Helikopter

od dzieci akademickie

śmigłowiec to samolot, który jest podnoszony i napędzany przez jeden lub więcej dużych poziomych wirników (śmigieł). Śmigłowce są klasyfikowane jako samoloty obrotowo-skrzydłowe, aby odróżnić je od konwencjonalnych samolotów stałopłatowych. Słowo helikopter pochodzi od greckich słów helix (spirala) i pteron (skrzydło). Śmigłowiec napędzany silnikiem został wynaleziony przez Słowackiego wynalazcę Jana Bahyla. Pierwszy stabilny, w pełni sterowany śmigłowiec wprowadzony do produkcji został wynaleziony przez Igora Sikorskiego.

w porównaniu z konwencjonalnymi samolotami stałopłatowymi, śmigłowce są znacznie bardziej złożone, droższe w zakupie i obsłudze, stosunkowo wolne, mają słaby zasięg i ograniczoną ładowność. Zaletą kompensacyjną jest zwrotność: śmigłowce mogą unosić się w miejscu, cofać, a przede wszystkim startować i lądować pionowo. Z zastrzeżeniem tylko możliwości tankowania i ograniczeń obciążenia/wysokości, śmigłowiec może podróżować w dowolne miejsce i lądować w dowolnym miejscu z oczyszczającym dyskiem wirnika o średnicy półtorej.

spis treści

Aplikacje

śmigłowce mają wiele zastosowań, zarówno wojskowych, jak i cywilnych, w tym transport wojsk, wsparcie piechoty, gaszenie pożarów, operacje na statkach (http://www.tropicaled.com/helicopter2.htm), transport biznesowy, ewakuacja ofiar (w tym MEDEVAC i ratownictwo powietrzne/morskie/górskie), nadzór policyjny i cywilny, przewożenie towarów (niektóre śmigłowce mogą przenosić zawieszone ładunki, pomieścić niezręcznie ukształtowane przedmioty) lub jako uchwyt do kamer nieruchomych, filmowych lub telewizyjnych.

Historia

od około 400 pne Chińczycy mieli latający top, który był używany jako zabawka dla dzieci. Nawiasem mówiąc, bracia Wright otrzymali tę zabawkę jako dzieci i byli nią bardzo zafascynowani. Ta zabawka ostatecznie trafiła do Europy poprzez handel i została przedstawiona na obrazie z 1463 roku. „Pao Phu Tau” to książka z IV wieku n. e. w Chinach, która opisywała niektóre pomysły w samolocie z obrotowym skrzydłem.

pierwszy w pewnym sensie praktyczny pomysł człowieka niosącego helikopter został po raz pierwszy wymyślony przez Leonarda da Vinci w XV wieku, ale dopiero po wynalezieniu samolotu z napędem w XX wieku wyprodukowano rzeczywiste modele. Projektanci tacy jak Jan Bahyl, Louis Breguet , Paul Cornu, Juan de la Cierva, Emile Berliner, Ogneslav Kostovic Stepanovic i Igor Sikorsky byli pionierami tego typu samolotów. Lot pierwszego w pełni sterowanego śmigłowca został zademonstrowany przez Ra?teras de Pescara 1916 w Buenos Aires, Argentyna. Bell 47 zaprojektowany przez Arthura Younga był pierwszym śmigłowcem, który otrzymał licencję (w marcu 1946) do użytku w Stanach Zjednoczonych.

konwencjonalny samolot jest w stanie latać, ponieważ ruch do przodu jego nachylonych skrzydeł zmusza powietrze w dół, tworząc odwrotną reakcję zwaną uniesieniem, która wymusza skrzydła w górę. Śmigłowiec stosuje dokładnie tę samą metodę, z tą różnicą, że zamiast poruszać całym samolotem, poruszane są tylko same skrzydła. Wirnik śmigłowca można po prostu uznać za obracające się skrzydła.

