Helikoptery, w przeciwieństwie do samolotów, nie potrzebują skrzydeł do wytwarzania siły nośnej. Ale jak w takim razie wznoszą się w powietrze?
Kluczem jest wirnik, czyli te obracające się łopaty na górze helikoptera. To one generują ciąg, który pozwala helikopterowi unieść się, utrzymać w powietrzu i poruszać się.
Jak działa wirnik?
Łopaty wirnika są specjalnie wyprofilowane. Mają one kształt profilu lotniczego, podobny do skrzydła samolotu, ale obracają się w poziomie.
Kiedy łopaty wirnika się obracają, powietrze przepływa nad i pod nimi. Kształt profilu lotniczego powoduje, że powietrze nad łopatą porusza się szybciej niż powietrze pod łopatą.
Zgodnie z prawem Bernoulliego, szybszy przepływ powietrza oznacza niższe ciśnienie. Zatem ciśnienie powietrza nad łopatą jest niższe niż ciśnienie pod łopatą. Ta różnica ciśnień generuje siłę skierowaną ku górze - siłę nośną.
Kąt natarcia
Kąt natarcia to kąt pomiędzy cięciwą profilu lotniczego (linia prosta łącząca przedni i tylny brzeg łopaty) a kierunkiem przepływu powietrza.
Zwiększając kąt natarcia, zwiększamy siłę nośną. Jednak zbyt duży kąt natarcia może spowodować przeciągnięcie, czyli nagłe zmniejszenie siły nośnej. To tak, jakby łopata "dusiła się" powietrzem.
Piloci helikopterów stale regulują kąt natarcia łopat wirnika, aby kontrolować siłę nośną i utrzymać helikopter w powietrzu.
Sterowanie helikopterem
Wytwarzanie ciągu to tylko połowa sukcesu. Helikopter musi również mieć możliwość sterowania, czyli poruszania się w przód, w tył, na boki i obracania się.
Do tego służą różne systemy sterowania, w tym tarcza sterująca (swashplate) i śmigło ogonowe.
Tarcza sterująca
Tarcza sterująca to mechanizm, który pozwala na zmianę kąta natarcia łopat wirnika podczas ich obrotu.
Dzięki temu pilot może kontrolować siłę nośną wytwarzaną przez każdą łopatę w danym punkcie obrotu. To pozwala na przechylanie wirnika w dowolnym kierunku, co powoduje ruch helikoptera w odpowiednim kierunku.
Na przykład, jeśli pilot przechyli wirnik do przodu, helikopter zacznie lecieć do przodu.
Śmigło ogonowe
Obracający się wirnik główny generuje moment obrotowy, który powoduje, że kadłub helikoptera chce się obracać w przeciwnym kierunku. To tak jak z zabawką, którą nakręcamy – sprężyna próbuje się rozkręcić w drugą stronę.
Śmigło ogonowe, umieszczone na końcu belki ogonowej, przeciwdziała temu momentowi obrotowemu. Generuje ono ciąg boczny, który utrzymuje helikopter w stabilnej pozycji i pozwala na obracanie się wokół osi pionowej.
Pilot steruje śmigłem ogonowym za pomocą pedałów. Zwiększając ciąg śmigła ogonowego, pilot może obracać helikopter w jedną stronę, a zmniejszając ciąg – w drugą.
Typy wirników
Istnieją różne typy wirników stosowane w helikopterach. Najpopularniejsze to wirniki jednowirnikowe (z jednym wirnikiem głównym i śmigłem ogonowym) i wirniki dwuwirnikowe.
Wirniki dwuwirnikowe mogą być ułożone w różnych konfiguracjach, takich jak wirniki tandemowe (jeden wirnik z przodu, a drugi z tyłu) lub wirniki współosiowe (dwa wirniki umieszczone jeden nad drugim na tej samej osi).
Każda konfiguracja ma swoje zalety i wady, a wybór odpowiedniego typu wirnika zależy od przeznaczenia helikoptera.
Zastosowania helikopterów
Helikoptery znajdują szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach życia. Wykorzystywane są w ratownictwie, transporcie, wojskowości, budownictwie i wielu innych.
Ich zdolność do pionowego startu i lądowania oraz zawisu w powietrzu czyni je niezastąpionymi w sytuacjach, gdzie dostępność terenu jest ograniczona. Na przykład, helikoptery ratunkowe mogą lądować bezpośrednio na miejscu wypadku, aby udzielić pomocy poszkodowanym.
W budownictwie helikoptery mogą transportować ciężkie elementy konstrukcyjne na niedostępne miejsca, takie jak dachy budynków.
Podsumowanie
Wytwarzanie ciągu niezbędnego do lotu helikoptera to skomplikowany proces, który opiera się na zasadach aerodynamiki. Wirnik, dzięki specjalnemu kształtowi łopat i możliwości zmiany kąta natarcia, generuje siłę nośną, która pozwala helikopterowi unieść się i poruszać w powietrzu. Śmigło ogonowe przeciwdziała momentowi obrotowemu i umożliwia sterowanie kierunkiem lotu.
Helikoptery, dzięki swojej wszechstronności, znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach, ratując życie i ułatwiając pracę w trudnych warunkach. Ich unikalne możliwości sprawiają, że są niezastąpionymi maszynami we współczesnym świecie.
