huvudrotor

den enorma spinnrotorn är den enda mest märkbara funktionen hos någon helikopter, men ingen chopper kan klara sig med bara en rotor. Varför? En grundläggande fysikprincip som kallas Newtons tredje rörelselag berättar för oss att när en kraft (kallad en handling)får något att röra sig, får en annan kraft, lika stor (kallad en reaktion),något annat att röra sig i motsatt riktning; handling och reaktion är lika och motsatt är ett annat sätt att uttrycka det. Asa helikopter rotor snurrar runt (åtgärden), hela kroppen av farkosten tenderar att roteranågot långsammare i motsatt riktning (reaktionen). Vänstertill sina egna enheter skulle detta vridmoment (vridkraft) göra ahelicopter helt okontrollerbar, så vi måste motverka det på något sätt med det som kallas motmoment (en vridkraft i motsatt riktning). En lösning är att ha en andra stor rotorspinning åt andra hållet. Ibland monteras detta påsamma mast som den första rotorn (en design som kallas en koaxial rotor);ibland, som i de enorma militära Chinook-helikoptrarna, finns det enstor rotor i vardera änden av farkosten (en design som kallas en tandemrotor).

bladen på en helikopters huvudrotor kommer intre grundläggande typer som tillåter ökande rörelsemängder som de stiftar runt: de kallas styva, halvstyva och helt articulated.As namnet antyder att styva blad är ordentligt fästa vid rotorhub (det ”hjul” som knivarna är fixerade på toppen av spinning rotor mast) genom en svängbar anslutning som kallas afeathering gångjärn (eller pitch gångjärn). Detta tillåter dem att ”fjäder” (sväng när de roterar, vilket, som vi kommer att upptäcka på ett ögonblick, är hur en helikoptersteers). Halvstyva blad har samma fjädergångjärn, men dehar också ett vridande gångjärn (eller flappande gångjärn) som låter dem klappa upp och ner. Heltartikulerade blad kan fjäder och klaff, och de har också en thirdhinge (ett drag gångjärn) som gör att de kan röra sig något före (”bly”) eller bakom(”lag”) sin normala position. Var och en av dessa bladtyper har fördelar och nackdelar.

svansrotor

foto: svansrotorn på en Seahawk helikopter. Svansrotorn drivs av en drivaxel som går tillbaka frånhuvudmotorerna, parallellt med helikopterns kropp. Om du tittar noga ser du att Rotorns blad kan lutas av piloten när de snurrar runt, vilket genererar mer eller mindre tryckkraft och ger helikoptern möjlighet att rotera på plats när den svävar. Bild av James R. Evans med tillstånd av US Navy.

bortsett från att lägga till en andra stor rotor, en annansätt att motverka vridmomentet från huvudrotorn är att använda en liten,sidledspekande propeller som kallas en svansrotor, som drivs av adriveshaft från motorn som går genom farkostens svansände.Ibland, av säkerhetsskäl, är svansrotorn byggd direkt inutisvansen (en design som kallas en fenestron eller fläkt-svans). Ett annat alternativ ärkallas en NOTAR kubi (”ingen svansrotor”), som använder ajet av luft, avfyrade genom en ventil på svansen, för att motverka mainrotor-vridmomentet istället. Om en helikopter har ett enda huvudrotorblad, måste det ha en svansrotor, fenestron eller NOTAR eller det kan inte flysafely; på samma sätt gör någon skada på svansrotorn—som en birdstrike eller missilslag—en copter farligt okontrollerbar och vanligtvisresultat i det kraschar ganska snabbt efteråt. De flesta helikoptrar haren vertikal svansfena (pylon) som också hjälper till att motverka vissaav vridmomentet från huvudrotorn.

hur svävar och styr en helikopter?

en helikopters rotorer är geniala saker somlåt den sväva i luften eller styra i vilken riktning som helst. Piloten har fem grundläggande rörelse-och styrkontroller: två handspakar som kallas kollektiv och cyklisk stigning, en gasreglage och två fotpedaler. De flesta manövrer som en pilot utför innebär ett komplext samspel mellandessa olika kontroller, varför att flyga en helikopter kräversådan skicklighet och koncentration.

svävar

när de börjar snurra runt, genererar flygfälten på motorbladen lyft som övervinner båtens vikt och skjuter upp den i luften. Om hissen är större än vikten klättrar helikoptern; om den är mindre än vikten faller helikoptern. När hissen och vikten är exakt lika, helikopternhovers i luften. Piloten kan få rotorbladen att generera mereller mindre lyft med hjälp av en kontroll som kallas kollektiv tonhöjd (eller”kollektiv”), vilket ökar eller minskar vinkeln (”tonhöjd”)som alla blad gör till den kommande luften när de snurrar runt. Fortakeoff måste bladen göra en brant vinkel för att generera maximal lyft.

