Helikopterns flygningsprinciper

Helikoptrar är en typ av luftfartyg som använder horisontella propeller (kallade rotorblad) för att flyga genom luften. Principerna för helikopterflyg baseras på samma fysiklagar som tillåter fasta vingade luftfartyg att flyga. Designen av rotorbladen är det som tillåter helikoptrar att stiga vertikalt, sväva på plats och flyga bakåt. Denna samma design är också vad som begränsar hastigheten på en helikopter.

Aerodynamik

Aerodynamik handlar om de krafter som verkar på objekt som rör sig genom luft och luftens egen rörelse. Det finns fyra krafter som verkar på vilket luftfartyg som helst, inklusive helikoptrar. Tyngdkraft är gravitationens kraft. Lyft är kraften från luften över helikoptrens rotorblad, som motverkar tyngdkraften. Drag är kraften som flyger luftfartyget genom luften, skapad av huvudrotorbladen. Motstånd är luftmotståndets kraft mot luftfartyget när det rör sig genom luften.

Bernoullis princip

Fysikern Daniel Bernoulli upptäckte denna princip genom att vattentryck ökar när en rör försmales. Luften påverkas av samma princip genom helikoptrens luftföljer. Både huvud- och bakrotorblad är luftföljer. Kurvan på luftföljen får luften som färdas ovanför bladet att röra sig snabbare än luften under bladet. Detta skapar en ficka med lågt tryck ovanför helikoptern, vilket skapar lyft, som tillåter helikoptern att stiga. Mängden lyft en luftfölje skapar beror på fem faktorer: yta, form, hastighet, luftdensitet och vinkeln på luftföljen, eller anfallsvinkeln.

Vridmoment

Newtons tredje rörelselag säger att för varje handling finns en lika stor men motsatt reaktion. När huvudrotorn på en helikopter snurrar, skapar den en motvridning i helikoptrens kropp. Detta kallas vridmoment. Stora helikoptrar använder en horisontell rotor, som snurrar i motsatt riktning till den första rotorn. Andra helikoptrar har en vertikal svansrotor, som använder Bernoullis princip för att motverka vridmomentets effekt.

Riktningkontroll

En helikopter som bara rörde sig upp och ner skulle inte vara mycket användbar. Justeringar av luftföljernas anfallsvinkel ger helikoptrar riktningkontroll. När luftföljerna på huvudrotorn lutas framåt, skapar deras lyft framåtrörelse. En större anfallsvinkel i sin lutning betyder mer framåthastighet. När luftföljerna lutas bakåt, rör sig helikoptern bakåt. När hastigheten på den sekundära rotorn ökas eller minskar, vänder helikoptern vänster eller höger.

Luftkompressibilitet

När luftföljen rör sig genom luften, delas luften in i två strömmar som passerar ovanför och under bladet. Vid låga hastigheter krävs lite energi för att dela luften. Vid höga hastigheter blir dock luften som slår mot kanten av luftföljen komprimerad och svårare att dela. Denna kompressibilitet begränsar de hastigheter som är möjliga för en helikopter. Effekten liknar den som observeras med vatten. När du långsamt låter dig sänka ner, finns det lite motstånd. Gör en "belly-flop", dock, och du känner effekten av vattnets kompressibilitet.