節することができる2つの回転子 ヨー制御は、通常、固定翼航空機の舵ペダルと同じ場所の床に、反トルクペダルで操作されます。

ピッチ（前後に傾ける）またはロール（横に傾ける）の場合、メインローターブレードの迎え角は、回転中に変更または循環され、回転翼の異なるポイントで揚力の差 回転翼の後部でのより多くの揚力は、航空機が前方にピッチする原因となり、左の増加は、右にロールを引き起こすようになります。

ヘリコプターはペダルのほかに三つの飛行制御で操縦します。 集合的なピッチ制御レバーはヘリコプターの刃の集合的なピッチ、か迎え角を、一緒に、すなわち、主要な回転子システムの360度の平面の回転中均等に制御 迎え角が増加すると、ブレードはより多くの揚力を生成します。 集団制御は、通常、彼の足の近くに、パイロットの左側にあるレバーです。 集団を増やし、スロットルで電力を追加すると、ヘリコプターが上昇する原因となります。

スロットルは、トランスミッションによってロータに接続されたエンジンによって生成される絶対電力を制御します。 スロットルコントロールは、コレクティブコントロールのツイストグリップです。 RPM制御は、いくつかの理由から適切な動作に重要です。 ヘリコプターの回転子は特定のRPMで作動するように設計されている。 RPMが低すぎると、電力によるセトリングとして知られる電力による急速な降下が生じる可能性があります。 RPMが高すぎると、過度の力によるメインロータハブの損傷が発生する可能性があります。 一般に、RPMは、通常は数パーセントの厳しい許容範囲内に維持する必要があります。 多くのピストン式ヘリコプターでは、パイロットはエンジンとローターの回転数を管理する必要があります。 従って操縦者は回転子RPMを維持するためにスロットルを操作し、回転子システムに対する抗力の効果を調整する。 タービンエンジンを搭載したヘリコプターや一部のピストンヘリコプターは、エンジン制御にサーボフィードバックループを使用してローター回転数を維持し、パイロットはそのタスクに対する日常的な責任を軽減している。

サイクリックはブレードのピッチを周期的に変化させ、揚力はロータディスクの平面全体で変化させます。 これは、パイロットが航空機を傾け、ヘリコプターを移動させる方法です。 周期は通常操縦者の前の棒によって制御される。

ヘリコプターが前進すると、片側のローターブレードはローターチップ速度に航空機の速度を加えた速度で移動し、前進ブレードと呼ばれます。 ブレードがヘリコプターの反対側にスイングすると、ローター先端の速度から航空機の速度を引いた速度で移動し、後退ブレードと呼ばれます。 揚力は翼の迎え角と相対的な対気速度の関数であり、翼の迎え角は、翼が上下にフラップすることを可能にするローターブレード制御システムとメカニズ ブレードの前進と後退のこの事実は、ヘリコプターの速度制限を定義します。

回転翼を含む翼の迎え角が高すぎると、翼の上の気流が分離し、揚力が瞬間的に失われ、抗力が増加します。 この状態は空力失速と呼ばれます。 ヘリコプターでは、これは三つの方法のいずれかで発生する可能性があります。

1. ヘリコプターの速度が上がると、前進するブレードは音速に近づき、衝撃波を発生させてブレード上の気流を乱し、揚力が失われます。
2. ヘリコプターの速度が増加するにつれて、後退ブレードは相対的なエアスピードが低くなり、コントロールはより高い迎え角で補償されます。 相対的な対気速度が十分に低く、迎え角が十分に高いため、空力的な失速は避けられません。 これは後退の刃の停止と呼ばれます。
3. コレクティブピッチの増加に伴う低ローター回転数の飛行状態は、空力失速の原因となります。

ヘリコプターは動力を与えられた航空機ですが、ローターの運動量を使用し、下向きの動きを使用してローターを介して空気を強制することにより、力なしで飛ぶことができます。 ローターは”風車”のように機能し、回転します。 この技術はautorotationとして知られており、エンジンが故障した場合、ヘリコプターの乗組員に着陸地点をすばやく見つけるための貴重な秒を与えます。

