Aerodinamika helikoptera

Aerodinamika helikoptera je posebno komplikovana iz nekoliko razloga.

Prvo, za razliku od aviona kod koga su krila fiksna, helikopterske elise se okreću, što unosi dodatne poteškoće kada je reč o proračunu aerodinamikčih karakteristika letelice. Drugo, iz persprektive modeliranja i eksperimentisanja sa prototipima, teško je izučavati situaciju protoka fluida u kojoj neke komponente rotiraju velikom, neke malom brzinom, dok neke ostaju fiksne. Iz tog razloga mnogi eksperimenti i modeliranja vrše se motedoama izolacije. Inženjer koji se bavi aerodinamikom hilikoptera suočava se sa teškim zadatkom analiziranja leta vazuhoplova sa fiksnim krilom, čije klilo prolazi kroz vazduh i nekom malom i transoničnom brzinom.

Dakle, ispitivanja helikopterska su jako skupa, što znači da je potrebno uložiti mnogo rada u modeliranje, koje je u velikoj meri ograničeno jačinom računara, kao i softverskom podlogom.

U principu, helikopter je projektovan da bude u stanju da obavlja zadatke koje bećina vazduhoplova sa fiksnim uzgonskim površinama ne mogu da urade, a to su vertikalna poletanja i sletanja.

Postoje 4 režima leta kod helikoptera:

• Prvi, lebdenje, gde je sila potiska jednaka sili zemljine teže, pa je helikopter u stanju mirovanja.
• Drugi, uzletanje, gde se stvara dodatni potisak, ne bi li se helikopter kretao vertikalno naviše.
• Treći, sletanje, možda i najkomplikovaniji režim leta zbog prisustva i gornjeg i donjeg protoka u diska rotora, što može da proizvede značajne vibracije samih krakova rotora.
• Četvrti, horizontalni let, u kome se disk rotora nagne napred ili nazad. Tada jedna komponenta vektora uzgonske sile helikopter gura napred, suprotstavljajući se sili orpora sredine.

Problem velikih brzina opstrujavanja vrhova lopatica glavnog rotora

Pri lebdenju helikopterom brzina opstrujavanja po obodu diska rotora (kružna površina koju opisuju lopatice prilikom okretanja rotora) raste od središta prema spoljnim ivicama. Ukoliko se poveća broj okretaja ili dužina lopatica, s ciljem postizanja većeg uzgona i brzine, dolazi do štetne pojave nadzvučnog opstrujavanja vrhova lopatica i stvaranja dodatnog velikog otpora vazduha. Što se više povećava broj obrtaja ili dužina krakova povećava se i zona nadzvučnog strujanja. Tako se daljim povećanjem snage i potrošnje goriva ne dobija veća brzina jer otpor vazduha raste.

Čim helikopter krene iz lebdenja u progresivni let, najčešće prema napred, brzine opstrujavanja rotora počinju da se menjaju na raznim pozicijama unutar diska pa se sve dodatno zakomplikuje. Generalno posmatrano, brzina opstrujavanja vazduha povećava se na strani napadne lopatice dok se smanjuje na strani izlazne. Povećanjem brzine leta povećava se i ta razlika pa dolazi do jačeg momenta valjanja oko uzdužne ose helikoptera jer je na napadnoj strani uzgon sve veći a na nazadnoj sve manji. Zato lopatica tokom jednog ciklusa okretanja za 360° menja napadni ugao (npr. na izlaznoj strani uzgon se povećava) kako bi se kompenzovao moment valjanja. Ali hod napadnog ugla je ograničen i može se menjati samo do neke maksimalne vrednosti. Kad na primjer helikopter leti brzinom 210 km/h tada je lokalna brzina vrhova lopatica određene dužine 676 km/h. Zapravo, njihova lokalna brzina osciluje u pojasu od 467 do 884 km/h.

„Transverse flow“ efekat

„Transverse flow“ efekat se uglavnom javlja pri kretanju helikoptera unapred.

Pri kretanju helikopera, vazuh iznad rotora biva uvučen nadole. Veću količinu vazduha privuče zadnji deo rotora, što kao posledicu daje smanjen napadni ugao. Ovo kao uzrok ima smanjenu uzgonsku silu u zadnjem delu diska rotora što dovodi do naginjanja diska. Naravno, koja strana rotora će imati veću uzgonsku silu odrediće to u koju stranu pilot usmerava helikopter. Dok helikopter ubrzava kretanje kroz vazduh, sve manje i manje vazduha će biti uvučen od strane rotora, pa će se nejednakost prednjeg i zadnjeg dela smanjivati. Na višim brzinama efekat će potpuno nestati.

Kod klasičnih, jednorotorskih helikoptera, efekat počinje već pri brzinama 10-20 km/h, dostiže najveći uticaj pri brzini od 40 km/h. Posle ove brzine uticaj efekta opada, sve do brine od 110 km/h gde potpuno nestaje.