ljubo savin i ivo lujo,temeljni pojmovi o letu helikoptera i tipična oprema zrakoplova

7/26/2019 Ljubo Savin i Ivo Lujo,Temeljni Pojmovi o Letu Helikoptera i Tipina Oprema Zrakoplova

1/240

Ljubo Savin Barba, dipl.ing.

Ivo Lujo, zrakoplovni tehniar

Temeljni pojmovi o letu helikopterai tipina oprema zrakoplova


2/240

2

Zabranjeno je umnoavanje ove knjige u cjeliniili u dijelovima bez pismene dozvole autora.

Sva prava pridrana


3/240

3

Z R A K O P L O V N A Z B I R K A

Temeljni pojmovi o letu helikoptera

i tipina opremazrakoplova

L jubo Savin Barba, dipl. ing.


Split, 2009.


4/240

4

Autori

Ljubo Savin Barba, dipl. ing


TEMELJNI POJMOVI O LETU HEL IKOPTERA

I

TIPINA OPREMA ZRAKOPLOVA

Vlasti ta naklada

Ljubo Savin

Lektura

Anamaria Sabatini, profesorica

Obrada teksta i i lustraci ja

Ivo Lujo

Naklada200 primjeraka

CIPzapis dostupan u raunalnomkataloguNacionalne i sveuiline knjinice

u Zagrebu pod brojem 690537

I SBN 978-953-55562-0-6


5/240

5

S A D R A J

Predgovor ..

PRVI DI O - Temelj ni pojmovi o letu helikoptera ..1. OPENITOO HEL IKOPTERU....

1.1. OSOBINE HELIKOPTERA .. ..1.2. HELIKOPTER KROZ POVIJEST ..1.3. NAMJENA HELIKOPTERA 1.4. PODJELA HELIKOPTERA ..1.5. OPE OSOBINE ZRAKOPLOVA

2.AERODINAMIKE ZNAAJKE LETA HELI KOPTERA .

2.1. MEHANIKA I AERODINAMIKA ..Vektori ...2.1.1. OPI POJMOVI O MEHANICI.

2.1.1.1. Masa, sila i brzina ..2.1.1.2. Rad i snaga

2.1.2.AERODINAMIKI POJMOVI.2.1.2.1. Zrak u gibanju ..

Gibanje zraka i dinamiki tlak.Kinetika energija zraka i dinamiki tlak.Otpor zraka .

2.1.2.2. Aeroprofili .Od nosive povrine do aeroprofila.

Profil kraka rotora helikoptera Sredite tlakaGlavni profili u uporabi ...Strujanje zraka oko profila ..Granini sloj....

Ravnomjerni i vrtloni protok zraka..Utjecaj napadnog kuta na protok zraka .Uvijanje kraka

Polara profila ..3.NOSEIROTOR HEL IKOPTERA

3.1. OPE KARAKTERISTIKE NOSEEGROTORA .Glavni dijelovi noseeg rotora

3.2. KRAK ROTORA HELIKOPTERA .

3.2.1. Aerodinamike osobine krakova .Trapezoidni krak .

11

1315

15

16

18

19

21

25

2525

26

26

41

43

43

44

4445

48

48

51

52

53

53

53

54

55

57

59

62

62

64

65

6670


6/240

6

Sredite tlaka kraka Nesimetrini profili i premjetanje sredita tlaka..Kontrola sile uzgona kraka Sile koje djeluju na krak u rotaciji .

Elastinost mahanja..Uravnoteenost kraka.Stoac rotora..

Mahanje rotora Kut stoca..Kut mahanja Opi uzgon rotora.Smjer sile uzgona rotora

Krak u povlaenju..Krak u napredovanju ..Relativna brzina kraka u odnosu na zrak .Promjene relativne brzine kraka tijekom leta .Oscilacije otpora i vezanje K

3.3. KONTROLA SILE UZGONA ROTORA, PRINCIPI

UPRAVLJANJA ROTOROM ..Princip promjene zajednikog koraka.Princip ciklike promjene koraka

Promjena zajednikog upravljanja korakom.Ciklika promjena upravljanja korakom

Komandna ploha Ciklike longitudinalne i lateralne promjene..

4. REPNI ROTOR HEL IKOPTERA 4.1. OPEKARAKTERISTIKE REPNOG ROTORA 4.2. UINCI DJELOVANJA REPNOG ROTORA..

Mehanizam repnog rotora ..

Uinak tlaka repnog rotora.Fenestronski repni rotor NOTARhelikopter bez repnog rotora

4.3. DJELOVANJE PARA SILANOSEEGI REPNOGROTORA

5. AERODINAMIKO PONAANJEROTORA I NJEGOVIZNAAJNI EFEKTI 5.1. VRTLOENJE GRANINE BRZINE, EFEKTI

ZEMLJE I AUTOROTACIJA..5.1.1. Vrtloenje granine brzine.

70

71

72

73

7475

76

76

77

77

77

77

8383

84

84

92

99

100

100

101

102

102

109

115

115

118

118

118123

124

126

128

128128


7/240

7

Protok zraka kroz rotor .Inducirana brzina ..Ustaljeni let ....Okomiti uzlazni let ......

Okomiti sputajui let..Prijelazni let .5.1.2. Efekti zemlje ...5.1.3. Autorotacija .

Autorotacijske i protuautorotacijske sile .Spust u autorotaciji kod ustaljenog leta

Autorotacijske i protuautorotacijske zone rotora ..Sustav ravnotee rotora..Slijetanje u autorotaciji

6. REIMI LETA HELIKOPTERA I POTREBNASNAGA ZA LET .6.1. OPENITO O TEMELJNIM REIMIMALETA

HELIKOPTERA .6.2. SILE KOJE DJELUJU NA HELIKOPTER U LETU ..

Uravnoteenost helikoptera u letu..Promjena prisutnih sila ..Stacionarni let .

Okomitipenjui i sputajui let.Prijelazni let ..

6.3. RAVNOTEA HELIKOPTERA U LETU6.4. POTREBNA SNAGA ZA LETENJE I TEMELJNE

SNAGE ..Snage motora .Utjecaj mase helikoptera ..

Najvea dostina visina leta helikoptera..

DRUGI DIOTipina oprema zrakoplova7. OPREMA ZRAKOPLOVA 7.1. OPENITO O ZRAKOPLOVNOJ OPREMI.7.2. PODJELA OPREME ZRAKOPLOVA .

7.2.1. Elektro oprema zrakoplova .7.2.1.1. Izvori elektrine energije na zrakoplovu .......

Generatori .Akumulatori Pretvarai i ispravljai..

7.2.1.2. Sustavi elektrine mree na zrakoplovu.

128

129

130

130

130132

133

137

137

138

140

141

144

147

147

149

149

150

150

153

153

154

156

156

161

162

165167

167

168

168

169

169

171

172173


8/240

8

7.2.1.3. Troila elektrine energije na zrakoplovu .7.2.2. Instrumenti zrakoplova

7.2.2.1. Openito o davaima, mjerenju parametaraleta i mjerne jedinice

7.2.2.2. Podjela zrakoplovnih instrumenata Motorski instrumenti ..Pokaziva broja okretajaTermometar ispunih plinova..

Koliinomjer goriva..Tlakomjer ulja i tlakomjer goriva

Pokaziva protoka i mjera potronje goriva Pilotskonavigacijski instrumenti .Zrakoplovna navigacija Visinomjer .

Brzinomjer .Variometar

Pokaziva skretanja i klizanjaAkcelerometarpokaziva ubrzanja - g-metar Aviohorizont-umjetni obzor.Kompas Magnetni kompas ..

iromagnetni kompas..Zrakoplovni sat Pomoni zrakoplovni instrumenti.

7.2.3. Elektronika oprema zrakoplova ..7.2.3.1. Radio komunikacijska oprema zrakoplova .

Radiotelefonske komunikacije .Zrakoplovni komunikacijski primopredajnici .Razglasi - Interfoni

Interventni predajnik - ELT.7.2.3.2. Radionavigacijska oprema zrakoplova Radio navigacija ..Radionavigacijski ureaji zrakoplova.Radio goniometar Radio kompas ..Svesmjerni radio far VOR Radiomagnetni indikator ..Slikoviti navigacijski pokaziva..Ureaj za mjerenje udaljenosti DME..