konstverk: hur en helikopter svävar och styr: Toppritning: Den kollektiva tonhöjdskontrollen ändrar vinkeln (eller tonhöjden) för var och en av rotorbladen med samma mängd samtidigt (gröna pilar)—med andra ord kollektivt. Om bladen gör en brantare vinkel genererar de mer lyft så att hela farkosten rör sig rakt uppåt (orange pil). Bottom drawing: den cykliska tonhöjdskontrollen ändrar vinkeln på selektiva rotorblad när de snurrar, så (i detta fall) vilket blad som är till vänster ger alltid något mer lyft, medan det motsatta bladet (visas här till höger) alltid ger något mindre lyft. Det betyder att mer Hiss produceras på vänster sida av helikoptern, så den totala hissen (orange pil) lutas åt höger och styr hela helikoptern i den riktningen.

hur händer det? Som vi redan har sett är denhuvudrotorn ansluten till navet på toppen av masten genom afeathering gångjärn som gör att varje blad kan vridas när det snurrar, så detgör en brantare eller grundare vinkel mot den kommande luften. Bladen har korta vertikala stavar (tonhöjdslänkar) fästa vid dem somär anslutna till en roterande metallskiva som kallas en swashplatta, abit lägre ner masten. Denna swashplatta glider på lager runt asekund, liknande platta direkt under som inte roterar. När piloten flyttar den kollektiva ett sätt, båda swash plattor moveupward, trycka upp på planen länkar som lutar rotorbladen till asteeper vinkel. Flytta kollektivet åt andra hållet flyttar swashplattorna tillbaka ner, dra på tonhöjdslänkarna och luta bladentill en grundare vinkel.

i slutet av kollektivet finns en gasreglage ansluten med en kabel till motorn. Detta är som Acar-acceleratorn eller gasen på en motorcykel, vilket ökar eller minskar motorhastigheten så att rotorn gör mer eller mindre lyft.

styrning

rotorerna ger också styrningen för ahelicopter genom att göra mer lyft på ena sidan än den andra. De gör detta genom att svänga fram och tillbaka (fjädring) när de roterar, så till exempel gör de en brantare vinkel när de är på vänster sida av farkosten än när de är till höger. Det betyder att de genererar mer lyft på vänster, lutar båten åt höger och styr den i den riktningen. Piloten styr så här med en andra spak som kallas dencyklisk tonhöjd (även känd som ”cyklisk pinne” eller bara”cyklisk”), som liknar en joystick, vilket gör att bladen svänger de cyklar runt. Den geniala swashplattmekanismen översättarpilotens rörelser till lämpliga rörelser av rotorbladen.Antag att piloten vill flyga till höger. Först flyttar hon cykliken till höger, och ett system med anslutna spakar gör att de två swashplattorna lutar åt höger också. Detta gör att rotorbladen lutar till en brant vinkel när de är till vänster och en grund vinkel när de är till höger, så rotorn producerar mer lyft på vänster sida och styr farkosten till höger.

konstverk: hur swash plattan styr en helikopter. I mitten kan du se en förenklad vy av swashplattmekanismen. Det finns två skivor längst upp på rotormasten, en övre (röd) som roterar på kullager (orange) runt en nedre (blå) som inte roterar alls. Fyra pitch länkar (grön) anslut den övre swash plattan till rotorbladen. Antag nu att du vill flyga till höger. Du lutar cykliken i den riktningen. Det lutar båda swashplattorna över till höger. När rotorbladen roterar tvingar de lutande swashplattorna tonhöjdslänkarna upp när de är till vänster och ner när de är till höger. Det gör att varje rotorblad lutar till en brantare vinkel när den är till vänster och en grundare vinkel när den är till höger. Detta ger mer hiss till vänster och styr helikoptern till höger.

piloten kan också styra näsan på en helikopteri en viss riktning med hjälp av ett par fotkontroller, kända somantitorque pedaler, som ändrar stigningen på svansrotorbladen så att de gör mer eller mindre sidledes dragkraft än vid normalrakt flygning. Det gör att hela farkosten roterar långsamt clockwiseeller moturs så att den går i en annan riktning.På tandemrotorhelikoptrar som Chinook, som inte har någon svansrotor, lutar fotpedalerna swashplattorna för fram-och bakrotorerna på motsatta sätt, styrninghantverket i enlighet därmed.