van academische kinderen
een helikopter is een vliegtuig dat wordt opgetild en voortgestuwd door een of meer grote horizontale rotoren (propellers). Helikopters worden geclassificeerd als roterende vleugelvliegtuigen om ze te onderscheiden van conventionele vliegtuigen met vaste vleugels. Het woord helikopter is afgeleid van het Griekse woord helix (spiraal) en pteron (vleugel). De motor aangedreven helikopter is uitgevonden door de Slowaakse uitvinder Jan Bahyl. De eerste stabiele, volledig bestuurbare helikopter in productie werd uitgevonden door Igor Sikorsky.
Robinson Helicopter Company (USA) R44, a four seat development of the R22.
in vergelijking met conventionele vliegtuigen met vaste vleugels zijn helikopters veel complexer, duurder om te kopen en te bedienen, relatief traag, hebben een slecht bereik en een beperkte lading. Het compenserende voordeel is manoeuvreerbaarheid: helikopters kunnen op hun plaats zweven, achteruitgaan en vooral verticaal opstijgen en landen. Alleen met tankfaciliteiten en laad – /hoogtebeperkingen kan een helikopter naar elke locatie Reizen en overal landen met een rotorschijf van anderhalve diameter.
inhoudsopgave
toepassingen
helikopters hebben vele toepassingen, zowel militair als civiel, waaronder troepentransport, ondersteuning van infanterie, brandbestrijding, operaties aan boord (http://www.tropicaled.com/helicopter2.htm), zakelijk vervoer, evacuatie van slachtoffers (inclusief MEDEVAC, en redding door de Lucht/Zee/Bergen), politie-en burgerbewaking, het vervoeren van goederen (sommige helikopters kunnen slingerende ladingen vervoeren, die onhandig gevormde voorwerpen bevatten), of als houder voor stilstaande, film-of televisiecamera ‘ s.
geschiedenis
sinds rond 400 v.Chr. hadden de Chinezen een vliegende top die werd gebruikt als kinderspeelgoed. Overigens kregen de gebroeders Wright dit speelgoed als kinderen en waren er erg door gefascineerd. Dit speelgoed kwam uiteindelijk via de handel naar Europa en is afgebeeld in een schilderij uit 1463. “Pao Phu Tau” was 4e eeuw na Christus boek in China dat een aantal van de ideeën in een rotary wing vliegtuig beschreven.Het eerste enigszins praktische idee van een menselijke helikopter werd voor het eerst bedacht door Leonardo Da Vinci in de 15e eeuw, maar pas na de uitvinding van het gemotoriseerde vliegtuig in de 20e eeuw werden echte modellen geproduceerd. Ontwikkelaars zoals Jan Bahyl, Louis Breguet, Paul Cornu, Juan de la Cierva, Emile Berliner, Ogneslav Kostovic Stepanovic en Igor Sikorsky pionierden dit type vliegtuigen. Een vlucht van de eerste volledig bestuurbare helikopter werd gedemonstreerd door Ra?teras de Pescara 1916 in Buenos Aires, Argentinië. De Bell 47, ontworpen door Arthur Young, was de eerste helikopter die een licentie kreeg (in maart 1946) voor gebruik in de Verenigde Staten.
genererende lift
een conventioneel vliegtuig kan vliegen omdat de voorwaartse beweging van zijn schuine vleugels lucht naar beneden dwingt, waardoor een tegengestelde reactie ontstaat, genaamd lift die de vleugels naar boven dwingt. Een helikopter gebruikt precies dezelfde methode, behalve dat in plaats van het hele vliegtuig te verplaatsen, alleen de vleugels zelf worden verplaatst. De rotor van de helikopter kan eenvoudig worden beschouwd als draaiende vleugels.
het achtbladige fenestron van de Eurocopter EC120B.
het draaien van de rotor genereert lift, maar het oefent ook een omgekeerde kracht uit op het voertuig, die de helikopter in de tegenovergestelde richting van de rotor zou draaien. Bij lage snelheden, de meest voorkomende manier om dit koppel tegen te gaan is om een kleinere verticale propeller gemonteerd aan de achterkant van het vliegtuig genaamd een staartrotor. Deze rotor creëert stuwkracht die in de tegenovergestelde richting van het koppel gegenereerd door de hoofdrotor. Wanneer de stuwkracht van de staartrotor voldoende is om het koppel van de hoofdrotor te neutraliseren, zal de helikopter niet rond de hoofdrotoras draaien.