174

176

178

191191

192

192

193

193

193

194

194196

197

198

199

200

201

202

203

204

205

206

209

211

211

213

214

214215

215

216

217

217

219

221

221222


9/240

9

Sustav za instrumentalno slijetanje ILS ...Odailja pravca..Odailja kuta nagiba...Okomiti radio farovimarkeri ...

Prepoznava - Transponder ..Sustav automatskog letenjaautopilot ..Radio-radarski visinomjer ....Meteoroloki radar.FLIR sustav ..Automatski sustav dojave o turbulenciji .Satelitska navigacija .GPS sustav ..

8.ZNAENJE KRATICAI SIMBOLA ....9. LI TERATURA

223

224

224

224

225226

226

227

229

230

230

230

237

239


10/240

10


11/240

11

Temeljni pojmovi o letu helikoptera i tipina opremazrakoplova PREDGOVOR.

P R E D G O V O R

Helikopteri se sve vie viaju na naem nebu. Premaslubenimpodacima u svijetu ih ima dvadesetak tisua u civilnoj namjeni, a samou Europi preko tri tisue i pet stotina. Ti su brojevi u stalnom porastu

zbog mnogih prednosti helikoptera za koje u zrakoplovstvu postoji lako

obrazloenje.Zanimljivoje navesti samo neke statistike podatke:Srednje vrijeme jednog leta traje u prosjeku 30 minuta, sa prosjenombrzinom 180km/hi duinom preleta do 90km. Broj udesa helikoptera

iz godine u godinu opada, a osobito sa smrtnim ishodom putnika iposada (prema HAI na Internetu).

Helikopteri ne zahtijevaju dugaku uzletno sletnu stazu, kao ni velikiobim zemaljske opremeza opsluivanje,to nije sluaj sa klasinim

zrakoplovom - avionom. Namjena helikoptera, pa s tim i njegova

uporaba u naoj zemlji je viestruka, jer obilujemo razvijenimpriobaljem i velikim brojem otoka, te geografski dugakim kopnenimprostranstvom razliite konfiguracije zemljita.Hrvatsko ratnozrakoplovstvo je u poetku Domovinskog rata okupilo profesionalne idomoljubno orijentirane kadrove i otvorilo put mlaim naratajima u

svom daljnjem profesionalnom razvitku, te je omogueno uspjenoizvravanje ratnih zadaa helikopterskih postrojbi.Sukladno timdogaanjima i sve intenzivnijem nastavku razvitka naeg zrakoplovstvau novijem razdoblju, moemo oekivati sve veu uporabu helikoptera u

zranimoperacijama bilo vojnim ili civilnim.Zbog sve vie tipova i broja helikoptera u uporabi, proizvoai nastojekonstrukcijom i opremom izraditi vienamjenske helikoptere, koji po

svojim tehnikim osobinama ine visoku tehniku pouzdanostuporabljivosti, lakou odravanja i ekonomsku isplativost.

Zrakoplovi, a osobito helikopteri su veoma uinkoviti, ali imaju ivisoke zahtjeve i kriterije glede sigurnosti letenja, pa se sukladno s tim

ponaa inakolski sustav, koji se brine za izbor i kolovanje kadrova.Za obrazovanje profesionalnog pilotskog i tehnikog osoblja kod naspostoje za to obrazovne institucije formirane jo u vrijemeDomovinskog rata, kada su i postavljeni temelji za daljnji razvoj ovog

zahtjevnog sustava..Ova knjiga, Temeljni pojmovi o letu heli koptera itipina opremazrakoplovanamijenjena je svima onima


12/240

12

Temeljni pojmovi o letu helikoptera i tipina opremazrakoplova PREDGOVOR

koji pokazuju zanimanje da upoznaju konstrukciju helikoptera kao

cjeline, te konstrukciju i uloge pojedinih dijelova u funkciji leta, kao i

onima koji na bilo koji nain dolaze u dodir s helikopterom.Prvi prirunik smo priredili jo 1995. godine u emu suvelik doprinospoklonili i moji suradnici:Mladen Veseli, pilot-nastavnik,Olga F lass,profesorica iNoe Brki, profesor.Taj prirunikje bilo namijenjenpotrebama pilotskog i tehnikogosoblja Hrvatskog ratnog zrakoplovstva u tadanjemporatnomrazdoblju.

Davno je prolo vrijeme od uspjenog ostvarenja okomitog uzleta,rjeavanju osnovnih konstrukcijskih i pogonskih problema, te

problema upravljanja.Druga polovina XX. stoljea posveuje

helikopteru sve suvremeniju i raznovrsniju opremljenost kako bimogao to uinkovitije odgovoriti svojoj namjeni. Zato drugi dio ovogizdanja posveujemo tipinoj opremi zrakoplova uope, pa ihelikopteru, gdje se vie pozornosti posveujetemeljnoj, standardnojopremi, njenim osnovnim naelima rada i namjeni.Ova knjiga u cjelini obiluje mnotvom obojenih crtea, popratnim

pojanjenjima i minimumom obrazaca.Pripremu za tiskanje ove knjige potpomoglo je poduzee Geodata

d.o.o.iz Splita, na emu srdano zahvaljujemo.

Za kraj !

Helikopter je i kod nas stvar sadanjosti, ali sve vie budunosti ozbiljno sredstvo prometa u treoj dimenziji.

Letjeti se mora - zato ne !L jubo Savin Barba

Zagreb, 20. travnja 2008. godine


13/240

13

PRVI DIO -Temeljni pojmovi o letu helikoptera.

PRVI DIO

Temeljni pojmovi o letu helikoptera


14/240

14

PRVI DIOTemeljni pojmovi o letu helikopteru .


15/240

15

PRVI DIOTemeljni pojmovi o letu helikoptera 1. OPENITO OHELIKOPTERU

1. OPENITOO HELIKOPTERU

1.1. OSOBINE HEL IKOPTERA

Helikopter (gr.elikoeioas - spirala, vrtnja + pteron - krilo, pero) jezrakoplov koji uzlet i kretanje zrakom ostvaruje pomou okretnih krila,odnosno jednog ili vie vodoravno ugraenih rotora.Izuavanje oblika

ptijih krila dalo je prave smjernice za razvoj uspjenih letjelica. Ali,zrakoplov leti bez mahanja krila zahvaljujui posebnom obliku svojihkrila na kojima se stvara uzgon potreban za let. Za nastanak uzgona

krila se moraju kretati, a to se osigurava elisom ili nekim drugimpogonom koji tjera zrakoplov naprijed. Meutim,helikopter pak nemakrila ve rotor, ali je princip isti. Opstrujavanje rotora daje uzgon

samo to rotor ne miruje, ve se kree zbog ega helikopteru ne trebadodatan pogon. Dakle, krila helikopteru su zapravo krakovi rotora

(moe imati dva ili vie krakova do osam), koji su spojeni na glavurotora. To sve zajedno ini noseirotor, kojegpokree pogonskimotor. Krakovi rotora ujedno nose cijelu teinu helikoptera. Temeljni

uvjet leta je svladavanje gravitacije.Helikopter se bitno razlikuje od drugih vrsta zrakoplova koji imaju

vrsto spojena krila. Okretanje rotora u zranim strujama, kodhelikoptera stvara aerodinamike sile potrebne za okomiti let i kretanje

zrakom. Rotorski sustav moe biti izveden na nekoliko naina, alinajee susreemo helikoptere sa jednim noseim i repnim rotorom(jednorotorne). Postoje i druga konstrukcijska rjeenja glede izvedbinoseeg rotora.

