Pierwszy helikopter projektu Paula Cornu z 1907 utrzymał się w powietrzu ok. 1 minutę
Śmigłowiec nad pokładem okrętu
Śmigłowiec lub helikopter (
gr.
héliks, D. hélikos – skręcony; pterón – skrzydło) –
statek powietrzny
cięższy od
powietrza
(
aerodyna
), który wytwarza
siłę nośną
dzięki ruchowi obrotowemu
wirnika
lub wirników napędzanych przez
silnik
, a obecnie coraz częściej przez 2, a czasem nawet 3 silniki. Wirnik zbudowany jest z odpowiednio profilowanych łopat osadzonych w głowicy.
Historia śmigłowców
Chociaż pierwsze projekty maszyn działających na tej zasadzie tworzył
Leonardo da Vinci
, pierwszy lot śmigłowca, zaprojektowanego przez francuskiego producenta rowerów Paula Cornu, miał miejsce w 1907. Najlepsze osiągi tej maszyny to lot na wysokości ok. 1,5 m przez ponad minutę, a pierwszym śmigłowcem, którego lot był w pełni sterowany, był niemiecki
Focke-Wulf Fw 61
z
1936
.
Za "ojca" śmigłowca powszechnie uważa się rosyjskiego konstruktora, pracującego w Stanach Zjednoczonych,
Igora Sikorskiego
, który w
1940
zaprojektował
Vought-Sikorsky 300
. Była to pierwsza działająca maszyna z jednym wirnikiem nośnym i śmigłem ogonowym, które rozwiązywało problem momentu reakcyjnego (zwanego też momentem oporowym), jaki oddziaływa na kadłub śmigłowca, a pochodzi z napędu wirnika nośnego. Ten układ, zwany klasycznym, jest wykorzystywany do dziś w większości maszyn.
Pierwszym śmigłowcem, który trafił do służby, był niemiecki
Flettner Fl-282
– mała, dwumiejscowa maszyna obserwacyjna i łącznikowa, której prototyp oblatano w
1941
, a do
1943
zbudowano ok. 20 sztuk. Początkowo stosowana w
Kriegsmarine
w ochronie konwojów, potem do współpracy z
artylerią
. Kolejnym typem wprowadzonym na wyposażenie był
Sikorsky R-4
oblatany w styczniu
1942
roku, wyprodukowany na zlecenie
US Navy
w ilości 131 sztuk. W
1944
znalazły one zastosowanie w
Birmie
do ewakuacji zestrzelonych pilotów i w
1944
zastąpione zostały przez doskonalszy Sikorsky R-6.
Śmigłowce dwuwirnikowe mogą mieć wirniki umieszczone współosiowo (na jednej osi, obracające się w przeciwnych kierunkach – układ
Kamowa
), lub w układzie podłużnym (z przodu i z tyłu kadłuba) który został zapoczątkowany przez konstruktora polskiego pochodzenia
Franka Piaseckiego
, rzadko w układzie krzyżowym, (układ
Flettnera
), wyjątkowo w układzie poprzecznym (np. nieudany
Mi-12
).
Sterowanie śmigłowcem
Kombinacja
ruchu postępowego
i ruchu obrotowego względem osi wirnika umożliwia śmigłowcom wykonanie manewrów, do których przez wiele lat nie były zdolne żadne
samoloty
. Przykładowo możliwe jest poruszanie się po okręgu tak, aby nos śmigłowca zwrócony był cały czas w kierunku jednego punktu znajdującego się w środku okręgu (piruet).
Ruch postępowy w pionie
Odpowiednikiem lotu szybowego samolotów, który pozwala bezpiecznie wylądować
samolotom
z wyłączonym lub uszkodzonym silnikiem, jest (dla śmigłowców) lot
autorotacyjny
.
Za pomocą dźwigni skoku ogólnego i mocy pilot może zmieniać kąt natarcia wszystkich łopat jednocześnie. Nazywamy to
sterowaniem ogólnym
. Ruch tej dźwigni jest sprzężony z układem regulacji mocy silnika(ów). Powoduje to, że przy zwiększaniu
kąta natarcia
wszystkich łopat (np. podczas startu) wzrasta też moc przekazywana na wirnik z zespołu napędowego – tak, aby utrzymywać prędkość obrotową wirnika (wirników) nośnego w potrzebnym zakresie. Dzięki powyższym dwóm czynnikom istnieje możliwość regulacji siły ciągu wirnika niezależnie od prędkości postępowej w płaszczyźnie poziomej. Śmigłowiec może zatem płynnie przemieszczać się wzdłuż osi pionowej (tzn. w górę lub w dół). Ten statek powietrzny nie potrzebuje więc pasa startowego, aby wznieść się w powietrze, oraz żeby bezpiecznie wylądować. Z tego powodu o śmigłowcach mówi się jako o statkach powietrznych pionowego startu i lądowania. Śmigłowiec jest zdolny do wykonywania
zawisu
– stanu lotu, w którym nie jest wykonywane żadne przemieszczenie.
