Egy kis gyakorlati aerodinamika
A repülőeszközöket sokféle szempontból tudjuk osztályozni. Kicsit egyszerűsítve: a levegőnél könnyebbek a léghajók, hőlégballonok, ezek a statikus felhajtóerő segítségével repülnek. A levegőnél nehezebb eszközök: na, minden más ide tartozik, ezek a dinamikus felhajtóerő miatt maradnak a levegőben: a szárny alatt és felett különböző sebességű légáramlás alakul ki, amely Bernoulli törvénye alapján nyomáskülönbséget is jelent, és amiből egy felfelé irányuló erő keletkezik.
A „minden más”-t feloszthatjuk motoros és motor nélküli légi járművekre, a motoros eszközöket pedig merev szárnyú (repülőgépek) és forgószárnyas (helikopterek, autogirók) kategóriákba illeszthetjük. A motoros repülőgép, felépítéséből adódóan, a beépített dugattyús motorral vagy gázturbinával (esetleg rakétával), légcsavaron vagy kiáramló gázok reakcióerején keresztül nyeri az előrehaladáshoz szükséges hajtóerőt. Az előrehaladásból adódik a szárnyakon ébredő felhajtóerő, amely a gépet a levegőben tartja. A gép kormányfelületein ébrednek azok az erők, amelyek nyomatékai elforgatják a szerkezetet a három tengelye körül: ez a kormányzáshoz kell.
A helikopterek esetében a forgószárny, mint egy nagy légcsavar, termel vonóerőt, és ezt az erőt tudjuk felhasználni mindenre: legelőször is, a levegőbe emelésre. Ha a vonóerő nagyobb, mint a helikopter súlya, már fel is tudtunk szállni. Ha a forgószárny forgási síkját megdöntjük előre (hátra vagy oldalra), a vonóerőnek lesz vízszintes irányú komponense is, amit gyorsításra, fékezésre, oldalirányú kormányzásra lehet fordítani. Sokan kérdezik repülőnapokon, hogy hogyan repül a helikopter hátrafelé, meg oldalazva: na, így.
Itt egy alig pár bakival tarkított videó a Discovery Channel-ről
Ha már a repülőnapnál tartunk, a második leggyakoribb kérdés az, hogy mire való az a propeller a helikopter farkán. Nos, mindenki látott már egykerekező motorost, vagy látta Vin Dieselt a „Halálos iramban” című filmben, a retek nagy, fekete Chargerrel gyorsítani. A felágaskodás a hatás-ellenhatás törvényéből adódik, a meghajtás nyomatékával szemben ébredő reakciónyomaték miatt van. Ez jelentkezik a helikopteren, a megforgatott forgószárny esetében (és a légcsavaros repülőgépeknél is, csak kevésbé intenzíven), ami a helikopter, forgószárnnyal ellentétes irányú pörgését eredményezné, ezért ennek a nyomatéknak a faroklégcsavar vonóerejének segítségével tartanak ellen. Ennek a vonóerőnek a változtatásával lehet a helikoptert a függőleges tengely körül elforgatni, azaz kormányozni.