Helikopter je veoma pokretljiv zrakoplov. Mogunost okomitog letenja(penjanja,sputanja i slijetanja), te stajanje na mjestu u zraku(lebdjenje), kretanje u svim smjerovima (naprijed, nazad, bono) iokretanja oko svoje okomite osi (za 3600), ine ga upotrebljivim naraznim terenima i u raznim okolnostima, gdje se ne mogu koristiti

druge vrste letjelica. U sluaju otkaza pogonskog motora, moeuspjeno sletjeti (autorotacija), bez posljedica. Let na malim visinama i

s relativno malim brzinama, omoguava mu neposrednopraenjekonfiguracije terena nad kojim leti i uspjeno izbjegavanje prepreka na

tom putu.Moe sletjeti na nepristupane i neureene terene, krovovezgrada, plovila i sl. Ne treba mu uzletno sletna staza (USS) kao avionu.


16/240

16

PRVI DIOTemeljni pojmovi o letu helikoptera 1. OPENITO O HELIKOPTERU

Takoer, helikopter moe nositi i vanjski teret i letjeti u svimvremenskim uvjetima sukladno opremljenosti i namjeni.

Sve su to prednosti helikoptera u odnosu na avion, ali helikopter ima i

mana.Meu znaajnijim manama su: relativno mala brzina kretanja,

sloenijei veoma zahtjevno upravljanje, manja nosivost tereta, manjidolet, vei utroak pogonskog goriva, skupa proizvodnja i odravanje.

Zbog svega ovoga, ne udi injenica to je od prveideje do realizacijeove letjelice prolo tako dugo vremensko razdoblje.

1.2.HEL IKOPTER KROZ POVIJEST

Ljudska mata o letenju ovjeka poput pticajavljala se jo uprapovijesti. elei letjeti ljudi su pokuali oponaati ptice, a topotvruju i legende iz starogrke mitologije.Poznato je da se letei propeler pojavio u Kini jo 400. godine p.n.e. ito isto otkrieu obliku vrtekese i danas moenai kao djeja igraka(papirni zmaj, kineski

tap). Prvi tvoracideje o okomitom uzletu bio

je Leonardo Da Vinci (oko1483. godine). On je skicirao

napravu sa spiralnim

povrinama (beskonanivijak) koja je postavljena na okomitu osovinu, iji bi

se uzlet, prema njegovim zamislima, mogao ostvariti okretanjem

ljudskom snagom.Dao joj je naziv ornicopter. Ova ideja se smatraizvornim izumom helikoptera. Ali, Leonardo tada nije mogao

pretpostaviti ni znati i za druge zakonitosti koje prate ovakvo gibanje,a osobito ne za one koje mu se suprotstavljaju. Svakako, ideja je veoma

znaajna, jer je potakla kasnija promiljanjai praktina dokazivanjada mogu letjeti i tijela koja su tea od zraka. Dugo vremena se i

zvanina znanost opirala ovoj ideji, smatrajui je iluzijom ineznanstvenom. U brojnim pokuajima daljnjeg razdoblja, problem

pojave reaktivnog momenta predstavljao je ozbiljnu prepreku za

postizanje znaajnijih rezultata. Razrjeenju ovoga doprinio je III.

Newtonov zakon (sile akcije i reakcije). Razvitak su pratili i drugiproblemi, a osobito problem pogona, koji osigurava snagu za uzlet


17/240

17


odravanje i kretanje zrakom. Prvi modeli su pokretani ljudskomsnagom preko namotanih konopa, te kombinirano sa metalnim

oprugama. Izumom motora na paru, a kasnije benzinskog, pa sve do

mlaznog, ovo je bio sve manji problem. 1784. godine je u Parizu

prikazan prvi model letjelice sa okomitim uzletom u zrak pomouopruge kao pogonskog sredstva. Model je imao dva propelera sa etirikraka. U XIX. stoljeupojavilo se vie pokuaja konstrukcijehelikoptera sa parnim pogonom u Velikoj Britaniji, Francuskoj

(Gustave de Ponton dAmecourt 1863. godine je svoju napravu nazvao

helikopter), Italiji, Rusiji, ali se ni jedno nije pokazaloznaajno

uspjenim. Tek poetkom XX. stoljea uvoenjem benzinskog motorakrenule su sve uspjenije realizacije. Prvi uspjeni let helikoptera saljudskom posadom obavio je Paul Corny 1907. godine. 1912. godine

Rus Juriev je konstruirao helikopter sa repnim rotorom i time nastaje

utrka prema rjeenju problema reaktivnog momenta.Juan La Cierva,panjolski inenjerje 1923. godine konstruirao letjelicu s rotorom bezposebnogpogona. Rotor se okretao u zaletu pod djelovanjem zranihstruja, te se istim nije moglo upravljati. Ova letjelica je na krilima i

repu imalapokretne upravljake povrine za upravljanje poput aviona,a vunusilu je ostvarivao propeler pokretan motorom. Svoju jenapravu nazvao autoir (Autogiro). Ipak, njegova upornost nausavravanjuautoira je1928. godine donijela bolje rezultate.Ugradbom sustava usmjerivaa zraka odvunog propelera prema rotoru,

stavljalo je rotor u pogon -

okretanje. Krakovi rotora su

imali fleksibilno vezanje (zglob

arnir), te se njima mogloupravljati za vrijeme vodoravnog


18/240

18


leta. Ovaj se izum dokazao uspjenim, te je obavljeno nekoliko letovana duim relacijama.

Mnogi pokuaji u tom razdobljusu imali vie ili manje uspjeha,ali

upornost je bila sve blia pravomrjeenju.Prvi praktiki upotrebljivhelikopter sa dva paralelno

ugraena rotora konstruiran je unjemakoj tvornici Focke-Wulf1936. godine. Taj model je letio

na visini preko 3400 m, postigao brzinu veu od 120km/h i dolet 230km. Ruski emigrant Igor Sirkosky u SAD je 1939.godine uspjeno

konstruirao jednorotorni helikopter VS-300, a njegova poboljanaverzija R-4 je 1942. godine postigla rekord u trajanju leta vie od

jednog sata i prvo slijetanje i uzlijetanje sa plovila.

Nakon II. svjetskog rata nastavlja se intenzivna proizvodnja i

usavravanje ove letjelice, u emu u poetku prednjae gospodarskimone zemlje, da bi se taj trend naglo proirio i na manje mone poputtadanjeg SSSR-a i mnoge druge, osobito nakon 1950. godine i touglavnom sa mlaznim pogonskim sustavom. Od tada, ova sloena ikorisna letjelica nastavlja intenzivan put razvitka i postaje

nezamjenljiva u mnogim potrebama, kako vojnim, tako i civilnim.

Veliku primjenu nalazi u Korejskom ratu, a jo masovniju uVijetnamskom. U novijem razdoblju su poznata mnoga razliitakonstrukcijska rjeenja i sve vea poboljanja ove nadasve veoma

zanimljive letjelice.

1.3.NAMJENA HELIKOPTERA

Helikopter ima vienamjensko znaenje zbog svojih mogunosti i nizaprednosti u odnosu na druge vrste zrakoplova. Upotreba helikoptera u


19/240

19


vojne svrhe dolazi sve vie do izraaja osobito nakon II.svjetskog rata.Danas je nezamislivo voditi vojne operacije bez upotrebe helikoptera.

Helikopter je pored ope namjene i borbeno sredstvo, kojimoe bitiopremljen naoruanjem za razliita bojevadjelovanja. Tako moe

posluiti za raketiranje i bombardiranje, za protupodmornikodjelovanje (otkrivanje podmornica, torpediranje), za protuoklopno

djelovanje, unitavanje minskih polja, za navoenje topnikihdjelovanja, za vezu, kao pokretno zapovjedno mjesto, za sve vrste

transporta (vojnika, borbene i svake druge opreme), za izvianja isnimanja i td.