als de staartrotor gehuld is (d.w.z. een ventilator die in de verticale staart is ingebed) wordt het een fenestron genoemd. Een fenestron rotor maakt gebruik van een riemgedreven systeem om de ventilator te draaien en is minder efficiënt, maar minder luidruchtig dan een traditionele staartrotor. Andere helikopters gebruiken een “Notar” ontwerp: ze blazen lucht door een lange sleuf langs de staartboom, met behulp van het Coanda-effect om krachten te produceren om het koppel tegen te gaan. Notar is een acroniem dat geen staartrotor betekent. Notars passen de stuwkracht aan door het openen en sluiten van een glijdende cirkelvormige afdekking aan het einde van de staartboom.
een ander alternatief, dat het gewicht van een staartboom en een rotor bespaart, maar zijn eigen complexiteit toevoegt, is het gebruik van twee grote horizontale rotoren die in tegengestelde richting draaien. Een voorbeeld is de Boeing CH-47 Chinook of de Kamov Ka-50. Al deze systemen zijn ontworpen voor hetzelfde doel: om een netto rotatiesnelheid van nul te produceren.
de hoeveelheid vermogen die nodig is om te voorkomen dat een helikopter draait, is significant. Een staartrotor kan tot 30% van het vermogen van de motor gebruiken, en dit vermogen helpt de helikopter geen lift of voorwaartse beweging te produceren. Om dit afval tijdens de cruise te verminderen, wordt de staartvin gehoekt om een zijwaartse lift te produceren die het hoofdrotorkoppel helpt tegen te gaan. Bij hoge snelheden is het gebruikelijk dat de staartvin het volledige koppel tegengaat, waardoor er meer vermogen beschikbaar is voor voorwaartse vlucht. Dit is algemeen bekend als slip-streaming en kan optreden terwijl in een hover op winderige dagen waardoor zweven draait moeilijk.
controlerende vlucht
nuttige vlucht vereist dat een luchtvaartuig in alle drie de dimensies wordt bestuurd (zie vluchtdynamiek). In een vliegtuig met vaste vleugels is dit eenvoudig: kleine beweegbare oppervlakken worden aangepast om de vorm van het vliegtuig te veranderen, zodat de lucht die langskomt het in de gewenste richting duwt. In een helikopter is er echter vaak niet genoeg vliegsnelheid om deze methode praktisch te maken.
voor draaiing om de verticale as wordt het antikoppelsysteem gebruikt. Het variëren van de toonhoogte van de staartrotor verandert de zijwaartse stuwkracht. Dual-rotor helikopters hebben een differentieel tussen de twee rotor transmissies die kunnen worden aangepast door een elektrische of hydraulische motor om differentieel koppel te verzenden en zo de helikopter te draaien. Yaw besturingselementen worden meestal bediend met anti-torque pedalen, op de vloer op dezelfde plaats als een vaste vleugel vliegtuig roer pedalen.
bij pitch (kantelen naar voren en naar achteren) of roll (zijwaarts kantelen) wordt de aanvalshoek van de belangrijkste rotorbladen tijdens de rotatie gewijzigd of gefietst, waardoor een differentieel van de lift op verschillende punten van de draaizuigervleugel ontstaat. Meer lift aan de achterkant van de draaizuigervleugel zal ervoor zorgen dat het vliegtuig naar voren gaat, een toename aan de linkerkant zal een rol naar rechts veroorzaken en ga zo maar door.
helikopters manoeuvreren met drie besturingselementen naast de pedalen. De collectieve pitch control hendel controleert de collectieve pitch, of hoek van aanval, van de helicopter bladen samen, dat wil zeggen, gelijkelijk over de 360 graden vlak-van-rotatie van de belangrijkste rotor systeem. Wanneer de aanvalshoek wordt verhoogd, produceert het blad meer lift. De collectieve controle is meestal een hefboom aan de linkerkant van de piloot, in de buurt van zijn been. Het verhogen van het collectief en het toevoegen van macht met gashendel zorgt ervoor dat een helikopter stijgt.
het gaspedaal regelt het absolute vermogen van de motor die door een transmissie met de rotor is verbonden. De throttle control is een twist grip op de collectieve controle. Toerentalregeling is om verschillende redenen van cruciaal belang voor een goede werking. Helikopterrotoren zijn ontworpen om te werken bij een specifiek toerental. Als het toerental te laag is, kan een snelle afdaling met vermogen, bekend als settling met vermogen, resulteren. Als het toerental te hoog is, kan schade aan de hoofdrotornaaf als gevolg van buitensporige krachten ontstaan. In het algemeen moet het toerental binnen een strakke tolerantie worden gehouden, meestal een paar procent. In veel helikopters met zuigermotor moet de piloot het toerental van de motor en de rotor regelen. De piloot manipuleert het gaspedaal om het toerental van de rotor te handhaven en regelt daarom het effect van de weerstand op het rotorsysteem. Turbine motoren helikopters, en sommige piston helikopters, gebruik servo-feedback loop in hun motor controles om rotor RPM te handhaven en verlicht de piloot van routine verantwoordelijkheid voor die taak.