A helikopter vezetése
Egy mondás szerint a helikopterek nem is tudnak repülni; olyan rondák, hogy a föld eltaszítja őket magától. A pilóta dolga sem egyszerű: meglehetősen bonyolult dolog helikoptert vezetni első néhány próbálkozásra; képzeljük el az egykerekű „biciklit”, amit hajtani, kormányozni és egyensúlyban kell tartani, mindezt egy kerékkel. A forgószárny előre, hátra vagy oldalra döntéséért (ezzel vízszintes vonóerő-komponens létrehozásáért, változtatásáért) a botkormány (cyclic stick, jobb kéz), a vonóerő növeléséért (és ehhez a hajtóművek teljesítményének növeléséért) az egyesített vezérlőkar (EVK, avagy collective lever, bal kéz) a felelős. A függőleges tengely körül a faroklégcsavar vonóerejének változtatásával (tehát a nyomatékok egyensúlyának megbontásával) kormányzunk, ezt a pedálokkal tehetjük meg (anti-torque pedals). A gyakorlatban mindhárom kormányszervet egyszerre, koordináltan kell használni. Például, ha függésből („állunk” a levegőben) vízszintesen akarunk gyorsítani, akkor a bot, ezzel a forgószárny előredöntése, a megjelenő vízszintes vonóerő-komponens miatt, gyorsítást eredményez. Ezzel azonban csökken a függőleges komponens nagysága, ezért a helikopter süllyedni is kezd. Tehát, növeljük ezt a komponenst: „adjunk neki” vonóerőt. Az EVK-val megnöveljük a forgószárny-lapátok beállítási szögét (és ezzel együtt a hajtóművek teljesítményét), amivel nagyobb vonóerő ébred rajtuk. Ez viszont nagyobb reakciónyomatékot is jelent, amit a faroklégcsavar vonóerejének növelésével, tehát a pedál megfelelő oldali belépésével kell kompenzálni (orosz helikopterek: a forgószárny felülről nézve jobbra forog, ezért az azzal ellentétes reakciónyomaték balra fordítaná, ami ellen a jobb pedált kell benyomni. Nyugati helikoptereknél mindez általában fordítva van). Tehát: bot előre, EVK fel, pedál. Fékezés: bot hátra, EVK le, pedál az ellenkező irányba. Satöbbi…
Egy Mi-24D pilótafülkéje (commons.wikimedia.org)
A faroklégcsavar hátránya, hogy teljesítményigényes (pláne egy tízegynéhány tonnás helikopternél, a nagyobbakról nem is beszélve…), és ezt csak a hajtómű rendelkezésre álló teljesítményéből, azaz a forgószárny vonóerejének rovására lehet fedezni. Másik hátránya, hogy veszélyes megközelíteni a helikoptert hátulról. A fel- és leszállás, függés közben az oldalszél vagy a hátszél erőssége is jelenthet korlátozást a faroklégcsavar áramlási viszonyai miatt (itt egy szakmai cikk ezzel kapcsolatban), speciális feladatok végrehajtása során pedig nincs mindig lehetőség széllel szemben végrehajtani a függést, fel- és leszállást. A helikopterek által okozott nagy zaj (ennek környezetvédelmi és harcászati hátrányai egyaránt vannak) is jórészt a faroklégcsavar számlájára írható. Többféle módszer létezik arra, hogy kiváltsák e problémás alkatrészt: a Coandà-effektust kihasználó NOTAR-helikoptereken gázdinamikai módszert alkalmaznak. Legtöbbször azonban több, ellentétes forgásirányú forgószárnyat használnak, amelyek reakciónyomatékai kiegyenlítik egymást. E módszer előnye, hogy a hajtóművek teljes teljesítményét hasznos irányú vonóerőre lehet fordítani. Ilyenek a hosszirányú elrendezésű Boeing Vertol CH-46 Sea Knight és CH-47 Chinook, valamint a kísérleti, keresztirányú elrendezésű Mil Mi-12 Homer helikopterek.
Holland CH-47 Chinook (www.defenseindustrydaily.com)
A kísérleti Mil Mi-12 Homer (www.scale-rotors.com)
Magyar Kamov Ka-26 Hoodlum mezőgazdasági munkát végez (www.vm.gov.hu)
A szovjet-orosz Kamov tervezőiroda a koaxiális elrendezést választotta, azaz a két forgószárny egy tengelyen, ellentétes irányba forog. A céget Magyarországon leginkább a Ka-26-os, mezőgazdasági feladatú helikoptereken keresztül ismeri a legtöbb ember. Az iroda az utóbbi időben főleg haditengerészeti Ka-27/29/32 Helix típuscsaládjával szerepel a helikopteres piacon. A koaxiális elrendezés egyik előnye, hogy így lehet a legkisebb méretű egy adott teljesítményű helikopter egy adott feladatra, ami egy hajó szűkös fedélzetén nem elhanyagolható szempont. A módszer hátránya (mellesleg ez minden több forgószárnyas gépre vonatkozik), hogy a meghajtás, a kormányvezérlés kialakítása nagyon bonyolulttá (tehát munkaigényessé, nehézzé, költségessé, hibák forrásává) válik. Valószínűleg ezért is van az, hogy a legtöbb mai helikoptert „hagyományosan”, faroklégcsavaros elrendezéssel építik, és a hátrányokat más megoldásokkal igyekeznek csökkenteni.
A cikk még nem ért véget, kérlek, lapozz!