Helikopter je u irokoj primjeni kod svih policija svijeta, osobitokoristan u nadzoru i reguliranju kopnenog i morskog prometa,

praenju i otkrivanju teroristikih i slinih kriminalnih skupina,nadzoru granica i u slubi obalske strae. Velika je uloga helikoptera uhitnim medicinskim slubama,te u gorskim slubama spaavanja,

gaenju poara i slinim nepogodama. Helikopter je sve rairenijesredstvo u mnogim drugim potrebama civilnog ivota. Slui za prijevozroba i putnika, a u graditeljstvu i drugim granama gospodarstva za

prijenos i postavljanje tekih tereta na nepristupana mjesta.Sobzirom na letne mogunosti, pouzdanost i veliku uinkovitost,

helikopter ima iroku primjenu i s pravom se moe tvrditi da jeletjelica budunosti.

1.4.PODJELA HELIKOPTERA

Prema maksimalnoj teini pri uzlijetanju, helikopteri se dijele na:lake (do 10 t),

srednje (od 10 do 20 t) iteke (preko 20 t)

Prema namjeni helikopteri mogu biti:

vojni i

civilni

Prema pogonu rotora i broju motora, mogu biti:

jednomotorni i

viemotorni (2, 3 i vie)

Motori mogu biti klipni ili mlazni (turbinski).


20/240

20


Prema broju i konstrukcijskoj izvedbi rotora, helikopteri se dijele na:

Jedno rotorne, ija konstrukcijska izvedba podrazumijeva usvakom sluaju i repni rotor idvo rotorne, a koji mogu biti:

a) rotori u tandemu (Chinook CH-47),b) koaksijalni rotori (jedno osovinski, Kamov), tec)sa dva paralelna nosearotora (na bokovima, poprena ugradba,ije se ravnine okretanja preklapaju ili ne preklapaju - ameriki

Kamax, ruski Mi-12).

Prema broju krakova noseeg rotora, helikopteri mogu biti sa:dvokrakim noseim rotorom iviekrakim noseim rotorom


21/240

21


Prema smjeru okretanja noseegrotora postoje:desno okretajui(evropska izvedba - ruska, francuska) ilijevo okretajui(amerika izvedba)

Treba napomenuti da danas postoje i helikopteri bez repnog rotora

NOTAR (NO TAil Rotor), te tiltrotori, a sve uestaliji je jednorotornihelikopter sa ventilatorskim repnim rotorom (Fenestron).

Postizanje duplo vee vune sile kod helikoptera sa dva nosearotorau odnosu na jedno rotorne, ima za posljedicu neke druge negativne

strane, ali je oito da iskljuivojedna koncepcija ne moe udovoljitisvim zahtjevima, te su nuna kompromisna rjeenja izmeu viekoncepcija. Tri su glavne tenje koje opredjeljuju izbor koncepcije i to:

postizanje to boljih letnih osobina,zadovoljenje namjenskimzahtjevima i ekonomski isplativa proizvodnja i odravanje.Naa dalja razmatranja i prouavanja bit e temeljena na jednorotornom helikopteru, a za primjer emo koristiti, u uporabi veomauestao helikopter Gazelle SA-341/342 (Aerospatiale, France).

1.5. OPE OSOBINEZRAKOPLOVA

Odravanje leteih objekata u zraku postie se pomou nosivih krila,

koja se odlikuju odreenim oblikom poprenih presjeka, tj. profilom.

To je povrinaaerodinamikog oblika, koja ostvaruje uzgon potrebanza let zrakoplova sa minimalnim otporom.

Na krilu s aerodinamikim profilom koji se kree zrakom brzinom v,

razvija se tlak Fn(sila usmjerena prema goresila uzgona).

Sila Fnje aerodinamika sila, koja se suprotstavlja teini leteegobjekta i ona omoguava let tijelima teim od zraka.

Brzina zraka je temel jni uzrok, koji na profi lu kr i la stvaraaerodinamiku silu odravanja u zraku.


22/240

22


Brzina kretanja v kroz zrak kod avionase postie pomou propeleraili

reaktora kojeg pokree motor, a kod helikoptera se postie pomourotacije rotora, koji se takoer pokree brzinom U od motora. Sila FN(opiuzgon rotora)okomita je na plohu rotacije rotora.

Dakle, moe se zakljuiti da za odravanje u zraku avion mora bitipokrenut progresivnom brzinom (zaletom) v.Helikopteru nije potreban

zalet. On silu uzgona ostvaruje u mjestu, jer mu se krakovi rotora

okreu brzinom Upomou pogonskog motora.Krakovi helikopteruomoguavaju okomiti let (penje se i sputa), ili se odrava u zrakunepomian(lebdi), u mjestu. To i jeste originalnost helikoptera.-FN= P -nepomian let.(lebdi u mjestu)-FN> P - penjui okomiti let- FN < P - sputajui okomiti let

Ali, rotor takoer osigurava ivodoravno kretanje helikoptera. Za to jepotrebno da se pomouupravljakepalice (ciklike) nagne ploharotacije rotora ueljenu stranukretanja. Tada se uzgon rastavlja na:

- silu odravanja FS, koja uravnoteuje teinuP,- silu pokretanja TH (vuna sila)koja uravnoteuje otpor i- silu otpora FX, koja se suprotstavlja kretanju

Nasuprot avionu koji ima uvrena krila, svi zrakoplovi ije jeodravanje u zraku osigurano pomou krila koje se okree (rotor), ine


23/240

23

PRVI DIOTemeljni pojmovi o letu helikoptera 1. OPI POJMOVI O HELIKOPTERU

skupinuiraviona. Postoje tri tipa iraviona:helikopter, iji principleta ve poznajete, autoirili irokopteriirodin.

Kod autoiraje rotor postavljen okomito na vreteno i ima sloboduokretanja oko okomite osi letjelice, a silu uzgona ostvaruje pod

djelovanjem zrane struje.Progresivnu brzinu i pogon autoiruosigurava motor sa vunim propelerom. To kretanje izaziva slobodnurotaciju rotora (autorotaciju) u struji zrakastvarajuipotrebnu silu zaodravanje u zraku(uzgon), bez vlastitog pogona, poput vjetrenjae.

Dakle, kod autoira se rotor ne moe poeti okretati sve dok letjelicane postigne odreenu progresivnu brzinu. Ova letjelica nemamogunostokomitog uzlijetanja, ali za okomito slijetanje rotor imadovoljan broj okretaja i to moe uvjetno postii.Autoir nesmije

slobodno lebdjeti u zraku, jer bi se usporavanjem okretaja rotoraizgubila sila uzgona i desio bi se slobodan pad.Autoir je zrakoplovnajsliniji helikopteru.

Zapravo, autoirje hibrid aviona i helikoptera. Pojavom helikopteraova vrsta zrakoplova je izgubila na znaaju i danas se moe veomarijetko sresti.

irodin jetakoerrotoplan iji se rotori propelerpokreupomoumotora,to mu omoguava kao i helikopteru da leti okomito. Dakle,dio snage motora se predaje rotoru za postizanje uzgona, a drugi dio

se prenosi na propeler za stvaranje vune sile.irodin moe okomitouzlijetati i slijetati, te pripada grupi VTOL (Vertical Take Off

Landing), gdje se svrstavaju i suvremeni zrakoplovi sa zakretnim

rotorima ugraenim na krajevima krila tilt-rotori.Dakle, moemo zakljuiti da:

- rotor omoguava helikopteru odravanje i kretanjezrakom,- autoiru i irodinu rotor omoguava samoodravanje u zraku, a

kretanje im se omoguava pomoupropelera ili reaktora.


24/240

24

PRVI DIOTemeljni pojmovi o letu helikoptera 1. OPI POJMOVI O HELIKOPTERU

Na ovoj slici vidimo jedan helikopter u vodoravnom letu gdje:

-- nagib noseegrotora stvara vunu silu TH,- turbo motor pokree rotor igdje- repni rotorslui za upravljanje helikopterom, ili skretanje oko

okomite osi, a o tome e biti vie govora kasnije.