obracanie wirnika generuje podnośnik, ale również stosuje siłę odwrotną do pojazdu, która obraca śmigłowiec w przeciwnym kierunku do wirnika. Przy niskich prędkościach najczęstszym sposobem przeciwdziałania temu momentowi obrotowemu jest zamontowanie z tyłu samolotu mniejszego pionowego śmigła zwanego wirnikiem ogonowym. Wirnik ten wytwarza siłę ciągu, która jest w przeciwnym kierunku od momentu obrotowego generowanego przez wirnik główny. Gdy siła ciągu z wirnika ogonowego jest wystarczająca do anulowania momentu obrotowego z wirnika głównego, śmigłowiec nie będzie obracał się wokół wału wirnika głównego.

jeśli wirnik ogonowy jest osłonięty (tj. wentylator osadzony w pionowym ogonie), nazywany jest fenestronem. Wirnik fenestron wykorzystuje system napędzany pasem do obracania wentylatora i jest mniej wydajny, ale mniej hałaśliwy niż tradycyjny wirnik ogonowy. Inne śmigłowce używają konstrukcji „Notar” : wydmuchują powietrze przez długą szczelinę wzdłuż belki ogonowej, wykorzystując efekt Coandy do wytworzenia sił przeciwdziałających momentowi obrotowemu. Notar to akronim oznaczający brak wirnika ogonowego. Notary regulują siłę ciągu, otwierając i zamykając przesuwną okrągłą pokrywę w pobliżu końca belki ogonowej.

inną alternatywą, która oszczędza masę belki ogonowej i wirnika, ale dodaje własne zawiłości, jest użycie dwóch dużych wirników poziomych, które obracają się w przeciwnych kierunkach. Przykładem jest Boeing CH-47 Chinook lub Kamov Ka-50. Wszystkie te systemy są zaprojektowane do tego samego celu: aby uzyskać zerową prędkość obrotową netto.

ilość mocy potrzebnej do zapobieżenia wirowaniu śmigłowca jest znaczna. Wirnik ogonowy może zużywać do 30% mocy silnika, a ta moc nie pomaga śmigłowcowi w podnoszeniu lub ruchu do przodu. Aby zmniejszyć te straty podczas rejsu, płetwa ogonowa jest nachylona, aby wytworzyć podnośnik boczny, który pomaga przeciwdziałać momentowi obrotowemu głównego wirnika. Przy dużych prędkościach często płetwa ogonowa przeciwdziała całemu momentowi obrotowemu, pozostawiając w ten sposób większą moc do lotu do przodu. Jest to powszechnie znane jako slip-streaming i może wystąpić podczas zawisania w wietrzne dni, co utrudnia zawisanie.

sterowanie lotem

użyteczny lot wymaga, aby statek powietrzny był kontrolowany we wszystkich trzech wymiarach (patrz dynamika lotu). W samolocie ze stałym skrzydłem jest to łatwe: małe ruchome powierzchnie są regulowane w celu zmiany kształtu samolotu tak, aby powietrze przepływające obok popychało go w pożądanym kierunku. Jednak w śmigłowcu często nie ma wystarczającej prędkości powietrznej, aby ta metoda była praktyczna.

do obrotu wokół osi pionowej (odchylenia) stosuje się układ przeciw momentom obrotowym. Zmiana skoku wirnika ogonowego zmienia wytwarzany ciąg boczny. Śmigłowce z dwoma wirnikami mają mechanizm różnicowy między dwoma przekładniami wirnikowymi, który można regulować za pomocą silnika elektrycznego lub hydraulicznego, aby przenosić moment różnicowy, a tym samym obracać śmigłowiec. Regulatory odchylania są zwykle obsługiwane za pomocą pedałów przeciw momentom obrotowym, na podłodze w tym samym miejscu, co pedały steru samolotu ze stałym skrzydłem.

w przypadku skoku (przechylania do przodu i do tyłu) lub przechylania (przechylania na boki) kąt natarcia łopatek wirnika głównego jest zmieniany lub zmieniany cyklicznie podczas obrotu, tworząc różnicę podnoszenia w różnych punktach skrzydła obrotowego. Większy podnośnik z tyłu skrzydła obrotowego spowoduje, że samolot spadnie do przodu, wzrost po lewej spowoduje przewrócenie się w prawo i tak dalej.

