helikopter

från akademiska barn

en helikopter är ett flygplan som lyfts och drivs av en eller flera stora horisontella rotorer (propellrar). Helikoptrar klassificeras som roterande flygplan för att skilja dem från konventionella fasta flygplan. Ordet helikopter härstammar från de grekiska orden helix (spiral) och pteron (vinge). Den motordrivna helikoptern uppfanns av den slovakiska uppfinnaren Jan Bahyl. Den första stabila, helt kontrollerbara helikoptern som placerades i produktion uppfanns av Igor Sikorsky.

jämfört med konventionella fasta flygplan är helikoptrar mycket mer komplexa, dyrare att köpa och driva, relativt långsamma, har dåligt räckvidd och begränsad nyttolast. Kompensationsfördelen är manövrerbarhet: helikoptrar kan sväva på plats, vända och framför allt ta av och landa vertikalt. Med förbehåll endast för tankningsanläggningar och last/höjdbegränsningar kan en helikopter resa till vilken plats som helst och landa var som helst med en röjning av en rotorskiva och en halv i diameter.

innehåll

applikationer

helikoptrar har många användningsområden, både militära och civila, inklusive trupptransporter, infanteristöd, brandbekämpning, fartygsoperationer (http://www.tropicaled.com/helicopter2.htm), företagstransporter, evakuering av olyckor (inklusive MEDEVAC och luft/hav/bergsräddning), polis och civil övervakning, transport av gods (vissa helikoptrar kan bära slungade laster, rymma obehagligt formade föremål) eller som ett fäste för stillbilder, film-eller TV-kameror.

historia

sedan omkring 400 F.kr. hade kineserna en flygande topp som användes som barnleksak. Förresten, bröderna Wright fick denna leksak som barn och var mycket fascinerad av det. Denna leksak tog sig så småningom till Europa via handel och den har avbildats i en målning från 1463. ”Pao Phu Tau” var 4: e århundradet e.Kr. bok i Kina som beskrev några av ideerna i ett roterande vingeflygplan.

den första något praktiska tanken på en mänsklig bärande helikopter var först tänkt av Leonardo da Vinci på 15-talet, men det var inte förrän efter uppfinningen av det drivna flygplanet på 20-talet som faktiska modeller producerades. Utvecklare som Jan Bahyl,, Louis Breguet, Paul Cornu, Juan de la Cierva, Emile Berliner, Ogneslav Kostovic Stepanovic och Igor Sikorsky banade väg för denna typ av flygplan. En flygning av den första helt kontrollerbara helikoptern demonstrerades av Ra?teras de Pescara 1916 i Buenos Aires, Argentina. Bell 47 designad av Arthur Young var den första helikoptern som licensierades (i mars 1946) för användning i USA.

genererande lyft

ett konventionellt flygplan kan flyga eftersom dess vinklade vingar framåt tvingar luften nedåt, vilket skapar en motsatt reaktion som kallas hiss som tvingar vingarna uppåt. En helikopter använder exakt samma metod, förutom att istället för att flytta hela flygplanet flyttas bara vingarna själva. Helikopterns rotor kan helt enkelt betraktas som roterande vingar.

att vrida rotorn genererar hiss men det applicerar också en omvänd kraft på fordonet, som skulle snurra helikoptern i motsatt riktning mot rotorn. Vid låga hastigheter är det vanligaste sättet att motverka detta vridmoment att ha en mindre vertikal propeller monterad på baksidan av flygplanet som kallas svansrotor. Denna rotor skapar dragkraft som är i motsatt riktning från vridmomentet som genereras av huvudrotorn. När kraften från svansrotorn är tillräcklig för att avbryta vridmomentet från huvudrotorn, kommer helikoptern inte att rotera runt huvudrotoraxeln.