25/240

25

PRVI DIOTemeljni pojmovi o letu helikoptera 2. AERODINAMIKE ZNAAJKE LETA HELIKOPTERA

2.AERODINAMIKE ZNAAJKELETAHELIKOPTERA

2.1. MEHANI KA I AERODINAMIKA

Mehanika kao grana fizikeprouava stanje tijela u mirovanju, ilinjihovo kretanja potaknuto djelovanjem sila. Tako, mehanika vrstihtijela prouava statiko i dinamiko stanje tih tijela. Statika se baviuvjetima ravnotee tijela u mirnom stanju, ili u stanju kretanja po

pravcu pod utjecajem sila. Dinamika prouava kretanje tijelapotaknutim silama, a kinematika kao grana dinamike,prouavakretanja tijela, bez obzira na uzrok koji potiekretanje.

Aerodinamika je znanost koja se bavi prouavanjem djelovanja zraka,tekuina i plinova na tijela koja se kroz njih gibaju i sila koje se pritome razvijaju. Naa temaprouavanjaje kretanje tijela kroz zrak, toemo razmatrati u daljim objanjenjima,prouavajui aerodinamike

znaajkeleta helikoptera.

V e k t o r i

Fizike pojave (sila, brzina,ubrzanje) mogu biti

predstavljenepomou vektorakoji oznaava:

- pravac,

- smjer i

- veliinu

U sluaju sile, polazite vektora je u toki djelovanja sile.

Primjer i vektora kod helikoptera


26/240

26

PRVI DIOTemeljni pojmovi o letu helikoptera 2.AERODINAMIKE ZNAAJKE LETA HELIKOPTERA

Brzina helikoptera moe biti potpunooznaena vektorom koji znai:- pravac i smjer kretanja, te

- brzinu leta(1mm= 10km/h( prethodna slikalijevo))

Isto tako, teina Phelikoptera stavljena u sredite teita Gje potpunodefinirana vektorom. (1mm=100daN (prethodna slikadesno))

Kasnije emo govoriti o jedinici za mjerenje sile (daNdeka Newton).

2.1.1. OPI POJMOVI O MEHANICI

2.1.1.1. M a s a, s i l a i b r z i n a

Masa, sila i brzina su tri fizike veliinekoje su temelji svake teorijske studije o

helikopteru.

Podsjetit emo se na temeljno:Masa, sila i brzina su nerazdvojne veliine.Tako tijelo M, potaknuto silom F, kree sebrzinom v.

Silom zovemo svaki uzrok koji moe promijeniti brzinu nekog tijela, iliizazvati njegovu deformaciju.

Dakle, potrebna je neka sila da bi se promijenila brzina tijela. To je

princip inercije.


27/240

27


U jednoj sekundi brzina tijela Mpolazi od vrijednosti 0do vrijednosti

ubrzanja . Vremenski interval od jedne sekunde je ubrzanje

(akceleracija) preneseno na tijelo.

Ubrzanje se mjeri u metrima u sekundi na kvadrat (m/s2).

Promijeniti brzinu nekog tijela znai, poveati ili smanjiti njegovubrzinu. To e rei, u svim sluajevima prenijeti na to tijelo ubrzanje ,koje moebiti pozitivno ili negativno.To nas sve vodi do osnovnog zakona dinamike gdje je:

F = Mx

Inercija nekog tijela je proporcionalna njegovoj masi M. Potrebna je

sila Fda bi se prenijelo ubrzanje na masu M (II. Newtonov zakon).

Iz ovoga se izvodi mjerna jedinicasile:

NEWTON (N)1N= 1 kgx 1m/ s2

Dakle, 1 Nje sila koja tijelo mase

1kgubrzava za 1m/s2.

Sila je u stanju promijeniti brzinu nekog tijela, ili izazvati njegovu

deformaciju. O tome e biti jo govora.Jedna sasvim posebna si lasila teaTeina je sila gravitacije, koja je uzrok da tijela padaju.Ubrzanje (akceleracija - g) prenijeto na tijela je konstanta.

g = 9,81m/s2

Sila tea djeluje na sredite gravitacije G, o emu emo jo govoriti.

Primjer:

Helikopter (Dauphin SA 360)

mase 2900 kgteimaksimalno:

P = 2 900x9,81= 28 419N ili2 844,9 daN

Ako sila djeluje na neko vrsto tijelo koje se ne moe kretati, onda se


28/240

28


ona ne moe izraziti kao gibanje (dinamika manifestacija), negodjeluje kao deformacija tijela (statika manifestacija).

Primjer deformacije kraka rotora:

Krakovi rotora

Arotor u stanju mirovanja: Brotor u okretanju:Pod djelovanjem svoje teineP Pod djelovanjem tlaka Fn, krak

se savija prema dolje, se deformira prema gore.deformira se.

Od elastine deformacije do prijeloma


29/240

29


Prethodni crtepokazuje deformaciju istezanjajedne eline ipkepodvrgnute veoj sili i to:

- od tokeAdo toke B, deformacija je elastina,- u tokiB, deformacija je stalna i- u tokiC, dolazi do prijeloma eline ipke

Deformacija izvlaenjemPrimjer deformacije koji slijedi, izabran je da bi pokazali ponaanjejednog tijela na kojeg djeluje rastua sila.

Produenje

Uzoni elastine deformacije(AB) produenje je proporcionalno sili.

Ako ukinemo silu, tijelo poprima svoj poetni oblik. TokaB

odgovaragranici elastinostitijela.Granica elastinosti se mjeri u daN/m2(daN = deka Newton).Od toke Bi dalje, tijelo je nepovratno deformirano. Produenje rastebre od sile. U toki Dpresjek eline ipke se smanjuje. Prijelom sedogaa u toki C.Otpor u prijelomu izraava se u Nm/m2(Nm = Newton metar).

Postoje i drugi oblici deformacija, kao to su:tlak, smak, uvijanje i savij anje

Sustav sila i rezul tanta sile

Vie sila koje simultano djeluju,ine sustav sila.

Sile u istom pravcu, a suprotne po smjeru i sile u istom pravcui istom smjeru


30/240

30


Sustav sila

I stosmjerne sile Paralelne sile

Iz donje ilustracije vidljivo je da su teina helikoptera Pi sila uzgona

FNdvije suprotne sile.

Sile koje podravaju let FS iTHdjeluju u istoj toki, tj.u srediturotora O. Sustav sila moe bitizamijenjen jedinstvenom ekvivalentnom

silom, a koja izaziva isti dinamiki uinak kao i sustav vie sila.

Ta jedinstvena sila jerezul tanta(R) sustava.

Crte i opis


31/240

31


Rezultanta Rod dvije sile u istom pravcu suprotnog smjera

F1 = F2

R = 0 (tijela u ravnotei)

Rezul tanta R od dvije sile u istom pravcu i istom smjeru

Geometri jska konstrukcija rezul tante

Rezultanta Rje dijagonala paralelograma

sainjenog od F1 iF2. to je kut (alfa)manji, to je rezultanta Rvea.to uiniti kada sustav sainjava vieod dvije istosmjerne sile ?

Umjesto da se prave uzastopni paralelogrami,

jednostavnije je da se poevi od sile F1izrade ekvivalentni vektori.

F2, F3, F4 (tj. F2, F3, F4)

Rezultanta Rje odreena vrhom posljednjeg vektora.


32/240

32


Rezul tanta dvije paralelne sile

TokaCrezultante Rpredstavljena je u relaciji:

F1 X CA = F2X CBKada se vie sila zamijeni jednom ekvivalentnom rezultantom sila, tada

se te sile sastavljaju. Sustav sila omoguava da im se ispita opiuinak.Suprotno, rastaviti jednu silu na dvije ili vieosnovnih sila,omoguuje analizunjihovog uinka slijedei tono definirani smjer idjelovanje tih sila.

Pokaimo na primjeru te pojmove.

Svaki element kraka rotora u vrtnji potaknut je elementarnomaerodinamikom silomdFR. Sve te sile su paralelne i istog su smjera.Njihova rezultanta FR(opi uinak elementarnih sila)djeluje usreditu tlaka kraka. Za analizu uinka aerodinamine sile dFR nakraku se ta sila moe rastaviti na dvije istovjetne sile:- si lu uzgona FZ, koja je okomita na smjer zranih struja i- si lu otpora FX, koja jeparalelna sa zranim strujama


33/240

33


Poseban sustav sila

Dvije sile Fi F(prikaz na prethodnoj slici) paralelne, jednake isuprotnog smjera ine par sila. Par sila nema rezultante (R = 0).Par sila ini da se tijela okreu (koja to mogu), a deformira tijela koja

se ne mogu okretati (torzija).Uinkovitost jednog para sila oznaena je svojim momentom.