śmigłowce manewrować z trzech kontroli lotu oprócz pedałów. Dźwignia sterowania skokiem zbiorczym steruje skokiem zbiorczym lub kątem natarcia łopatek śmigłowca, to znaczy równo w całej płaszczyźnie obrotu o 360 stopni głównego układu wirnika. Gdy kąt ataku jest zwiększony, ostrze wytwarza większą siłę nośną. Sterowanie zbiorcze jest zwykle dźwignią po lewej stronie pilota, w pobliżu jego nogi. Zwiększenie kolektywu i dodanie mocy za pomocą przepustnicy powoduje wzrost helikoptera.

przepustnica kontroluje moc absolutną wytwarzaną przez silnik, który jest połączony z wirnikiem za pomocą przekładni. Sterowanie przepustnicą jest chwytem skrętnym na zbiorczym sterowaniu. Kontrola obrotów ma kluczowe znaczenie dla prawidłowego działania z kilku powodów. Wirniki śmigłowców są zaprojektowane do pracy z określoną prędkością obrotową. Jeśli prędkość obrotowa jest zbyt niska, może dojść do szybkiego opadania z mocą, znanego jako osiadanie z mocą. Jeśli obroty są zbyt wysokie, może dojść do uszkodzenia głównej piasty wirnika z powodu nadmiernych sił. Ogólnie rzecz biorąc, obroty muszą być utrzymywane w wąskiej tolerancji, Zwykle kilku procent. W wielu śmigłowcach z napędem tłokowym pilot musi zarządzać OBROTAMI Silnika i wirnika. Pilot manipuluje przepustnicą, aby utrzymać Obroty wirnika, a tym samym reguluje wpływ oporu na układ wirnika. Śmigłowce z silnikami turbinowymi i niektóre śmigłowce tłokowe wykorzystują pętlę sprzężenia zwrotnego w sterowaniu silnikiem, aby utrzymać Obroty wirnika i zwalnia pilota z rutynowej odpowiedzialności za to zadanie.

cyklicznie zmienia skok łopatek cyklicznie, powodując zmianę podnoszenia w płaszczyźnie tarczy wirnika. W ten sposób pilot powoduje przechylenie samolotu, a śmigłowiec porusza się. Cykliczny jest zwykle kontrolowany przez drążek przed pilotem.

gdy śmigłowiec porusza się do przodu, łopaty wirnika po jednej stronie poruszają się z prędkością wierzchołka wirnika plus prędkość samolotu i nazywa się ostrzem posuwającym. Gdy śmigło przesuwa się na drugą stronę śmigłowca, porusza się z prędkością końcówki wirnika minus prędkość samolotu i nazywa się ostrzem cofającym się. W celu skompensowania dodatkowego unoszenia na posuwającym się łopatce i zmniejszonego unoszenia na cofającym się łopatce-unoszenie jest funkcją kąta natarcia płata i jego względnej prędkości powietrznej-kąt natarcia łopatek jest regulowany przez geometrię układu sterowania łopatkami wirnika i mechanizmy, które umożliwiają łopatkom klapowanie w górę iw dół. Ten fakt posuwania się i cofania łopatek określa ograniczenia prędkości śmigłowca.

jeśli kąt natarcia dowolnego skrzydła, w tym łopat wirnika, jest zbyt wysoki, przepływ powietrza nad skrzydłem oddziela się, powodując natychmiastową utratę podnoszenia i wzrost oporu. Stan ten nazywa się aerodynamicznym straganem. W helikopterze może się to zdarzyć na trzy sposoby.