ヘリコプターはエンジンが失敗しても、autorotationがテールローターかトルクの差動に動力を与えるように常に設計されている。 ヘリコプターは、電源が入っていないときにすべての飛行制御を保持します。

サイクリックの非常に独特な特徴は、傾きの方向の前に90度の回転が起こるようにリフトが作られていることです。 これは、回転する物体（回転子のような）を傾かせようとすると、力の方向に直角に移動するためです。 これは”ジャイロスコープ歳差運動”と呼ばれています。 従って回転子の制御力は望ましい動きの前に90度回る。 例えば、前方運動はディスクの前部でより少ない上昇およびディスクの後部でより多くの上昇を要求する、従って操縦者は循環を先に押す。 ヘリコプターのコントロールリンクは、ローターのスピンに対して90度後方にピッチング力を回転させ、ローターの前面と背面ではなく、ローターの側面を押します。

歳差運動を認識し、それを克服するために周期的な制御システムを配置する方法を学ぶために、発明者は何年もかかりました。

回転翼飛行の制限

ヘリコプターの最も明白な制限は、その速度が遅いことです。 現在の記録はWestland Lynxによって設定された約400km/hです。 ヘリコプターが固定翼航空機と同じくらい速く飛ぶことができない理由はいくつかあります。

• ヘリコプターが静止しているとき、ローターの外側の先端はブレードの長さとRPMによって決定される速度で移動します。 しかし、移動するヘリコプターでは、空気に対するブレードの速度は、ヘリコプターの速度およびその回転速度に依存する。 前方の回転翼の対気速度は、ヘリコプター自体よりもはるかに高い。 この刃が音の速度を超過することは可能こうして非常に高められた抗力および振動を作り出す。 理論的には、音速を超える可能性のある可変ピッチ掃引翼に原理的に似た螺旋状のローターを持つことは可能ですが、現在知られている材料は十分に軽く、十分に強く、それらを構築するのに十分な柔軟性はありません。
• ほとんどのローターは剛性ではありません。 前進ブレードは後退ブレードよりも高い対気速度を有するので、完全に剛性のブレードは、その側に多くの揚力を生成し、航空機をひっくり返すだろう。 従って結果では、回転翼は”はたらく”ように設計されています-前進刃がはたらき、より小さい迎え角を開発するように持ち上げ、ねじり、堅い刃よりより少 逆に、後退の刃は折り返し、より高い迎え角を開発し、そしてより多くの上昇を発生させる。 高速では、回転子の力は過度に”はためき”、後退の刃が余りに高い角度および停止に達することができることそのような物である。 いくつかの設計では、ハブは剛性である。 刃は壊さないで曲がることができる合成物からなされる。 完全に剛性のローターが存在し、非常に応答性の高いヘリコプターを作成します。 ほとんどのそのような設計では、上昇は周期的にそしてヘリコプターの速度に従って変わる。 調整は、ブレードの迎え角を調整するか、ブレードに空気を吸い込み、揚力を調整するエンジン駆動の真空装置のいずれかによって行われます。

• 回転ヘッドの設計は多くのヘリコプターの制限要因である。 セミリジッドシステムで発生した低または負のG状況は、テールブームまたは他の機体構造に当たるまでブレードが羽ばたき、その後にローターの分離と壊滅的な地形の衝撃が続きます。

• ヘリコプターは、潜在的に悲惨な渦リング効果の影響を受けやすいです。 これらでは、ロータからの下向きの風は、ロータの周りに円形の渦を形成させる。 このリングが地形、風、雨、または海のスプレーによって増強される場合、ヘリコプターは力で沈降して地面に衝突するのに十分な揚力を失う可能性があ

20世紀の終わりの年の間にデザイナーはヘリコプターの騒音低減に取り組み始めました。 都市部のコミュニティは、多くの場合、騒々しい航空機の大きな嫌悪感を表明しており、警察や旅客ヘリコプターは不人気になる可能性があります。 再設計は、いくつかの都市ヘリポートの閉鎖と国立公園や自然の美しさの他の場所での飛行経路を制限するための政府の行動に続いた。