cyclisch verandert de toonhoogte van de bladen cyclisch, waardoor de lift over het vlak van de rotorschijf varieert. Dit is hoe de piloot ervoor zorgt dat het vliegtuig kantelt en de helikopter beweegt. De cyclische wordt meestal gecontroleerd door de stok voor de piloot.
als een helikopter vooruit beweegt, bewegen de rotorbladen aan één kant met rotortipsnelheid plus de snelheid van het vliegtuig en wordt het voortschrijdende blad genoemd. Als het blad naar de andere kant van de helikopter zwaait, beweegt het met rotortipsnelheid minus vliegtuigsnelheid en wordt het terugtrekkende blad genoemd. Om de toegevoegde lift op het voortschrijdende blad en de verminderde lift op het terugtrekkende blad te compenseren— de lift is een functie van de aanvalshoek en de relatieve luchtsnelheid van een vleugelprofiel— wordt de aanvalshoek van de bladen geregeld door de geometrie van het rotorbladbesturingssysteem en mechanismen die het mogelijk maken de bladen op en neer te flappen. Dit feit van oprukkende en terugtrekkende bladen bepaalt de snelheidsbeperkingen van de helikopter.
als de aanvalshoek van een vleugel, met inbegrip van rotorbladen, te hoog is, scheidt de luchtstroom boven de vleugel zich, waardoor de lift onmiddellijk afneemt en de weerstand toeneemt. Deze aandoening wordt aerodynamische stall genoemd. In een helikopter kan dit op drie manieren gebeuren.
- naarmate de snelheid van de helikopter toeneemt, naderen de voortschrijdende bladen de geluidssnelheid en genereren schokgolven die de luchtstroom over het blad verstoren, waardoor de lift verloren gaat.
- naarmate de helikoptersnelheden toenemen, ondervindt het terugtrekkende blad lagere relatieve luchtsnelheden en compenseren de bedieningsorganen met een hogere aanvalshoek. Met een lage relatieve luchtsnelheid en een hoge aanvalshoek is aerodynamische stilstand onvermijdelijk. Dit heet terugtrekkende blade stall.
- elk laag toerental van de rotor tijdens de vlucht, vergezeld van toenemende collectieve pitchtoepassing, zal leiden tot aerodynamische stilstand.
helikopters zijn aangedreven vliegtuigen, maar ze kunnen nog steeds zonder stroom vliegen door het momentum in de rotoren te gebruiken en met neerwaartse beweging lucht door de rotoren te duwen. De rotoren fungeren als een” windmolen ” en draaien. Deze techniek staat bekend als autorotatie, en geeft de helikopterbemanning een paar kostbare seconden om snel een landingsplaats te vinden als de motor uitvalt.
Ex-military Westland Scout AH.1 (XV134), nu ingeschreven in het Britse Burgerlijk Register.
helikopters zijn altijd zo ontworpen dat zelfs als de motoren uitvallen, autorotatie de staartrotor of het koppelverschil van stroom voorziet. Helikopters behouden alle vluchtbesturingen wanneer ze niet worden bestuurd.
een bijzonder kenmerk van de cyclische is dat de lift 90 graden voor de kantelrichting wordt gedraaid. Dit komt omdat wanneer men een draaiend voorwerp (zoals een rotor) probeert te kantelen, het loodrecht op de richting van de kracht beweegt. Dit wordt “gyroscopische precessie” genoemd. Dus de controle krachten op de rotor worden 90 graden gedraaid voor de gewenste beweging. Bijvoorbeeld, vereist de voorwaartse beweging minder lift aan de voorzijde van de schijf en meer lift aan de achterzijde van de schijf, zodat duwt de piloot cyclisch vooruit. De stuurkoppelingen van de helikopter draaien de pitchingkrachten 90 graden naar achteren tegen de rotor spin, om aan de zijkanten van de rotor te duwen in plaats van aan de voor-en achterkant.Het kostte uitvinders vele jaren om precessie te herkennen, en om te leren hoe ze het cyclische controlesysteem moesten regelen om het te overwinnen.
beperkingen van rotary-wing flight
de meest voor de hand liggende beperking van de helikopter is de lage snelheid. Het huidige record is ongeveer 400 km / u door de Westland Lynx. Er zijn verschillende redenen waarom een helikopter niet zo snel kan vliegen als een vliegtuig met vaste vleugels.