1. wraz ze wzrostem prędkości śmigłowca, posuwające się łopaty zbliżają się do prędkości dźwięku i generują fale uderzeniowe, które zakłócają przepływ powietrza nad łopatą, powodując utratę podnoszenia.
2. wraz ze wzrostem prędkości śmigłowca, wycofujące się ostrze doświadcza niższych prędkości względnych, a elementy sterujące kompensują większy kąt natarcia. Przy wystarczająco niskiej prędkości względnej i wystarczająco wysokim kącie natarcia, aerodynamiczne przeciągnięcie jest nieuniknione. Nazywa się to wycofaniem ostrza.
3. wszelkie warunki lotu przy niskich obrotach wirnika wraz ze zwiększonym zbiorczym skokiem spowodują wstrzymanie aerodynamiczne.

śmigłowce są napędzane samolotami, ale nadal mogą latać bez mocy, wykorzystując pęd w wirnikach i używając ruchu w dół, aby zmusić powietrze przez wirniki. Wirniki działają jak „wiatrak” i obracają się. Ta technika jest znana jako autorotacja i da załodze śmigłowca kilka cennych sekund na szybkie znalezienie miejsca lądowania, jeśli jego silnik zawiedzie.

śmigłowce są zawsze tak skonstruowane, że nawet w przypadku awarii silników, autorotacja będzie napędzać wirnik ogonowy lub mechanizm różnicowy momentu obrotowego. Śmigłowce zachowują wszystkie elementy sterujące podczas lotu bez zasilania.

bardzo osobliwą cechą cykliczności jest to, że podnośnik wykonuje się o 90 stopni obrotu przed kierunkiem pochylenia. Kiedy bowiem prăłbuje siÄ ™ przechyliä ‡ wirujÄ … cy obiekt (jak wirnik), porusza siÄ ™ on pod kÄ … tem prostopadĺ 'ym do kierunku siĹ’ y. Nazywa się to „precesją żyroskopową”. Tak więc siły sterujące na wirniku są obracane o 90 stopni przed pożądanym ruchem. Na przykład ruch do przodu wymaga mniej podnoszenia z przodu dysku i więcej podnoszenia z tyłu dysku, więc pilot popycha cykliczny do przodu. Łączniki sterujące śmigłowca obracają siły miotające o 90 stopni do tyłu względem wirnika, aby pchnąć po bokach wirnika, a nie jego przód i tył.

wiele lat zajęło wynalazcom rozpoznanie precesji i nauczenie się, jak zorganizować system kontroli cykliczności, aby go przezwyciężyć.

ograniczenia lotu skrzydłami obrotowymi

najbardziej oczywistym ograniczeniem śmigłowca jest jego wolna prędkość. Aktualny rekord to około 400km / h ustanowiony przez Westland Lynx. Istnieje kilka powodów, dla których śmigłowiec nie może latać tak szybko jak samolot o stałym skrzydle.

• gdy śmigłowiec jest w spoczynku, zewnętrzne końcówki wirnika poruszają się z prędkością określoną przez długość łopaty i obroty. W poruszającym się śmigłowcu prędkość łopatek w stosunku do powietrza zależy jednak od prędkości śmigłowca, a także od ich prędkości obrotowej. Prędkość obrotowa łopaty wirnika do przodu jest znacznie wyższa niż samego śmigłowca. Możliwe jest, że ostrze to przekracza prędkość dźwięku, a tym samym wytwarza znacznie zwiększony opór i wibracje. Teoretycznie możliwe jest posiadanie spiralnych wirników, podobnych w zasadzie do skrzydeł o zmiennym skoku, które mogłyby przekraczać prędkość dźwięku, ale żadne obecnie znane materiały nie są wystarczająco lekkie, wystarczająco mocne i elastyczne, aby je skonstruować.
• Większość wirników nie jest sztywna. Ponieważ posuwające się ostrze ma większą prędkość powietrzną niż ostrze cofające się, idealnie sztywne ostrze generuje więcej podnoszenia po tej stronie i przechyla samolot. W rezultacie łopaty wirnika są zaprojektowane tak, aby” trzepać ” – podnosić i skręcać w taki sposób, że posuwające się łopaty klap do góry i rozwija mniejszy kąt natarcia, wytwarzając w ten sposób mniejszy udźwig niż sztywne ostrze. Odwrotnie, wycofujące się ostrze klapa w dół, rozwija większy kąt ataku i generuje więcej podnoszenia. Przy dużych prędkościach siła na wirniki jest taka, że” trzepią ” nadmiernie, a wycofujące się ostrze może osiągnąć zbyt duży kąt i przeciągnąć. W niektórych konstrukcjach piasta jest sztywna. Ostrza wykonane są z kompozytów, które mogą zginać się bez łamania. W pełni sztywne wirniki istnieją i tworzą bardzo elastyczne śmigłowce. W większości takich konstrukcji winda jest zróżnicowana cyklicznie i w zależności od prędkości śmigłowca. Regulacja polega na regulacji kąta natarcia łopatek lub na zasilanych silnikiem urządzeniach próżniowych, które zasysają powietrze do łopatek, regulując podnośnik.