om svansrotorn är höljd (dvs. en fläkt inbäddad i den vertikala svansen) kallas den en fenestron. En fenestron rotor använder ett remdrivet system för att vrida fläkten och är mindre effektiv, men mindre bullriga än en traditionell svansrotor. Andra helikoptrar använder en” Notar ” – design: de blåser luft genom en lång slits längs svansbommen och använder coanda-effekten för att producera krafter för att motverka vridmomentet. Notar är en akronym som betyder ingen svansrotor. Notarer justerar dragkraft genom att öppna och stänga ett glidande cirkulärt lock nära slutet av svansbommen.

ett annat alternativ, som sparar vikten på en svansbom och rotor men lägger till sina egna komplexiteter, är att använda två stora horisontella rotorer som svänger i motsatta riktningar. Ett exempel är Boeing CH-47 Chinook eller Kamov Ka-50. Alla dessa system är utformade för samma ändamål: för att producera en netto rotationshastighet på noll.

mängden kraft som krävs för att förhindra att en helikopter snurrar är betydande. En svansrotor kan använda upp till 30% av motorns kraft, och denna kraft hjälper inte helikoptern att producera lyft eller framåtrörelse. För att minska detta avfall under kryssningen är tailfin vinklad för att producera en sidledslyft som hjälper till att motverka huvudrotorns vridmoment. Vid höga hastigheter är det vanligt att tailfin motverkar hela vridmomentet och därmed lämnar mer kraft tillgänglig för framåtflygning. Detta är allmänt känt som slip-streaming och kan uppstå i en sväva på blåsiga dagar gör svävande svängar svårt.

kontrollerande flygning

användbar flygning kräver att ett flygplan styrs i alla tre dimensioner (se flygdynamik). I ett fastvingat flygplan är det enkelt: små rörliga ytor justeras för att ändra flygplanets form så att luften som rusar förbi skjuter den i önskad riktning. I en helikopter är det dock ofta inte tillräckligt med fart för att denna metod ska vara praktisk.

för rotation kring den vertikala axeln (yaw) används antimomentsystemet. Att variera stigningen på svansrotorn förändrar den sidledes producerade dragkraften. Dubbla rotorhelikoptrar har en skillnad mellan de två rotoröverföringarna som kan justeras med en elektrisk eller hydraulisk motor för att överföra differentiellt vridmoment och därmed vrida helikoptern. Yaw-kontroller drivs vanligtvis med anti-momentpedaler, på golvet på samma plats som ett fastvingat flygplans roderpedaler.

för stigning (lutning framåt och bakåt) eller rulle (lutning i sidled) ändras eller cyklas angreppsvinkeln för huvudrotorbladen under rotationen och skapar en lyftskillnad vid olika punkter på den roterande vingen. Mer lyft på baksidan av den roterande vingen kommer att orsaka flygplanet att pitch framåt, en ökning till vänster kommer att orsaka en rulle till höger och så vidare.

helikoptrar manövrera med tre flygkontroller förutom pedalerna. Styrspaken för kollektiv tonhöjd styr den kollektiva tonhöjden eller angreppsvinkeln för helikopterbladen tillsammans, det vill säga lika i hela 360 graders rotationsplan för huvudrotorsystemet. När angreppsvinkeln ökas ger bladet mer lyft. Den kollektiva kontrollen är vanligtvis en spak på pilotens vänstra sida, nära benet. Att öka kollektivet och lägga till kraft med gasreglage får en helikopter att stiga.

gasreglaget styr den absoluta effekten som produceras av motorn som är ansluten till rotorn med en transmission. Gasreglaget är ett vridgrepp på den kollektiva kontrollen. RPM-kontroll är avgörande för korrekt drift av flera skäl. Helikopterrotorer är konstruerade för att fungera vid ett specifikt varvtal. Om varvtalet är för lågt kan snabb nedstigning med kraft, känd som sedimentering med kraft, resultera. Om varvtalet är för högt kan skador på huvudrotornavet från alltför stora krafter uppstå. I allmänhet måste RPM hållas inom en stram tolerans, vanligtvis några procent. I många kolvdrivna helikoptrar måste piloten hantera motorn och rotorns varvtal. Piloten manipulerar gasreglaget för att upprätthålla rotorns varvtal och reglerar därför effekten av drag på rotorsystemet. Turbinmotorerade helikoptrar, och vissa kolvhelikoptrar, använder servoåterkopplingsslinga i sina motorkontroller för att upprätthålla rotorns varvtal och befriar piloten från rutinansvar för den uppgiften.