M = dxF (normalan razmak izmeu sila)

Moment para sila mjeri se metrima

Newtona(mN), a uobiajeni viekratnik jemetar deka Newton(mdaN).

Dva para sila koje imaju isti moment su

jednake. Da bi uravnoteili(ponitili)jedan


34/240

34


par sila, treba im suprotstaviti jedan isti par sila sa istim momentom.

Cm = Cr

Primjer rotora koji se

okree stalnom brzinom:- rotor u stabilnom reimu,-pokretaki par silaCm

pokree rotori- rezistentni par sila Crim

je jednak i suprotan, a

rotorje u ravnotei

Moment sil e

Jedna jedinstvena sila moe u izvjesnom sluaju izazvati rotaciju nekogtijela isto kao i par sila.

Sila F koja djeluje na ruku poluge(slika koja slijedi) pokrene bubanjoko svoje osovine. Uinaktesile u odnosu na toku Oje

proporcionalan duini druke poluge.Taj uinak zovemo moment sileM(O)F(mjera: mdaNili mN).

M(O)F = d XF

Prvi primjer:Uzgon FNrotora u odnosu na toku sredita gravitacije Ghelikopteraima moment :

d X FN

Ovaj moment tei nagnuti helikopter premanaprijed.

Helikopter se naginje sve

dok je d = 0.

Sila uzgonaFNi masa

helikoptera Psu tada uistom smjeru, a moment je zanemariv.


35/240

35


Drugi primjer:

Tlak kraka Fnstvara moment savijanja:

d X FnMoment savijanjase osjea u toki uvrenjaA (na kraku) odakle

proizlaze znaajne posljedice.Taj uinak je vii to je krak krai.Malokasnije emo prouiti uinke (gipkost, elastinost) kojidozvoljavaju da

se moment savijanja ublai, a to ovisi od otporamaterijala od kojegje krak konstruiran.

Analizirajmo uinak sile F:

Mogu se sastaviti dvije sile poevi od toke C (F, F) jednake,suprotne i paralelne sa F(F= F = F) bez promjene vanjskog stanjatijela na koji djeluje ta sila.

Rezultanta od sila Fi F je jednaka nuli, a dva su sustava tadaekvivalentna.

1 sil a = 1 par si la +1 sila F = F = F

Ovo tumaenje nas navodi da analiziram uinaksile Fto vidite na donjoj slici.


36/240

36


Rastojanjed ini da se tijelo okree oko toke C(uinak para sila F iF), te povlai tijelou pravcu djelovanja sile F(uinak sile F).

Zakljuak:Jedna sila ne moe uravnoteiti jedan par sila.Ovo jezgoda kada se moe govoriti o ravnotei tijela.Tijelo slobodno u gibanju je u ravnotei kada se njegova brzina nemijenja. Ono moe biti zaustavljeno ili je u gibanju.

Uvjeti ravnotee tijela slobodnih u gibanjuTijelo Mje u ravnotei jer je:- F1= F2, a to znai da je R = 0,- moment para sila C1 jejednak i suprotan momentu para sila C2,

- rezultanta djelujuih sila jednakaje nuli (R = 0), a- par sila zanemariv

Jedan vaan osvrt:Svako tijelo je sastavljeno od

elementarnih estica sodreenom teinom.

Broj estica oznaimo sa n.Ako sastavimo elementarne

estice teine p (skupparalelnih sila), dobije se

rezultanta P(ukupna teina tijela) kojadjeluje u sredituteita G tijela.

P = p X n

Isto vrijedi i za helikopter

koji je sastavljen od opreme sa

odreenom teinom.Ako se zbrojesve teine,dobije se ukupna teina Pkoja se nalazi u sreditu teita G.

Izravnavanje razliitihmasa je uraeno tako,da je Gsmjeten uvertikali sredita rotora O.Dok je teite kod nekih tijela


37/240

37


nepomino, kod helikoptera se moepremjetati.Dakle, ukupna teinahelikoptera P je rezultanta

teina:- teine na prazno P1(teina kada nije napunjen

gorivom, opremljen

opremom, putnicima i drugim

teretima), koja djeluje u sredituteita G1i- teine goriva, opreme, putnika i drugogtereta P2, koja djeluje usreditu teita G2.

Teina praznog helikoptera je konstantna po intenzitetu i poloaju, teje G1nepomino (fiksno). Teine ostalih tereta kojima se punihelikopter se mogu mijenjati i po intenzitetu i po poloaju, pa je zato iG2promjenljivo odnosno, pomino.Sredite teita G1gdje djeluje rezultanta ukupne teine (P =P1+P2)helikoptera, premjeta se u funkciji vrijednosti i poloaja tereta P2.Otkud pojam centrae helikoptera ?U odnosu na srednje teite GO(GOje u vertikali sredita rotora)

ukupna teina helikoptera moe biti premjetena prema naprijed -prednja centraaili prema natrag - stranja centraa.Premjetanje teita u letu stvara moment sputanja (prednjacentraa), ili penjanja (stranja centraa).

Momenti koji naginju helikopter prema naprijed ili prema natrag

neugodni su za udobnost, a ako su jaki mogu biti opasni za pilotiranje.

Upravo radi toga, konstruktori helikoptera odreuju granicu centraekoja se ne smije prekoraiti.


38/240

38


Sil e i nji hov dinamiki uinak

- Gibanje

- BrzinaGibanje je definirano smjerom i brzinom.

Brzina nekog tijela se mjeri u:

metr ima u sekundi iliki lometr ima na sat

v= m/s ili

v= km/h

Metar u sekundi je brzina nekog tijela koje u jednolikom kretanju

prelazi razdaljinu od jednog metra u jednoj sekundi.

Brzina kao i sila moe biti prikazana vektorom koji oznaavasmjerpomicanja (v1,v2) i vrijednost brzine (duina vektora).Gibanje nazivamo jednoliko kada je brzina stalna, a u svim drugim

sluajevima gibanje je ubrzano, tj. brzina se mijenja (poveava ilismanjuje) pod utjecajem sustava sila ( ne djeluje na tijela u gibanju).

Tijelo moe biti pod utjecajem samo jednog ili vie simultanih gibanja.Primjer:Helikopter se kree brzinom vslijedei smjerxx . Zrane

struje brzine uga skreu s puta njegova smjera.Rezultanta gibanja dobivena pomou dva vektora Vi u:- Vje rezultanta brzina helikoptera koji se kree po smjeru yy,- v brzina helikoptera i

- u brzina zranih struja (vjetra)


39/240

39


Zbroj brzina:

Vektori brzine sastavljajuse kao vektori sile.

Gibanje nas posebno

zanima, pa emo nastavitiprouavati tu fiziku pojavu.

Kruno gibanjeKako je prikazano na donjoj slici, sve su toke tijela u rotaciji podutjecajem krunog gibanja.Smjerje krunica:- toka Aopisuje krunicu polumjera R,- tokaB opisuje krunicu polumjera r

Brzina rotacije Nnekog tijela mjeri se u okretima u minuti (o/min).

Ustvari, ova se jedinica jo estoupotrebljava, ali za frekvenciju okretanja

usvojena je ( SI) jedinica mjere

reciprona sekunda(1/s), koja seoznaava sa s-1ili u minutama min-1, ato je:

1min-1

= (1/60)s-1

.

Kutna brzina ()= N / 30

1 okret = 2 radijanaN o/min = 2N radIli u sekundama: = 2 / 60

Brzina rotacije izraava se takoer u funkciji kuta u sreditu polumjeraOM tijela u vrtnji.


40/240

40


Jedinica mjere je radij an u sekundi, a oznakaje rad /s, odnosno

rad xs-1

.