- wanneer de helikopter in rust is, rijden de buitenste punten van de rotor met een snelheid die wordt bepaald door de lengte van het blad en het toerental. In een bewegende helikopter hangt de snelheid van de bladen ten opzichte van de lucht echter af van de snelheid van de helikopter, evenals van hun rotatiesnelheid. De vliegsnelheid van het vooruitgaande rotorblad is veel hoger dan die van de helikopter zelf. Het is mogelijk voor dit blad om de snelheid van het geluid te overschrijden, en dus produceren enorm verhoogde weerstand en trillingen. In theorie is het mogelijk om spiraalvormige rotoren te hebben, in principe gelijk aan de slagvleugels met variabele spoed, die de geluidssnelheid zouden kunnen overschrijden, maar geen van de thans bekende materialen is licht genoeg, sterk genoeg en flexibel genoeg om ze te construeren.
- de meeste rotoren zijn niet stijf. Omdat het oprukkende blad een hogere vliegsnelheid heeft dan het terugtrekkende blad, zou een perfect stijf blad meer lift aan die kant genereren en het vliegtuig omver werpen. Als gevolg daarvan zijn rotorbladen ontworpen om te “flap” – heffen en draaien op een zodanige manier dat het oprukkende blad kleppen en ontwikkelt een kleinere hoek van aanval, waardoor minder lift dan een stijf blad zou produceren. Omgekeerd klept het terugtrekkende blad naar beneden, ontwikkelt het een hogere aanvalshoek en genereert het meer lift. Bij hoge snelheden is de kracht op de rotoren zodanig dat ze overmatig “flappen” en het terugtrekkende blad een te hoge hoek kan bereiken en vastklemmen. In sommige ontwerpen is de naaf stijf. De messen zijn gemaakt van composieten die kunnen buigen zonder te breken. Volledig stijve rotoren bestaan en creëren zeer responsieve helikopters. In de meeste van deze ontwerpen is de lift cyclisch gevarieerd en afhankelijk van de snelheid van de helikopter. De aanpassing is ofwel door het aanpassen van de hoek van aanval van de bladen, of door motor-aangedreven vacuüm apparaten die lucht zuigen in de bladen, het aanpassen van de lift.
de Westland Belvedere twin rotor helikopter had een grote vrachtdeur en externe takel, en werd gebruikt als personeel/parachutisten transport, evacuatie van slachtoffers, en voor het heffen van grote ladingen. De Belvedere had een productie van slechts 26 en ging in 1961 in dienst van de RAF.
- Rotorhead ontwerp is een beperkende factor op veel helikopters. Lage of negatieve-G situaties ondervonden in een semi-rigide systeem zal resulteren in blade flapperen naar beneden totdat het de staartboom of andere casco structuur raakt, gevolgd door rotor scheiding en catastrofale terrein impact.
- helikopters zijn gevoelig voor potentieel rampzalige vortex ring effecten. In deze, de neerwaartse wind van de rotor veroorzaakt een cirkelvormige vortex te vormen rond de rotor. Als deze ring wordt vergroot door terrein, wind, regen of zeespray, kan de helikopter genoeg lift verliezen om zich met kracht te vestigen en de grond raken.
tijdens de laatste jaren van de 20e eeuw begonnen ontwerpers te werken aan het verminderen van helikopterlawaai. Stedelijke gemeenschappen hebben vaak een grote afkeer van lawaaierige vliegtuigen geuit, en politie en passagiershelikopters kunnen impopulair zijn. De herontwerpen volgden op de sluiting van sommige stadsheliports en overheidsacties om vliegroutes in nationale parken en andere plaatsen van natuurlijke schoonheid te beperken.
helikopters trillen. Een niet-aangepaste helikopter kan gemakkelijk zo veel trillen dat het zichzelf uit elkaar schudt. Om trillingen te verminderen, hebben alle helikopters rotorverstellingen voor hoogte en hoogte. De meeste hebben ook trillingsdempers voor hoogte en toonhoogte. Sommige gebruiken ook mechanische feedbacksystemen om trillingen te detecteren en tegen te gaan. Meestal gebruikt het feedbacksysteem een massa als” stabiele referentie ” en een koppeling van de massa werkt een klep om de aanvalshoek van de rotor aan te passen om de trillingen tegen te gaan. Aanpassing is moeilijk, deels omdat het meten van de trilling moeilijk is. Het meest voorkomende afstelmeetsysteem is het gebruik van een stroboscopische flitslamp en het observeren van geschilderde markeringen of gekleurde reflectoren aan de onderkant van de rotorbladen. Het traditionele low-tech systeem is om gekleurd krijt op de rotorpunten te monteren en te zien hoe ze een linnen laken markeren.