den cykliska ändrar bladens stigning cykliskt, vilket gör att hissen varierar över rotorskivans plan. Så här gör piloten att flygplanet lutar och helikoptern rör sig. Cykliken styrs vanligtvis av pinnen framför piloten.

när en helikopter rör sig framåt rör sig rotorbladen på ena sidan med rotorspetshastighet plus flygplanets hastighet och kallas det framåtgående bladet. När bladet svänger till andra sidan av helikoptern rör det sig med rotorspetshastighet minus flygplanshastighet och kallas retreating blade. För att kompensera för den extra hissen på det framåtgående bladet och den minskade hissen på den retreating blade— hissen är en funktion av en flygblads angreppsvinkel och dess relativa flyghastighet— bladens angreppsvinkel regleras av geometrin hos rotorbladets styrsystem och mekanismer som gör det möjligt för bladen att klappa upp och ner. Detta faktum att avancera och dra sig tillbaka blad definierar hastighetsbegränsningarna för helikoptern.

om angreppsvinkeln för någon vinge, inklusive rotorblad, är för hög, separeras luftflödet ovanför vingen och orsakar omedelbar förlust av lyft och ökning av drag. Detta tillstånd kallas aerodynamisk stall. På en helikopter kan detta hända på något av tre sätt.

1. när helikopterhastigheten ökar närmar sig de framåtgående bladen ljudets hastighet och genererar chockvågor som stör luftflödet över bladet och orsakar förlust av lyft.
2. när helikopterhastigheterna ökar upplever det retirerande bladet lägre relativa flyghastigheter och kontrollerna kompenserar med högre attackvinkel. Med en tillräckligt låg relativ flyghastighet och en tillräckligt hög angreppsvinkel är aerodynamisk stall oundviklig. Detta kallas retreating blade stall.
3. varje lågt rotorvarvtal flygtillstånd åtföljt av ökande kollektiv tonhöjdsapplikation kommer att orsaka aerodynamisk stall.

helikoptrar är drivna flygplan, men de kan fortfarande flyga utan kraft genom att använda momentum i rotorerna och använda nedåtgående rörelse för att tvinga luft genom rotorerna. Rotorerna fungerar som en” väderkvarn ” och vänder. Denna teknik är känd som autorotation, och kommer att ge helikopterbesättningen några värdefulla sekunder för att snabbt hitta en landningsplats om motorn misslyckas.

helikoptrar är alltid utformade så att även om motorerna misslyckas, kommer autorotation att driva svansrotorn eller vridmomentskillnaden. Helikoptrar behåller alla flygkontroller när de inte är Powered.

en mycket märklig egenskap hos den cykliska är att hissen är gjord för att ske 90 grader av rotation före lutningsriktningen. Detta beror på att när man försöker luta ett snurrande objekt (som en rotor), rör det sig i rät vinkel mot kraftens riktning. Detta kallas”gyroskopisk precession”. Så styrkrafter på rotorn roteras 90 grader före önskad rörelse. Till exempel kräver framåtriktad rörelse mindre lyft på framsidan av skivan och mer lyft på baksidan av skivan, så piloten skjuter cykliskt framåt. Helikopterns styrkopplingar roterar pitchingkrafterna 90 grader bakåt mot Rotorns snurr, för att trycka på rotorns sidor snarare än dess fram och bak.

det tog uppfinnare många år att känna igen precession och att lära sig att ordna det cykliska styrsystemet för att övervinna det.

begränsningar av rotary-wing flight

den enskilt mest uppenbara begränsningen av helikoptern är dess långsamma hastighet. Det nuvarande rekordet är cirka 400 km / h som fastställts av Westland Lynx. Det finns flera anledningar till varför en helikopter inte kan flyga så fort som ett fastvingat flygplan.