Radijan u sekundi jednak je kutnoj brzini

tijela koje jednoliko rotira i koje se za

vrijeme jedne sekunde okrene za kut od

jednog radijana oko svoje nepomine osi.

Kruna brzina (V)V = R

- u jednom okretu tijelo Mpree 2R metara- u N o/minpree 2RNmetara- ujednoj sekundi pree 2RN / 60 = RN / 30 = R

Kruna brzina Vje put koji tijelo Msmjeteno na krunom putu preeu jednoj sekundi.

Jedinica mjere je metar u sekundi, a

oznaava se sa m /s, odnosno,mxs

-1.

Metar u sekundi jednak je brzini

nekog tijela koje u jednolikomkretanju prelazi rastojanje od

jednog metra u vremenu od jedne

sekunde.

Kruna brzina je proporcionalnapolumjeru Ri kutnoj brzini .

Primjer:

Prikazbrzine rotora

koji se kreekonstantnom brzinom

Kruna brzina elementa krakaraste od unutranjostipremakraju kao i polumjer R. Sile

stvaraju gibanje, ali postoji kruno gibanjekoje stvara silu s puno posljedica.


41/240

41


Centr if ugalna sila (F)

F = M2RPrikazujemo kako je tijelo

mase Mpod utjecajemkrunog gibanja,polumjera Ri brzine v

podvrgnuto centrifugalnoj

sili.

F = Mv2/ R = M2R

Centrifugalna sila je usmjerena u sredite teita tijela (G) i premakraju smjera. Njezin pravac djelovanja prolazi kroz sredite rotacije

(O).

Primjer:

Veliina centrifugalne sileusmjerene na krak rotora

kod helikoptera

GAZELLE SA 330.

M = 70kg, N = 265o/min,R = 4.03 mF = 70 x (3.14 x 265 / 30)2x 4.03 = 217 015N

M 2 RMoemo zamisliti kolika je sila kojom djeluje krak u mjestuspajanja sa glavom rotora!

2.1.2.2. R a d i s n a g a

Sila i gibanje daju rad i snagu.

Osvrnimo se nasljedeusliku. Sila Fkoja pomie tijelo Mproizvodi

rad. Dakle, sila Fkoja pomie svoju toku pritiska Ana udaljenost l,proizvodi neki rad W.


42/240

42


W = F Xl

Mjerna jedinica za rad je Joule (J).

1Jjednak je radu koji izvri sila od 1Nkad se njena napadna tokapomakne u pravcu i smjeru za 1m.

1J = 1NX1m

Ako je rad Wproizveden u vremenu t, sekundarna snaga Pkoja serazvila je:

P = W/ tMjerna jedinica za snagu (P) je WATT (W).

1Wje snaga kojom se obavi rad od 1Ju vremenu od 1s.

1W= 1J/ 1sRazmotrit emo jedan poseban oblik rada.

Uskladiten rad ili kinetika energijaKad se neko tijelo (vrsto, tekue ili plinovito) pone kretati, onouskladitava energiju, koju nazivamo kinetika energija.

Pri naglom zaustavljanju tijela kojese kree, oslobaa se uskladitena

energija akumulirana prilikom kretanja kao oblik rada , tj. kinetikaenergija. Kako se brzina tijela poveava, tako se poveava i njegovakinetika energija (opskrbljuje ga radom) i obrnuto, kako se brzina

smanjuje i kinetika se energija smanjuje (nadoknauje rad ilitoplinu).

Izraz za izraunavanje kinetike energije je:


43/240

43


W = M Y 2

Primjer:

Neko vozilo mase M = 700kgkree sebrzinom 90km/h (25 m/s),nakon ega se naglo

zaustavlja pri udaru u drvo. Koliina kinetikeenergije koja se oslobaa pri udaru je:

W = X 700 X 252 = 218 750J

2.1.2. AERODINAMIKI POJMOVI

2.1.2.1. Z r a k u g i b a nj u

U aerodinamici se pojavljuje pojam relativnoggibanja.

Zaista, za prouavanje aerodinamike nekog tijela, treba promatratinjegovo gibanje, ne u odnosu na tlo koje ga okruuje (apsolutno

gibanje), nego u odnosu na zrak koji ga okruuje (relativno gibanje).Tako emo govoriti o relativnim brzinama.

Analizirajmo brzinu tijela u odnosu na zrak, ili brzinu tijela u odnosuna tijela u zraku. Te dvije veliine su jednake i suprotne.

Ilustrirajmo to:

v - brzina leta helikoptera u odnosu na tlo,

VR- relativna brzina helikoptera,

U - brzina zranih struja (vjetar) u odnosu na tlo (apsolutna brzina)iUR- relativna brzina zranih struja (u odnosu na druga tijela u letu)


44/240

44


G i b a n j e z r a k a i d i n a m i k i t l a kZrak kao i svi plinovi posjeduje energiju koja se iskazuje u obliku

tlaka:

- statiki tlak Psenergija ekspanzije i- dinamiki tlak Pdkinetika energija

Statiki tlak seoituje u svim

smjerovima

Ali to je tlak ?Tlak jesila plina koja djeluje na jedinicu povrine.

Tlak = sila / povrinaMjerna jedinica tlaka jePASCAL (Pa)

1Pa= 1N/ 1m2

Druga definicija tlaka:

Tlak je energija plina sadrana u jedinici volumena.

1Pa= 1N/ 1m3

Van jedinica SI sustava dozvoljena je mjerna jedinica tlaka bar.

1bar= 100 000 Pa

K i n e t i k a e n e r g i j a z r a k a i d i n a m i k i t l a kKinetika energija mase zraka M koja zaprema volumen V, pobuenaje brzinom v:

W = M v2 ili M = lVgdje je l masa volumena.

Kinetiku energiju jedinice volumenazovemo dinamiki tlak (Pd) ili:Pd = lV v2/v = l v2

Dinamiki tlakse oituje usmjeru brzine


45/240

45


Masa zraka u gibanju posjeduje u isto vrijeme energiju u statikomobliku(statiki tlak Ps) i u dinamikoj formi (dinamiki tlak Pd). Sumatih energija predstavlja ukupnu energiju (ukupni tlak Pt).

ZRAK U MIROVANJU = STATIKI TLAK (Ps)ZRAK U GIBANJU = UKUPNI TLAK (Pt)

Pt = Ps + Pd = Ps + lv2

Ukupan tlak plina Pt je stalan u sluaju kada plin ne daje niti primatoplinu.

Pt = Ps + Pd = constanta

To znai, ako plin prima energiju u obliku brzine (dinamikopoveanje), gubi jednaku koliinu energije u statikom tlaku i obrnuto,

ili kada dinamiki tlak raste, statiki pada.Primjer promjene statikog i dinamikog tlaka u jednoj cijevi kraka spromjenjivim presjekom (s):

Koliina zraka (Q = s xv)je konstanta. Brzina zraka se poveavakada se presjek smanjuje.

lv12+Ps1 = l v22 + Ps2 = constanta

Pd1 = Pd2 =constantaZakljuak:Presjek se smanjuje (s2< s1), brzina raste (v

2), dinamiki tlak raste(Pd2> Pd1) i statiki tlak pada jednakom vrijednou (Ps2< Ps1).

O t p o r z r a k a

Kada se neko tijelo isprijei zranim strujamai koi njihovo gibanje,ta pojava prestavlja otpor zraka.Kae se, da se zrak suprostavljakretanju tijela.Ploa smjetena okomito na smjer kretanjazranih


46/240

46


struja koi i skrees puta masu zraka koja je udara.Taj fenomen je konkretiziranpomou aerodinamikog spektra. Vektori

prestsvljaju relativni statiki tlak (PsPa) i on je negativan u zonioputanja.

Razmotrimo sve to poblie:Na povrini ispred ploe gdje sebrzina zraka smanjuje, dinamikaenergija je pretvorena u

statiki tlak.Tlak na povrini ispred ploe je

jai od atmosferskog tlaka(Ps > Pa).