Landing
op een schip
een helidek is een helikopterdek op het dek van een schip, meestal op de achtersteven en altijd vrij van obstakels die gevaarlijk zouden zijn voor een helikopterlanding. In de Amerikaanse marine wordt het algemeen en correct aangeduid als de flight deck. Voor sommige helikopters wordt de landing aan boord ondersteund, hoewel het gebruik van een trekinrichting waarbij voorafgaand aan de landing een kabel aan een sonde op de bodem van het vliegtuig wordt bevestigd. De spanning wordt gehandhaafd op de kabel als de helikopter afdaalt, wat de piloot helpt met nauwkeurige positionering van het vliegtuig op het dek; eenmaal op het dek vergrendelen balken sluiten op de sonde, vergrendeling van het vliegtuig naar de cockpit. Dit toestel werd ontwikkeld door de Royal Canadian Navy en werd “Beartrap”genoemd. VS. Marine implementatie van dit apparaat, gebaseerd op Beartrap, wordt het “RAST” systeem (voor Recovery Assist, Secure en Traverse) en is een integraal onderdeel van de lampen Mk III (SH-60B) wapensysteem.
gevaren van helikoptervlucht
zoals met elk bewegend voertuig kan een vlucht buiten veilige omstandigheden leiden tot verlies van controle, structurele schade of dodelijke afloop. Voor helikopters zijn de gevaren bijzonder acuut omdat ze op relatief lage hoogte vliegen, met weinig tijd om te reageren op een plotselinge gebeurtenis. Hieronder volgt een lijst van enkele van de potentiële gevaren:
- terugtrekkende bladstand
- bezinken met vermogen
- Grondresonantie
- toestand met lage G
- werken binnen het gearceerde gebied van het hoogtesnelheidsdiagram
elk van deze aandoeningen is potentieel fataal en herstel is mogelijk niet mogelijk. Goede loodsdiensten vereisen dan ook een veilige vlucht en het vermijden van gevaarlijke omstandigheden ten koste van alles.
Helikoptermodellen en identificatie
Kamov Ka-50 helicopter with contra-roterende co-axial rotors.
bij het identificeren van conventionele helikopters tijdens de vlucht is het nuttig om te weten dat wanneer bekeken van onderaf, de rotor van een Franse, Russische, Sovjet of Oekraïense ontworpen helikopter roteert tegen de klok in, terwijl die van een helikopter gebouwd in Italië, het Verenigd Koninkrijk of de VS roteert met de klok mee (zie lijst van helikoptermodellen).Sommige bedrijven, met name Schweizer in de VS, ontwikkelen op afstand bestuurbare varianten van lichte helikopters voor gebruik in toekomstige slagvelden.
hybride types die kenmerken van helikopters en ontwerpen met vaste vleugels combineren zijn de experimentele Fairey Rotodyne uit de jaren 1950 en de Bell Boeing Osprey, die in opdracht van het US Marine Corps is en het eerste in massa geproduceerde tilt-rotor vliegtuig dat in dienst komt.
een helikopter mag niet worden verward met een autogyro, een historische voorganger van de helikopter die een lift krijgt van een niet-aangedreven rotor.
enkele veel voorkomende bijnamen voor helikopters zijn “copter”, “chopper”, “whirlybird”, “helo” (common U. S. Marine gebruik) of “paraffine budgie” (de laatste term wordt meestal gebruikt in de Britse offshore olie-industrie).
- sjabloon: US patent : “Vliegtuig, vooral vliegtuigen van de directe lift amfibieën type en de wijze van constructie en bediening van de dezelfde “
- Geschiedenis van helikopters (http://centennialofflight.com/history/helicopter.html)
- een Pagina met een afbeelding van een Chinese vliegen boven (http://www.aerospaceweb.org/design/helicopter/history.shtml)
- Helikopter ontwikkeling in het begin van de 20e eeuw (http://www.centennialofflight.gov/essay/Rotary/early_20th_century/HE2.htm)
- Beschrijving van een helikopter (http://www.centennialofflight.gov/essay/Dictionary/helicopter/DI27.htm)
Lijsten van Vliegtuig | Vliegtuig fabrikanten | motoren | motoren fabrikanten
Luchthavens | Airlines | Air forces | Aircraft wapens | Raketten | Tijdlijn van de luchtvaart