Helikopter
A Wikipédiából, a szabad lexikonból.
A helikopter olyan aerodinamikus légi jármű, amely motor segítségével forgatott szárnyakkal tudja önmagát a levegőbe emelni. Repülési magasságát és irányát nem szárnyakkal és vezérsíkokkal, hanem a forgószárnyak állásszögének változtatásával tudja szabályozni. A helikopter szó a görög helix (csavar) és pteron (szárny) szavakból keletkezett. A motor meghajtású helikoptert a szlovák származású Jan Bahyl találta fel. Az első stabil, sorozatgyártásra kerülő típust Igor Sikorsky tervezte.
A rögzítettszárnyú gépekhez képest a helikopterek sokkal összetettebbek, drágábbak, körülményesebb a fenntartásuk és kisebb a teherbírásuk. Jelentős előnyük azonban az irányíthatóság: a helikopter képes egy helyben lebegni, hátrafelé haladni, és mindenek felett függőlegesen le- és felszállni. Pusztán a töltőállomások helye korlátozza mozgásterét.
Tartalomjegyzék |
[szerkesztés] Felhasználási területei
Egyaránt tölt be civil és katonai szerepet, beleértve csapatszállítást, tűzoltást, hajók megközelítését, sebesültek szállítását, civil és rendőrségi megfigyelést, valamint teherszállítást.
[szerkesztés] A helikopter története
I.e. 400 körül a kínai gyerekeknek volt egy ehhez hasonló játékuk. Véletlen egybeesés, hogy a Wright testvérek gyermekkorukban kaptak egy ilyen játékot, amely teljesen lenyűgözte őket. A kereskedelem révén ez a játék bejárta egész Európát, valamint egy festmény is készült róla.
Az első elképzelés egy emberszállító helikopterről Leonardo Da Vinciben fogalmazódott meg a 15. században, de csupán a 20. században, a motormeghajtású repülőgépek után kezdődhetett meg gyártásuk. Ezen gépek úttörői többek közt Jan Bahyl, Asbóth Oszkár, Louis Breguet, Paul Cornu, Juan de la Cierva, Emile Berliner, Ogneslav Kostovic Stepanovic és Igor Sikorsky voltak. Az első irányított repülést Raúl Pateras de Pescara végezte el Buenos Airesben 1916-ban.
[szerkesztés] A felhajtóerő
A hagyományos repülők azon az elven működnek, hogy a gép szárnyai fölött és alatt előrehaladás közben légnyomáskülönbség alakul ki, így felhajtóerő képződik. A helikopter ugyanezt használja ki, azzal a különbséggel, hogy nem az egész gép mozog, hanem csupán a rotorlapátok.
A rotor forgása azonban az ellenkező irányba forgatná a helikopter törzsét, ezért egy kisebb hátsó rotort használnak, ami ellensúlyozza a forgatónyomatékot. Ezt a légcsavart számos modellnél beleágyazzák a farokrészbe, így kevésbé károsodik és kisebb veszéllyel van a körülötte tartózkodókra.
Egy másik módja az ellentétes forgás kiküszöbölésére ha két, egymással ellentétes irányba forgó rotort használnak, például a Boeing CH–47 Chinooknál vagy a Kamov Ka–50-nél.
Döntő fontosságú a helikopter megpördülésének ellensúlyozásához szükséges erő. A farokrotor a hajtómű teljesítményének 30%-át felemészti és nem segít a helikopter felemelésében vagy mozgatásában. Éppen ezért a helikopter farokcsúcsát meghajlítják, hogy az nagy sebességnél a légáramlást kihasználva ellensúlyozza a forgatóhatást és több erőt hagyjon a főrotornak. Ez azonban nehézzé teheti az egy helyben lebegést szeles napokon.
[szerkesztés] Irányított repülés
Természetesen a helikopternek is kormányozhatónak kell lennie. Ezt a problémát a repülőknél viszonylag könnyen meg lehet oldani vezérsíkokkal és légterelőkkel, amik a légáramlat elterelésével megváltoztatják a haladási irányt. A helikopternél azonban a kis sebesség miatt ez nem lehetséges.
A függőleges tengely menti elfordulását a farokrotor fordulatszámának növelésével, vagy csökkentésével lehet elérni. A duplarotoros gépeknél ezt a hatást a két rotor eltérő sebességgel való forgatásával lehet elérni. Ezeknek a vezérlése általában pedálokkal történik.
A helikopter megdöntéséhez (előre, hátra) és az oldalazáshoz a rotorlapátokat az egyik oldalon megdöntik, megnövelik az állásszögét, így az egyik oldalon nagyobb lesz a felhajtóerő, mint a másikon.
A helikopter irányításához a pedálokon kívül három vezérlőrendszere van. A kollektív kar (collective pitch control lever), ami egyenletesen növeli a rotorlapátok szögét (az emelkedést végezve).