• konstrukcja głowicy wirnikowej jest czynnikiem ograniczającym wiele śmigłowców. Sytuacje o niskim lub ujemnym współczynniku G występujące w układzie półsztywnym spowodują trzepotanie łopatki do momentu uderzenia w belkę ogonową lub inną konstrukcję płatowca, po czym nastąpi separacja wirnika i katastrofalne uderzenie w teren.

• śmigłowce są podatne na potencjalnie katastrofalne efekty pierścienia wirowego. W tych, Wiatr w dół od wirnika powoduje okrągły wir, aby utworzyć wokół wirnika. Jeśli pierścień ten zostanie wzmocniony przez teren, wiatr, deszcz lub natrysk morski, śmigłowiec może stracić wystarczającą siłę nośną, aby uzyskać moc i uderzyć w ziemię.

w ostatnich latach XX wieku projektanci rozpoczęli prace nad redukcją hałasu śmigłowca. Społeczności miejskie często wyrażały wielką niechęć do hałaśliwych samolotów, a policja i śmigłowce pasażerskie mogą być niepopularne. Przebudowa nastąpiła po zamknięciu niektórych miejskich heliportów i rządowych działaniach mających na celu ograniczenie tras lotów w parkach narodowych i innych miejscach o naturalnym pięknie.

Nieskorygowany helikopter może z łatwością wibrować tak bardzo, że będzie się trząść. Aby zmniejszyć wibracje, wszystkie śmigłowce mają regulację wysokości i skoku wirnika. Większość ma również Tłumiki drgań dla wysokości i skoku. Niektórzy używają również mechanicznych systemów sprzężenia zwrotnego do wykrywania i przeciwdziałania wibracjom. Zazwyczaj system sprzężenia zwrotnego wykorzystuje masę jako” stabilne odniesienie”, a połączenie z masą obsługuje klapę, aby wyregulować kąt natarcia wirnika, aby przeciwdziałać wibracjom. Regulacja jest trudna częściowo, ponieważ pomiar drgań jest trudny. Najczęstszym systemem pomiaru regulacji jest użycie lampy błyskowej stroboskopowej i obserwacja malowanych oznaczeń lub kolorowych reflektorów na spodniej stronie łopatek wirnika. Tradycyjnym systemem low-tech jest zamontowanie kolorowej kredy na końcówkach wirnika i zobacz, jak znakują prześcieradło lnu.