Pionowe wznoszenie śmigłowca wiążę się z najwyższym oporem indukowanym i wymaga dostarczenia do wirnika dużej mocy, czasem jest to moc maksymalna. Z tego też względu taki lot powinien być wykonywany w razie konieczności, wiąże się on ze zwiększonym ryzykiem wypadku jeśli dojdzie w tym czasie do (choćby częściowej) awarii zespołu napędowego. Z tego też względu operacje: ratownicze i dźwigowo-montażowe na śmigłowcu wymagają wzmożonej uwagi i pracy załogi na pokładzie. Najnowsze generacje śmigłowców (szczególnie śmigłowce trójsilnikowe np.
CH-53E
czy
EH-101
) mają komputerowo rozbudowane układy automatyki mocy silników i pozwalają na bezpieczne wykonanie zadania po awarii jednego silnika.
Ruch postępowy w płaszczyźnie poziomej
Dzięki okresowej, zależnej od położenia łopaty względem śmigłowca, zmianie kąta natarcia łopat (
sterowanie okresowe
), nachyleniu wirnika śmigłowce mogą poruszać się dowolnie w kierunkach przód-tył oraz prawo-lewo
ruchem postępowym
, tzn. bez wykonywania obrotu względem osi wirnika głównego (kabina pilota jest cały czas zwrócona w tym samym kierunku np. na północ). Pilot wykonuje ten manewr poprzez odpowiednie wychylenie drążka sterowniczego.
Wychylenie drążka sterowniczego w lewo powoduje zwiększenie kąta natarcia na łopatach nacierających, a zmniejszenie na łopatach powracających. Patrząc na śmigłowiec z góry, przy wirniku obracającym się przeciwzegarowo łopaty nacierające znajdują się po prawej stronie osi podłużnej kadłuba śmigłowca. Wówczas prawa część wirnika wytwarza większą siłę ciągu w porównaniu z lewą częścią, co jest źródłem pochylenia śmigłowca w lewą stronę wraz pojawieniem się wypadkowej siły zwróconej poziomo w lewo, odpowiadającej za poziomy ruch śmigłowca w tym kierunku. Analogicznie zachowuje się śmigłowiec, gdy wychylimy drążek w każdym innym kierunku lewo-prawo oraz przód-tył i wszystkie kierunki pośrednie.
Ruch obrotowy
względem osi wirnika głównego
Ruch obrotowy
w układzie klasycznym realizowany jest poprzez zmianę skoku śmigła ogonowego. Zmianę tę śmigłowiec realizuje w wyniku sterowania
orczykiem
(pedałami) przez pilota. Śmigłowiec nie wykonuje żadnego ruchu obrotowego względem osi wirnika głównego (lub wykonuje ruch obrotowy ze stałą prędkością kątową), jeżeli
siła ciągu
śmigła ogonowego
równoważy moment siły pochodzący z napędu wirnika nośnego.
Eksploatacja i zastosowanie śmigłowców
Śmigłowiec jest maszyną, w której duża ilość elementów konstrukcji jest poddawana obciążeniom zmiennym co do siły i kierunku. Obciążenia te powodują szkodliwe drgania i naprężenia, a w efekcie
zmęczenie materiału
. Z tego względu wiele elementów śmigłowca wymaga kosztownych prac serwisowo-naprawczych, co sprawia, że jego eksploatacja jest dużo kosztowniejsza niż samolotu. W razie zaniedbań w zakresie przeglądów i remontów śmigłowca może dojść, na skutek zmęczenia materiału, do pęknięcia któregoś z istotnych elementów (np. łopaty wirnika głównego), co może być przyczyną poważnego w skutkach wypadku.
Śmigłowiec dla wykonania tej samej pracy użytecznej wymaga – w stosunku do samolotu – dużo więcej energii, jest zatem również droższy w bieżącej eksploatacji.
Pomimo bardziej złożonego sterowania, wyższych kosztów zakupu i eksploatacji w porównaniu z samolotami, śmigłowce ze względu na swoje unikalne własności (głównie możliwość pionowego startu i lądowania oraz
zawis
) znalazły swoje miejsce w grupach ratowniczych, wojsku i wszędzie tam, gdzie istnieje konieczność lądowania na niewielkiej powierzchni oraz płynnego lotu na niewielkiej wysokości, w trudnych i niedostępnych warunkach terenowych, a także w trudnych warunkach atmosferycznych. Być może w przyszłości wzrośnie również znaczenie transportu cywilnego wykonywanego przez te maszyny.
Zobacz też
Linki zewnętrzne