A sebességvezérlő szabályozza a hajtómű fordulatszámát. Ez általában egy forgatógomb az utóbbilag említett karon. A helikopterek rotorjait egy adott fordulatszámra tervezik, és ettől csupán néhány százalékkal szabad eltérni. Ezt a folyamatot a pilótának kell szemmel tartania, de egyes dugattyús motoros (piston) helikopterekben, valamint turbinával felszerelt gépekben szervo-visszacsatolású rendszer van, ami leveszi a pilóta válláról ezt a terhet.
A ciklikus (cyclic) vezérlő segítségével lehet a rotortlapátokat megdönteni és a helikoptert mozgásba hozni. Ez a pilóta előtti botkormánnyal történik.
A rotorlapátok haladás közben az egyik oldalon a rotor fordulatszámával plusz a helikopter sebességével, a másik oldalon pedig a rotor fordulatszámával mínusz a helikopter sebességével mozognak, így a két oldalon különbözö nagyságú felhajtóerő lép fel. Ennek érdekében leszűkíti az állásszöget a rotorlapátvezérlő rendszer és a lapátok fel-le hajlását engedő mechanizmus. Az előrenyomuló és visszavonuló lapátok ténye szab korlátot a helikopter sebességének.
Ha bármely szárnyon túl nagy az állásszög, beleértve a rotorlapátokat, a szárny fölötti légáramlat megtörik és eltűnik a felhajtóerő. Ezt aerodinamikus merevedésnek hívják. Egy helikopter esetében ez három módon fordulhat elő.
- 1. Ahogyan nő a helikopter sebessége, a lapátok elérik a hangsebességet és lökéshullámokat okozhatnak a lapát felett, ami a felhajtóerő eltűnéséhez vezet.
- 2. Visszavonuló lapát kisebb sebességű relatív légáramlattal találkozik, ezt a vezérlőrendszer meredekebb támadási szöggel próbálja korrigálni. Ha elég alacsony a relatív légáramlat és elég meredek a támadás szöge, az aerodinamikus merevedés elkerülhetetlen. Ezt nevezik visszavonuló pengemerevedésnek.
- 3. Ha alacsony fordulatszámon túl nagy támadási szöget állítunk be, aerodinamikus merevedés következik be.
A helikopter motormeghajtású jármű azonban képes a lapátok lendületét, valamint a lefelé irányuló mozgást kihasználni. A rotor magától, mintegy "szélmalomként" fog forogni. Ezt a módszert autorotációnak hívják, és ad néhány értékes másodpercet a legénységnek, hogy találjon egy leszállásra alkalmas helyet, ha a hajtómű leáll.
A helikoptereket úgy tervezik, hogy még a hajtómű leállásakor is működjön a farokrotor, így meghajtás nélkül is irányítható marad.
A ciklikus vezérlőrendszer egyik érdekessége, hogy a lapátokat 90 fokkal a kívánt haladási irány előtt döntik meg. Ez azért van, mert ha az ember megpróbál megdönteni egy pörgő testet, például egy rotort, akkor az az erőhatás irányától jobbra fog elmozdulni. Ezt giroszkópikus precessziónak nevezik. Ezért tehát a rotort 90 fokkal a kívánt irány előtt döntik meg. Példaként, az előrehaladáshoz elöl kevesebb felhajtóerőre van szükség, mint hátul, ezért a pilóta előretolja a botkormányt. A helikopter vezérlőrendszere a döntőerőt 90 fokkal eltolja a rotor forgásirányával szembe, jobban nyomva a rotort oldalról, mint elölről vagy hátulról.
A feltalálóknak sok-sok évbe tellett, mire felismerték ezt a folyamatot, és sikerült áthidalniuk ezt a problémát.
[szerkesztés] A rotormeghajtás korlátai
A helikopter legszembetűnőbb hátránya az alacsony végsebessége. A jelenlegi csúcsot a Westland Lynx tartja 400km/h-val. Számos oka van annak, hogy egy helikopter miért nem repülhet olyan gyorsan, mint egy repülő.
-
- Lebegés közben a rotorlapátok csúcsai a lapátok hossza által meghatározott sebességgel mozognak. Egy mozgó helikopternél azonban az előrehaladó lapát levegőhöz viszonyított sebessége sokkal nagyobb, mint a helikopteré és akár a hangsebességet is elérheti, ezzel rázkódást és lökéshullámokat keltve. Elméletileg lehetséges spirálszerűen forgó lapátokat használni, de jelenleg nincs olyan anyag, ami elég erős, könnyű és rugalmas ehhez.
