hoofdrotor

de enorme draaiende rotor is het meest op te merken kenmerk van elke helikopter, maar geen helikopter kan rondkomen met slechts één rotor. Waarom? Een basisprincipe van de fysica genaamd Newton ‘ s derde bewegingswet vertelt ons dat wanneer een kracht (een actie genoemd)iets laat bewegen, een andere kracht, net zo groot (een reactie genoemd),iets anders in de tegenovergestelde richting laat bewegen; actie en reactie zijn gelijk en tegenovergesteld is een andere manier om het te zeggen. Een helikopter rotor draait rond (de actie), het hele lichaam van het vaartuig heeft de neiging om te roteren wat langzamer in de tegenovergestelde richting (de reactie). Links naar zijn eigen apparaten, zou dit koppel (draaikracht) eenhelicopter volledig oncontroleerbaar te maken, dus we moeten het op een bepaalde manier tegen te gaan met wat wordt genoemd tegenkoppel (een draaikracht in de tegenovergestelde richting). Een oplossing is om een tweede grote rotor te hebben die de andere kant op draait. Soms is dit gemonteerd op dezelfde mast als de eerste rotor (een ontwerp genaamd een coaxiale rotor);soms, zoals in de enorme militaire Chinook helikopters, is er een grote rotor aan beide uiteinden van het vaartuig (een ontwerp genaamd een tandem rotor).

Foto: Tandemrotor: deze militaire Boeing CH-47 Chinook heeft een rotor aan de voorkant en een aan de achterkant en ze draaien in tegengestelde richtingen om elkaars koppel te annuleren.Foto van Tamara Vaughn met dank aan US Navy.

De Bladen van de hoofdrotor van een helikopter komen voor in drie basistypen die toenemende hoeveelheden beweging mogelijk maken als ze ronddraaien: ze worden rigide, semi-rigide en volledig genoemd articulated.As de naam suggereert, stijve messen zijn stevig bevestigd aan de rotorhub (het “wiel” waaraan de messen zijn bevestigd aan de bovenkant van despinning rotor mast) door een draaibare verbinding genaamd eeneathering scharnier (of pitch scharnier). Hierdoor kunnen ze “veren” (draaien als ze draaien, wat, zoals we zullen ontdekken in een moment, is hoe een helicoptersteers). Semi-rigide messen hebben dezelfde veren scharnier, maar ze hebben ook een wankele scharnier (of klapperende scharnier) waarmee ze op en neer flappen. Volledig gearticuleerde messen kunnen veren en flappen, en ze hebben ook een thirdhinge (een sleepscharnier) waarmee ze iets voor (“lood”) of achter(“lag”) hun normale positie bewegen. Elk van deze Blades heeft voor-en nadelen.

staartrotor

Foto: de staartrotor van een Seahawk-helikopter. De staartrotor wordt aangedreven door een aandrijfas die terugloopt van de hoofdmotoren, evenwijdig aan het lichaam van de helikopter. Als je goed kijkt, zie je dat de bladen van de rotor door de piloot kunnen worden gekanteld terwijl ze ronddraaien, wat min of meer duwkracht genereert en de helikopter de mogelijkheid geeft om ter plaatse te draaien terwijl hij zweeft. Foto door James R. Evans met dank aan US Navy.

naast het toevoegen van een tweede grote rotor is er een andere manier om het koppel van de hoofdrotor tegen te gaan door gebruik te maken van een kleine, zijwaarts gerichte schroef,een staartrotor genaamd, aangedreven door een stuuras van de motor die door het staarteinde van het vaartuig loopt.Soms, om veiligheidsredenen, de staartrotor is gebouwd recht insidde staart (een ontwerp genaamd een fenestron of fan-staart). Een ander alternatief is een NOTAR® (“geen staartrotor”), die gebruik maakt van ajet van lucht, afgevuurd door een vent op de staart, om het koppel van de hoofdrotor tegen te gaan in plaats daarvan. Als een helikopter een enkele hoofdrotor blad heeft, moet het een staartrotor, fenestron, of NOTAR hebben of het kan niet veilig vliegen; evenzo, elke schade aan de staartrotor—zoals een birdstrike of raket hit—maakt een helikopter gevaarlijk oncontroleerbaar en meestal resulteert in het crashen vrij snel daarna. De meeste helikopters hebben een verticale staartvin (pyloon) die ook helpt om een deel van het koppel van de hoofdrotor tegen te gaan.

hoe zweeft en stuurt een helikopter?

de rotoren van een helikopter zijn ingenieuze dingen die het mogelijk maken om in de lucht te zweven of in elke richting te sturen. De piloot heeft vijf fundamentele beweging en stuurinrichting besturingselementen: twee hand hendels genaamd thecollective en cyclische toonhoogte, een gashendel, en twee voet pedalen. De meeste manoeuvres die een piloot uitvoert, hebben te maken met een complex samenspel tussen deze verschillende besturingen, en daarom vereist het vliegen met een helikopter zoveel vaardigheid en concentratie.

zwevend

wanneer ze beginnen rond te draaien, genereren de vleugelprofielen op de motorbladen een lift die het gewicht van het vaartuig overwint en het de lucht in duwt. Als de lift groter is dan het gewicht,klimt de helikopter; als het minder is dan het gewicht, valt de helikopter. Als de lift en het gewicht precies gelijk zijn, vliegt de helikopter midden in de lucht. De piloot kan ervoor zorgen dat de rotorbladen meer of minder lift genereren met behulp van een controle genaamd de collectieve toonhoogte (of”collectief”), die de hoek (“toonhoogte”)verhoogt of vermindert die alle bladen aan de tegemoetkomende lucht maken als ze rond draaien. Fortakeoff, moeten de bladen een steile hoek maken om maximale lift te genereren.