lądowanie

na statku

pokład helikoptera jest lądowiskiem śmigłowca na pokładzie statku, zwykle znajduje się na rufie i zawsze jest wolny od przeszkód, które mogłyby okazać się niebezpieczne dla lądowania śmigłowca. W Marynarce Wojennej Stanów Zjednoczonych jest powszechnie i właściwie określany jako flight deck. Lądowanie na pokładzie dla niektórych śmigłowców jest wspomagane przez użycie urządzenia odciągowego, które polega na zamocowaniu kabla do sondy na dnie samolotu przed lądowaniem. Napięcie jest utrzymywane na kablu podczas schodzenia helikoptera, co pomaga pilotowi w dokładnym ustawieniu samolotu na pokładzie; raz na pokładzie belki blokujące blisko sondy, blokujące samolot do kabiny załogi. Urządzenie to zostało zapoczątkowane przez Royal Canadian Navy i nosiło nazwę „Beartrap”. Stany Zjednoczone Navy implementation tego urządzenia, opartego na Beartrap, nazywa się systemem” RAST ” (do wspomagania odzyskiwania, zabezpieczania i Trawersowania) i jest integralną częścią systemu uzbrojenia lamp MK III (SH-60B).

zagrożenia związane z lotem śmigłowca

podobnie jak w przypadku każdego poruszającego się pojazdu, działanie poza bezpiecznymi reżimami może skutkować utratą kontroli, uszkodzeniem konstrukcji lub śmiercią. W przypadku śmigłowców zagrożenia są szczególnie dotkliwe, ponieważ latają one na stosunkowo małej wysokości, z krótkim czasem na reakcję na nagłe zdarzenie. Poniżej znajduje się lista niektórych potencjalnych zagrożeń:

• wycofujące się stanowisko ostrza
• osiadanie z mocą
• rezonans gruntu
• stan niskiego G
• Praca w zacienionym obszarze diagramu wysokości i prędkości

każdy z tych warunków jest potencjalnie śmiertelny i odzyskanie może nie być możliwe. Z tego powodu dobry pilotaż wymaga działania w ramach systemów bezpiecznego lotu i unikania niebezpiecznych warunków za wszelką cenę.

modele i identyfikacja śmigłowców

w identyfikacji konwencjonalnych śmigłowców podczas lotu warto wiedzieć, że patrząc od dołu, wirnik francuskiego, rosyjskiego, Radzieckiego lub ukraińskiego zaprojektowanego śmigłowca obraca się w lewo, podczas gdy Wirnik śmigłowca zbudowanego we Włoszech, Wielkiej Brytanii lub USA obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara (patrz lista modeli śmigłowców).

niektóre firmy, zwłaszcza Schweizer w USA, opracowują zdalnie sterowane warianty lekkich śmigłowców do wykorzystania na przyszłych polach bitew.

typy hybrydowe, które łączą cechy śmigłowców i konstrukcji ze stałymi skrzydłami, obejmują eksperymentalny Fairey Rotodyne z lat 50.i Bell Boeing Osprey, który jest na zamówienie US Marine Corps i jest pierwszym seryjnie produkowanym samolotem przechylno-wirnikowym, który wszedł do służby.

śmigłowca nie należy mylić z autogyro, który jest historycznym poprzednikiem śmigłowca, który zyskuje podnośnik z wirnika bez zasilania.

niektóre popularne pseudonimy dla śmigłowców to „copter”, „chopper”, „whirlybird”, „helo” (wspólne USA). Navy usage) lub „parafina budgie” (ten ostatni termin jest najczęściej używany w brytyjskim przemyśle naftowym na morzu).

• szablon: patent USA : „Samoloty, w szczególności samoloty typu direct lift amphibian oraz środki budowy i eksploatacji tego samego”
• Historia śmigłowców (http://centennialofflight.com/history/helicopter.html)
• strona zawierająca obraz chińskiego latającego szczytu (http://www.aerospaceweb.org/design/helicopter/history.shtml)
• rozwój śmigłowców na początku XX wieku (http://www.centennialofflight.gov/essay/Rotary/early_20th_century/HE2.htm)
• opis śmigłowca (http://www.centennialofflight.gov/essay/Dictionary/helicopter/DI27.htm)

lista samolotów | producentów samolotów | silników lotniczych | producentów silników lotniczych

lotniska / Linie Lotnicze / siły Powietrzne | Broń lotnicza | rakiety / Kalendarium lotnictwa