-
- A legtöbb rotor nem merev. Mivel az előrenyomuló lapát erősebb légáramlattal találkozik, mint a visszavonuló, egy teljesen merev lapát azon az oldalon nagyobb felhajtóerőt keltene és megdöntené a helikoptert. Éppen ezért a rotorlapátokat "csapkodásra" - elhajlásra és csavarodásra tervezték, hogy az előrenyomuló lapát felcsapódjon és kisebb támadási szöget produkáljon, ezzel kisebb felhajtóerőt okozva, mint amekkorát egy merev csinálna. Ezzel szemben a visszavonuló pengék lefelé hajlanak, így nagyobb támadási szöget írnak le és nagyobb felhajtóerőt okoznak. Nagy sebességnél, a lapátokra ható erő miatt azok csapkodni kezdhetnek, ekkor a visszavonuló lapátok túl nagy szöget érnek el, majd túlhúzódnak. Néhány típusnál a fedő merev. A lapátok összetettek, melyek anélkül képesek meghajlani, hogy eltörnének. Léteznek teljesen merev lapátosak is, melyek kiváló helikoptereket alkotnak. Ezeknél a felhajtóerőt ciklusonként változtatják a helikopter sebességének megfelelően. Ezt vagy a támadás szögének változtatásával érik el, vagy pedig a hajtómű által működtetett szívóberendezéssel, mely levegőt szív be a lapátokon keresztül.
-
- Meghatározó tényező a rotorfej kialakítása. Alacsony, vagy negatív gravitációs értékeknél a lefelé csapkodó lapátok eltalálhatják a farokrészt, vagy más részét a helikopternek.
-
- A helikopterek különösen érzékenyek a forgószél jellegű hatásokra. A rotor által lefelé fújt levegő szélörvényt kavar a rotor körül. Ha ezt továbbfokozza a terep, szél, eső, vagy tengeri hullámok tajtéka, akkor elég felhajtóerőt veszíthet ahhoz, hogy lezuhanjon.
A 20. század vége felé a tervezők hozzáláttak a helikopter hangjának a csökkentéséhez. Számos civil egyesület panaszkodott a zajos rendőrségi helikopterekre, ami több leszállóhely bezárásához és a helikopterek nemzeti parkokból való kitiltásához vezetett.
A helikopterek rázkódnak. Egy rosszul beállított helikopter akár szét is rázhatja magát. Ennek csökkentésére az összes helikopter rotorját magasság és dőlés szerint állítják be. Némelyeknek mechanikai figyelőrendszere van, ami érzékeli a rezgéseket és ellenrezgéseket indít. Általában szilárd viszonyításként egy súlyt használnak, majd a lapátok támadási szögét változtatva kisimítják a rezgéseket. A beállítások elvégzése elég nehéz, mivel nehéz pontosan megmérni a vibrációt. A legelterjedtebb módszer villógófénnyel megfigyelni a rotorlapátok alján lévő festéseket, vagy színes lámpákat. A hagyományos módszer során fehér krétával megjelölik a lapátok végeit, majd megfigyelik, hogy milyen nyomot hagy a vásznon.
[szerkesztés] A leszállás
Egy hajón
A helo deck egy, a helikopterek számára fenntartott kifutópálya, általában a hajó hátsó részén, és mindig megtisztítva a helikopter számára veszélyes tárgyaktól. A hajóra való leszállást némelyik helikopternél egy leeresztő rendszer segíti, mely egy kábelből áll, ami összeköti a helikoptert egy szondával a fedélzeten. A kábel megfeszítése segíti a pilótát a leszállásban, később az rögzíti a helikoptert a fedélzethez. Az eszközt a Kanadai Haditengerészet fejlesztette ki és "Beartrap"-nek hívták (medvecsapda). Az Egyesült Államok Haditengerészete erre alapozta a "RAST" rendszert, mely szerves része a LAMPS MK III (SH–60B) fegyverrendszernek.
[szerkesztés] Helikoptertípusok és azonosításuk
A hagyományos helikopterek azonosításánál hasznos dolog tudni, hogy a földről nézve a francia, orosz és ukrán helikopterek rotorja az óramutató járásával szemben forog, míg az olasz, brit és amerikai az órajárással megegyezően.
Néhány cég az USA-ban, például a Schweizer távvezérlésű helikopterek kifejlesztésén dolgozik a jövő harcterei számára.
Folyamatban van a hibrid gépek gyártása, melyek egyesítik a helikopter és a repülő előnyeit. Ilyen például az 1950-es években épített Fairey Rotodyne és a Bell Boeing Osprey, amelyet az Amerikai Haditengerészet rendelt meg. Ez lesz az első tömeggyártásra kerülő dönthető motoros légijármű.
A helikoptert nem szabad összekeverni az autogyro-val, ami a helikopter egyik elődje és motor nélküli rotorral képes felemelkedni.
Based on work by