Artwork: hoe een helikopter zweeft en stuurt: Toptekening: De collectieve pitch control verandert de hoek (of pitch) van elk van de rotorbladen met dezelfde hoeveelheid op hetzelfde moment (groene pijlen)—met andere woorden, collectief. Als de bladen een steilere hoek maken, genereren ze meer lift zodat het hele vaartuig recht omhoog beweegt (oranje pijl). Onderste tekening: de cyclische pitch control verandert de hoek van selectieve rotorbladen als ze draaien, zodat (in dit geval) het blad links altijd iets meer lift produceert, terwijl het tegenovergestelde blad (hier rechts afgebeeld) altijd iets minder lift produceert. Dat betekent dat er meer lift wordt geproduceerd aan de linkerkant van de helikopter, zodat de totale lift (oranje pijl) naar rechts wordt gekanteld, waardoor de hele helikopter in die richting wordt gestuurd.

hoe gebeurt dat? Zoals we al hebben gezien, is de belangrijkste rotor verbonden met de naaf aan de bovenkant van de mast door een scharnier dat het mogelijk maakt elk blad te draaien als het draait, zodat het maakt een steilere of ondiepere hoek ten opzichte van de tegemoetkomende lucht. De bladen hebben korte verticale stangen (pitch links) eraan bevestigd die zijn aangesloten op een roterende metalen schijf genaamd een swash plaat, abit lager naar beneden de mast. Deze swash plaat glijdt op lagers rond een seconde, soortgelijke plaat direct eronder die niet draait. Wanneer de piloot beweegt het collectief een kant op, beide swash platen bewegen omhoog, duwen op de pitch links die de rotorbladen kantelen om eeneeper hoek. Het collectief de andere kant op beweegt de swashplates terug naar beneden, trekt aan de pitch links en kantelt de blazen naar een ondiepere hoek.

aan het einde van het collectief is er een gaskabel verbonden met de motor. Dit is als het gaspedaal van acar of het gaspedaal van een motor, waardoor de motorsnelheid toeneemt of afneemt, zodat de rotor min of meer lift.

stuurinrichting

de rotoren leveren ook de stuurinrichting voor een helicopter door aan de ene kant meer lift te maken dan aan de andere. Ze doen dit door heen en weer te draaien (veren) als ze draaien, dus, bijvoorbeeld, Ze maken een steilere hoek als ze aan de linkerkant van het vaartuig dan wanneer ze aan de rechterkant. Dat betekent dat ze meer lift aan de linkerkant genereren, het vaartuig naar rechts kantelen en het in die richting sturen. De piloot stuurt op deze manier met behulp van een tweede hendel genaamd thecyclic pitch (ook bekend als de “cyclic stick” of gewoon”cyclic”), vergelijkbaar met een joystick, waardoor de bladen draaien als ze rond fietsen. Het ingenieuze swashplaatmechanisme vertaalt de bewegingen van de piloot in passende bewegingen van de rotorbladen.Stel dat de piloot naar rechts wil vliegen. Eerst beweegt ze de cyclische naar rechts, en een systeem van aangesloten hendels maakt de twee swash platen kantelen ook naar rechts. Hierdoor kantelen de rotorbladen in een steile hoek als ze links zijn en in een ondiepe hoek als ze rechts zijn, zodat de rotor meer lift produceert aan de linkerkant, waardoor het vaartuig naar rechts wordt gestuurd.

kunstwerk: hoe de swashplaat een helikopter stuurt. In het midden, kunt u een vereenvoudigde weergave van de swash plaat mechanisme te zien. Er zijn twee schijven aan de bovenkant van de rotormast, een bovenste (rood) die draait op kogellagers (oranje) rond een onderste (blauw) die helemaal niet draait. Vier pitch links (groen) verbinden de bovenste swash plaat met de rotorbladen. Stel dat je naar rechts wilt vliegen. Je kantelt de cyclische in die richting. Dat kantelt beide swash platen naar rechts. Als de rotorbladen draaien, dwingen de gekantelde swashplaten de pitch links omhoog en rechts omlaag. Dat maakt elke rotorblad kantelen naar een steilere hoek als het aan de linkerkant en een ondiepere hoek als het aan de rechterkant. Dit produceert meer lift aan de linkerkant, het sturen van de helikopter naar rechts.

de piloot kan ook de neus van een helikopter in een bepaalde richting sturen met behulp van een paar voetbediening, bekend alsantitorque pedalen, die de toonhoogte van de staartrotorbladen veranderen zodat ze meer of minder zijwaarts duwen dan bij normale vlucht. Dat maakt het hele vaartuig draaien langzaam met de klok mee of tegen de klok in zodat het hoofd in een andere richting.Op tandem rotor helikopters zoals de Chinook, die geen staartrotor hebben, kantelen de voetpedalen de swashplates voor de voor-en achterrotoren op tegenovergestelde manieren, waarbij het vaartuig dienovereenkomstig wordt gestuurd.