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, sorozatban gyártott típust Igor Sikorsky tervezte.
A merevszárnyú gépekhez képest a helikopterek sokkal összetettebbek, drágábbak, körülményesebb a fenntartásuk és kisebb a teherbírásuk. Jelentős előnyük, hogy a helikoptert a levegőben tartó felhajtóerő megteremtéséhez a helikopternek nem kell viszonylag nagy sebességgel mozognia, mint a repülőgépeknek: a helikopter képes egy helyben függeszkedni, hátrafelé haladni, és mindenek felett függőlegesen egészen kis helyen is le- és felszállni. Pusztán a töltőállomások helye korlátozza mozgásterét.
Felhasználási területei
Egyaránt tölt be civil és katonai szerepet, beleértve csapatszállítást, tűzoltást, hajók megközelítését, sebesültek szállítását, civil és rendőrségi megfigyelést, valamint teherszállítást.
A helikopter története
Fából készült röptető játék
I. e. 400 körül a kínai gyerekeknek volt egy ehhez hasonló játékuk. Véletlen egybeesés, hogy a Wright testvérek gyermekkorukban kaptak egy ilyen röptető 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.
A felhajtóerő
A hagyományos, merevszárnyú repülőgépek azon az elven működnek, hogy a gép szárnyai fölött és alatt előrehaladás közben légnyomáskülönbség alakul ki, így felhajtóerő képződik. A helikopter ugyanezt a fizikai elvet használja ki, azzal a különbséggel, hogy csupán a rotorlapátokon keletkezik felhajtóerő, nem a gép szárnyain (ha egyáltalán vannak, a szárnyakon keletkező felhajtóerő elhanyagolható a rotorokon képződő erőhöz képest).
A rotor forgatásának reakciónyomatéka azonban az ellenkező irányba forgatná a helikopter törzsét, ezért egy kisebb, vízszintes tengelyű hátsó rotort használnak, ami ellensúlyozza a forgatónyomaték hatását. Ezt a légcsavart néhány modellnél beleágyazzák a farokrészbe, így kevésbé károsodhat, kisebb veszéllyel van a körülötte tartózkodókra, és a légellenállása is kedvezőbb.
Egy másik mód az ellentétes forgás kiküszöbölésére, ha két, egymás fölött ellentétes irányba forgó rotort használnak, mint például a Boeing CH–47 Chinooknál vagy a Kamov Ka–50-nél. Ezt a két egymás feletti rotorelrendezésű változatot koaxiális elrendezésnek nevezik. Ezt az elrendezést Nyikolaj Kamov terjesztette el az 1950-es években, és gyakorlatilag az összes Kamov helikopter ezzel az elrendezéssel készült.
Chinook
Döntő fontosságú a helikopter megpördülésének ellensúlyozásához szükséges erő beállítása. 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.
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 elégséges.
A függőleges tengely menti elfordulását a farokrotor fordulatszámának növelésével, vagy csökkentésével lehet elérni, de általában a rotorlapok dőlésszögének változtatásával érik el. A duplarotoros gépeknél ezt a hatást a két rotor eltérő sebességgel való forgatásával lehet elérni. Ezeknek a vezérlése általában pedálokkal történik.
Az Eurocopter EC120B nyolclapátos farokrendszere
A helikopter megdöntéséhez (előre, hátra) és az oldalazáshoz a rotorlapátokat az egyik oldalon megdöntik, megváltoztatják az állásszögét, így az egyik oldalon nagyobb lesz a felhajtóerő, mint a másikon. Ezt az eljárást ciklikus állásszög-szabályozásnak nevezik.
280FX Shark
A helikopter irányítására a pedálokon kívül három vezérlőrendszer szolgál. A kollektív kar (collective pitch control lever), ami az összes rotorlapát állásszögét egyszerre változtatja (az emelkedést szabályozva).
A sebességvezérlő szabályozza a hajtómű fordulatszámát. Ez általában egy forgó markolat az előbb említett karon. A helikopterek rotorjait egy adott fordulatszámra tervezik, és ettől csupán néhány százalékkal szabad eltérni. Ezt a folyamatot általában a pilótának kell szemmel tartania, de egyes helikoptereken ezt egy szervo-visszacsatolású automatika elvégzi a pilóta helyett.
A ciklikus (cyclic) vezérlő segítségével lehet a rotorlapátokat az egyik oldalon megdönteni és a helikoptert ezzel a vízszintes síkban mozgásba hozni. Ez a vezérlő általában a pilóta előtti botkormány.
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 ellensúlyozására a rotorlapátvezérlő rendszer és/vagy a lapátok fel-le hajlását engedő mechanizmus ciklikusan változtatja a rotorlapátok állásszöget. Az előrenyomuló és visszavonuló lapátok ténye szab korlátot a helikopter sebességének.
AH64 Apache
Ha bármely szárnyon túl nagy az állásszög, beleértve a rotorlapátokat, a szárny fölötti légáramlat megtörik és eltűnik a felhajtóerő. Ezt aerodinamikus merevedésnek (átesésnek) 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. A 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 bár 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 valamilyen okból leáll.
UH-1 "Huey"
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°-kal 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 giroszkopikus precessziónak nevezik. Ezért tehát a rotort 90°-kal 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°-kal eltolja a rotor forgásirányával szembe, jobban nyomva a rotort oldalról, mint elölről vagy hátulról.
A feltalálóknak sok-sok évébe tellett, mire felismerték ezt a folyamatot, és sikerült áthidalniuk ezt a problémát.
A rotormeghajtás korlátai
A helikopter legszembetűnőbb hátránya a repülőgépekhez képest alacsonyabb végsebesség. A jelenlegi csúcsot a Westland Lynx tartja 400 km/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 lapátnak a levegőhöz viszonyított sebessége sokkal nagyobb, mint magáé a helikopteré és akár a hangsebességet is elérheti, ez rázkódást és lökéshullámokat kelt. 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.
Westland Lynx
A Bristol Type 192 Belvedere (később átvette a Westland) dupla rotoros helikopter rakodóterének hatalmas ajtaja és emelőszerkezete volt, személy- és csapatszállításra, sebesültek és nagy terhek szállítására. Mindössze 26-ot gyártottak belőle, 1961-től kezdve a RAF-nál (Royal Air Force) teljesített szolgálatot.
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 tovább fokozza 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 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 nehéz, mivel ehhez pontosan mérni kell a vibrációt. A legelterjedtebb módszer villogó fénnyel 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.
Hajón való leszállás
A heli deck egy sík, a hajókon gyakori kiálló elemektől mentes, helikopterek számára fenntartott leszállóhely, általában a hajók hátsó részén (tatján). 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.
Lamps MK III
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 sorozatgyártásban készült dönthető motoros légijármű.
AJÁNLOM AZ OLDALT