• när helikoptern är i vila, rör sig Rotorns yttre spetsar med en hastighet som bestäms av bladets längd och varvtalet. I en rörlig helikopter beror dock bladens hastighet i förhållande till luften på helikopterns hastighet, liksom på deras rotationshastighet. Flyghastigheten för det framåtgående rotorbladet är mycket högre än själva helikoptern. Det är möjligt för detta blad att överskrida ljudets hastighet och därmed producera kraftigt ökat drag och vibrationer. Det är teoretiskt möjligt att ha spiralformade rotorer, som i princip liknar svepade vingar med variabel tonhöjd, som kan överstiga ljudets hastighet, men inga för närvarande kända material är tillräckligt lätta, tillräckligt starka och flexibla för att konstruera dem.
• de flesta rotorer är inte styva. Eftersom det framåtgående bladet har högre flyghastighet än det retirerande bladet, skulle ett perfekt styvt blad generera mer lyft på den sidan och tippa flygplanet över. Följaktligen är rotorblad utformade för att” flaxa ” – lyfta och vrida på ett sådant sätt att det framåtgående bladet klaffar upp och utvecklar en mindre attackvinkel, vilket ger mindre lyft än ett styvt blad skulle. Omvänt klaffar det retirerande bladet ner, utvecklar en högre angreppsvinkel och genererar mer lyft. Vid höga hastigheter är kraften på rotorerna sådan att de ”klaffar” för mycket och det retreating bladet kan nå för hög vinkel och stall. I vissa mönster är navet styvt. Bladen är gjorda av kompositer som kan böjas utan att gå sönder. Helt styva rotorer finns och skapar mycket lyhörda helikoptrar. I de flesta sådana konstruktioner varierar hissen cykliskt och beroende på helikopterns hastighet. Justeringen sker antingen genom att justera bladets angreppsvinkel eller genom motordrivna vakuumanordningar som suger luft in i knivarna och justerar hissen.

• Rotorhead design är en begränsande faktor på många helikoptrar. Låga eller negativa-g-situationer som uppstår i ett halvstyvt system kommer att resultera i att bladet klappar ner tills det träffar svansbommen eller annan flygplansstruktur, följt av rotorseparation och katastrofal terrängpåverkan.

• helikoptrar är mottagliga för potentiellt katastrofala virvelringseffekter. I dessa orsakar den nedåtgående vinden från rotorn en cirkulär virvel att bildas runt rotorn. Om denna ring förstärks av terräng, vind, regn eller havsspray, kan helikoptern förlora tillräckligt med lyft för att slå sig ner med kraft och slå marken.

under de sista åren av 20-talet designers började arbeta på helikopter brusreducering. Stadssamhällen har ofta uttryckt stor motvilja mot bullriga flygplan, och polis-och passagerarhelikoptrar kan vara impopulära. Omkonstruktionerna följde stängningen av vissa stadshelgplatser och regeringens åtgärder för att begränsa flygvägar i nationalparker och andra platser med naturlig skönhet.

helikoptrar vibrerar. En ojusterad helikopter kan lätt vibrera så mycket att den kommer att skaka sig ifrån varandra. För att minska vibrationer har alla helikoptrar rotorjusteringar för höjd och tonhöjd. De flesta har också vibrationsdämpare för höjd och tonhöjd. Vissa använder också mekaniska återkopplingssystem för att känna av och motverka vibrationer. Vanligtvis använder återkopplingssystemet en massa som en” stabil referens ” och en koppling från massan driver en flik för att justera Rotorns angreppsvinkel för att motverka vibrationen. Justering är svår delvis eftersom mätningen av vibrationen är svår. Det vanligaste justeringsmätningssystemet är att använda en stroboskopisk blixtlampa och observera målade markeringar eller färgade reflektorer på undersidan av rotorbladen. Det traditionella lågteknologiska systemet är att montera färgad krita på rotorspetsarna och se hur de markerar ett linneark.