調整されていないヘリコプターは、簡単にそれ自体が離れて振ることをそんなに振動することができます。 振動を減らすためには、すべてのヘリコプターに高さおよびピッチのための回転子の調節がある。 ほとんどはまた高さおよびピッチのための振動ダンパーを備えている。 いくつかはまた、振動を感知し、対抗するために機械的フィードバックシステムを使用しています。 通常、フィードバックシステムは”安定した基準”として質量を使用し、質量からのリンケージは、振動に対抗するためにロータの迎え角を調整するためにフラッ 振動の測定が困難であるため、調整が困難な部分があります。 最も一般的な調整測定システムは、ストロボフラッシュランプを使用し、回転翼の下側に塗装されたマーキングまたは着色された反射器を観察するこ 従来のローテックシステムは回転子の先端に着色されたチョークを取付けることでリネンシートにいかに印を付けるか見ることである。

船への着陸

船への着陸

ヘリデッキは、船のデッキ上のヘリコプターパッドであり、通常は船尾にあり、ヘリコプターの着陸に危険な障害物を常にクリアしています。 アメリカ海軍では、それは一般的かつ適切にフライトデッキと呼ばれています。 いくつかのヘリコプターのための船の着陸は、着陸前に航空機の底にあるプローブにケーブルを取り付けることを含む運搬装置の使用を支援する。 ヘリコプターが降下するとケーブルに張力が維持され、パイロットがデッキ上の航空機の正確な位置を支援します。 この装置はカナダ海軍によって開拓され、”Beartrap”と呼ばれました。 米国 Beartrapに基づいて、このデバイスの海軍の実装は、”RAST”システム（回復支援、安全性とトラバースのために）と呼ばれ、LAMPS MK III（SH-60B）武器システムの不可欠な部分です。

ヘリコプター飛行の危険性

移動中の車両と同様に、安全な体制外での操作は、制御の喪失、構造的損傷、または死亡をもたらす可能性があります。 ヘリコプターでは、比較的低い高度で飛行しているため、突然のイベントに反応する時間がほとんどないため、危険性は特に深刻です。 以下は、潜在的な危険のいくつかのリストです:

• 後退ブレードストール
• パワーでセトリング
• グランド共鳴
• 低G状態
• 高さ-速度図の影付き領域内で動作

これらの条件はそれぞれ致命的であり、回復が不可能な可能性がある。 従って、よい操縦装置は安全な飛行政体内の操作を要求し、危険な条件をすべての費用で避ける。

ヘリコプターのモデルと識別

飛行中に従来のヘリコプターを識別する際には、下から見ると、フランス、ロシア、ソ連、ウクライナの設計ヘリコプターのローターが反時計回りに回転し、イタリア、英国、米国で建設されたヘリコプターのローターが時計回りに回転することを知ることが有用である（ヘリコプターモデルのリストを参照）。

一部の企業、特に米国のシュワイザーは、将来の戦場で使用するための軽ヘリコプターの遠隔制御変種を開発しています。

ヘリコプターの特徴と固定翼の設計を組み合わせたハイブリッドタイプには、1950年代の実験的なフェアリー-ロトダインと、アメリカ海兵隊が発注し、最初の量産チルトローター機が就役したベル-ボーイング-オスプレイがある。

ヘリコプターは、無動力のローターから揚力を得るヘリコプターの歴史的な前身であるオートジャイロと間違われるべきではありません。

ヘリコプターのためのいくつかの一般的なニックネームは、”ヘリコプター”、”チョッパー”、”whirlybird”、”helo”（一般的な米国 海軍の使用）または”パラフィンbudgie”（後者の用語は、主に英国のオフショア石油産業で使用されている）。

• テンプレート：米国特許 : “航空機、特に直接揚陸両生類タイプの航空機と同じ建設と操作の手段”
• ヘリコプターの歴史(http://centennialofflight.com/history/helicopter.html)
• 中国の飛行トップの画像を含むページ(http://www.aerospaceweb.org/design/helicopter/history.shtml)
• 20世紀初頭のヘリコプター開発(http://www.centennialofflight.gov/essay/Rotary/early_20th_century/HE2.htm)
• ヘリコプターの説明(http://www.centennialofflight.gov/essay/Dictionary/helicopter/DI27.htm)

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