landning

på ett fartyg

ett helo-däck är en helikopterplatta på fartygets däck, vanligtvis placerad på aktern och alltid fri från hinder som skulle visa sig vara farliga för en helikopterlandning. I den amerikanska flottan kallas det ofta och korrekt som flygdäck. Ombord landning för vissa helikoptrar assisteras genom användning av en neddragningsanordning som innebär fastsättning av en kabel till en sond på botten av flygplanet före landning. Spänningen bibehålls på kabeln när helikoptern går ner vilket hjälper piloten med exakt positionering av flygplanet på däcket; en gång på däck låsbalkar stänger på sonden och låser flygplanet till flygdäcket. Denna enhet var banbrytande av Royal Canadian Navy och kallades ”Beartrap”. USA. Navy implementering av denna enhet, baserad på Beartrap, kallas ”RAST”-systemet (för Recovery Assist, Secure and Traverse) och är en integrerad del av lamporna Mk III (SH-60B) vapensystem.

faror med helikopterflygning

som med alla fordon i rörelse kan Drift utanför säkra system leda till förlust av kontroll, strukturella skador eller dödsfall. För helikoptrar är riskerna särskilt akuta eftersom de flyger i relativt låg höjd, med lite tid att reagera på en plötslig händelse. Följande är en lista över några av de potentiella riskerna:

• Retreating blade stall
• Settling with power
• Ground resonance
• Low-g condition
• arbetar inom det skuggade området i höjdhastighetsdiagrammet

var och en av dessa förhållanden är potentiellt dödlig och återhämtning kanske inte är möjlig. Av denna anledning kräver god lotsning drift inom säkra flygregimer och undviker farliga förhållanden till varje pris.

helikoptermodeller och identifiering

när man identifierar konventionella helikoptrar under flygningen är det bra att veta att när man tittar underifrån roterar rotorn på en fransk, rysk, sovjetisk eller Ukrainsk designad helikopter moturs, medan den för en helikopter byggd i Italien, Storbritannien eller USA roterar medurs (se Lista över helikoptermodeller).

vissa företag, särskilt Schweizer i USA, utvecklar fjärrstyrda varianter av lätta helikoptrar för användning i framtida slagfält.

Hybridtyper som kombinerar funktioner i helikoptrar och fasta vingdesigner inkluderar experimentell Fairey Rotodyne från 1950-talet och Bell Boeing Osprey, som är på beställning av US Marine Corps och är det första massproducerade tilt-rotor-flygplanet som tas i bruk.

en helikopter ska inte misstas för en autogyro, som är en historisk föregångare till helikoptern som får lyft från en unpowered rotor.

några vanliga smeknamn för helikoptrar är ”copter”, ”chopper”, ”whirlybird”, ”helo” (common U. S. Navy användning) eller” paraffin undulat ” (den senare termen används mest i Storbritannien offshore oljeindustrin).

• Mall: amerikanskt patent : ”Flygplan, särskilt flygplan av direktlyft amfibie typ och medel för konstruktion och drift samma”
• historia av helikoptrar (http://centennialofflight.com/history/helicopter.html)
• sida som innehåller en bild av en kinesisk flygande topp (http://www.aerospaceweb.org/design/helicopter/history.shtml)
• Helikopterutveckling i början av 20-talet (http://www.centennialofflight.gov/essay/Rotary/early_20th_century/HE2.htm)
• beskrivning av en helikopter (http://www.centennialofflight.gov/essay/Dictionary/helicopter/DI27.htm)

listor över Flygplan / flygplanstillverkare | flygplansmotorer / Flygplansmotortillverkare

flygplatser | flygbolag | flygvapen | Flygplansvapen | missiler / tidslinje för luftfart