Na stranjoj povrini ploe stvaraju se zonezranih struja gdje se brzina zraka poveava.Dinamiki tlak raste, a statiki pada

(Ps < Pa) tj. deava se oputanje.Tako je ploa sa svoje prednje strane podvrgnuta tlaku koji tei da jeodgurne, a sa svoje stranje strane oputanju (podtlaku), koji tei da je

povuek sebi.Rezultanta tih sila je otpor zraka (R).

Dakle, zrane struje su skrenute iprotjeu smanjenom brzinom, ali ne postranicama ploe.Na stranjem dijelu ploe stvara se dostaznaajan podtlak (oputanje).Zrak se trlja o stijenke ploe.Sil a trenjakoja nastaje kao posljedica,

upijajedan dio kinetike energije.

Da struje zraka u susretu s ploomnisu skrenute, sva bi se kinetikaenergija pretvorila u tlak, pa bi obrazac za

otpor zraka bio:

R = lv2= dinamiki tlakUvaavajui uinke koji nastaju sa

strujama zraka u susretu sa ploom,obrazac poprima sljedeu formu: R = l v2s K


47/240

47


gdje je,

Kkoeficijent koji ovisi o:- obliku tijela (oblik tijela utjee na protok zraka tj. na vrijednost

sila tlaka) i o

- stanju povrine tijela (odnosno, o silama trenja)

Kako dobiti jednu nosivu povrinu?Otpor zraka je nuno zlo poto se suprotstavljakretanju tijela, ali

sadrii energiju koju jemogue svladati i usmjeriti.

R = lv2sKNe izgubimo iz vida nae ranije

zakljukei nagnimo plou u odnosunazrane struje VR..

Otpor nije vii od

50% za sferu istogpromjera

Otpor cirkularne

ploe je 100%

Masa pada ispod 15%

za prosjeno tijelo

ZakljuakOtpor zraka je proporcionalan:

- masi volumena zraka l,- kvadratu brzine zraka v2i

- koeficijentu K, koji ovisi oobliku i povrinskom stanjutijela


48/240

48


Uvijek moemo primijetiti:- zonu tlaka i

- zonu podtlaka

Ali, rezultanta R(koju emo od sada zvati rezultanta aerodinamikesileFR) je usmjerena prema gore.

Primjeujemo da aerodinamikarezultanta, odnosno ukupna

aerodinamika sila FRnijeokomita na plou kakobi semoglo oekivati s obzirom nasiletlaka, ve jenagnuta prema

natrag pod djelovanjem silatrenja.

Analiza aerodinamike rezultante (FR)Aerodinamika rezultanta se moe rastaviti na dvije sile i to:- silu uzgona Fzvertikalnu na zrane struje VR, kojapodie plou i- silu otpora Fxparalelnu sa

zranim strujama, koja koi

pomicanje ploe.To je princip nosivih

profila koji

omoguavajudarelativnu brzinu

zraka pretvore u silu

uzgona.

O nosivim profilima e

biti posebno govora.

2.1.2.2. A e r o p r o f i l i

O d n o s i v e p o v r i n e d o a e r o d i n a m i k o gp r o f i l a

Jedan krak rotora helikoptera i krilo avionasu nosive povrine, iji je

presjek (profil) specijalno oblikovan da bi se razvila sila uzgona. Da bipostojala sila uzgona, aeroprofil treba biti nagnut u odnosu na zrane


49/240

49


struje. Kut i koji je posljedica djelovanja zranih struja naaeroprofil,zove se napadni kut Ustvari, napadni kut profila kraka je kut kojeg

zatvara tetiva srednje crte profila (M.A.C.- Mean Aerodynamic Chord)

spravcem dolazeih zranih struja.

Vrijednost napadnog kuta i utjee na intenzitet aerodinamikerezultante FR. Ako napadni kut i raste, raste i aerodinamikarezultanta FR. Taj nas novi pojam prisiljava da ponovo razmotrimo

koeficijent Cr, jer u ranije spominjanom obrascu aerodinamikarezultanta FR ne uzima u obzir poloaj tijela u odnosu nazrane

struje. Zamijenit emo da koeficijentCr vodi rauna o tom utjecaju.Dakle, izradimo konani obrazac za aerodinamiku rezultantu FR:

FR= l v2sCr

Uzgon nije jedina sila kojasestvara kao posljedica opstrujavanja

aeroprofila.Tu je otpor koji se opire gibanju aeroprofila zrakom.

Tako na ukupnu aerodinamiku silu (Fad) utjeu: razlika tlaka ispred iiza aeroprofila, razlika tlaka ispod i iznad aeroprofila, trenje tlaka o


50/240

50


povrinu aeroprofila,te meusobno trenje estica koje ga opstrujavaju.Dakle, uzgon kao sastavnica ukupne aerodinamike sile nastaje zbograzlika tlakova ispod i iznad , a ostale tri pojave tiu se otpora.Takootpor koji je uvjetovan razlikom tlakova ispred i iza aeroprofila naziva se

otpor oblika, a otpor koji nastaje kao posljedica trenja naziva se otportrenja. Jednim imenom ih nazivamo otpor aeroprofi la. Postoji jo jedanotpor koji je posljedica vrtloenja na krajevima krila. Ovo se javlja stoga,tose brzina opstrujavanja zraka preko aeroprofila smanjuje, a todovodi do gubitka uzgona. U letu se to oituje u poveanju vibracija,

propinjanju i tendenciji okretanja helikoptera u lijevu stranu.

FR= l v2S Cr


51/240

51

PRVI DIOTemeljni pojmovi o letu helikoptera 2.AERODINAMIKE ZNAAJKE LETA HELIKOPTERA

Zapamtimo:

Profil koji je smjeten u zranu struju podvrgnut je na svojoj:- gornjoj povrini silama podtlaka, a na- donjoj povrini silama tlaka, ijase rezultanta zove

aerodinamika rezultanta, a rastavlja se na dvije sile i to:- silu uzgonaFz, koja je vertikalna na zrane struje. To je silakoja djeluje u pravom smjeru i ona nosi profil i

- otpor Fx, koji je paralelan sa zranim strujama. To je tetnasila, jer koi profil i bespotrebnoupija dio energije.Zapamtimo takoer, da sile podtlaka djelujui na povrini profilaimaju vrlo znaajnu ulogu (pogledajmo graf tlaka i podtlaka). Uistinu,one osiguravaju 70% sile uzgona.

P r o f i l k r a k a r o t o r a h e l i k o p t e r a

Profil kraka rotora kod helikoptera, odnosno krilo kod aviona kao

odravajui elementi letjelica u zraku, odreuju aerodinamikekvalitete letjelice. Da bi se postigle ove osobine, pri izboru profila

konstruktori tee postii najveu finesu(odnos koeficijenta sile uzgonaCzi koeficijenta otpora Cx), uz najmanje pomicanje sredita potiska

pri promjeni kuta koraka kraka, te najvei dijapazon kuta koraka inapadnog kuta u autorotaciji.


52/240

52


Primjenjuje se i geometrijsko vitoperenje kraka i to najeenegativno, a to znai da se smanjuje napadni kut od korijena premakraju kraka. To ima za posljedicu ravnomjerniji raspored

aerodinamikih sila uzdu kraka, odnosno smanjenje gubitaka

noseegrotora.Dakle, profil kraka noseeg rotorahelikoptera je popreni presjek narasponu kraka.

Referentnom debljinom zovemo odnos:DEBLJINA / DUBINA

Referentna debljina se izraavapostotkom dubine.

Na primjer, referentna debljina 12%.

Tetiva je ravna crta kojaspaja napadni rub i rubizmicanja.Poevi od tetive odreuje se oblik profila. Sredinjica ili srednja crtaje geometrijsko mjesto toaka jednako udaljenih od izboineprofila iunutarnje krivine.

- kut koraka i - napadni kut

S r e d i t e t l a k a (CP)

Sredite tlaka je toka gdjedjeluje rezultanta aerodinamike sile FR.


53/240

53


Objasnimo prikaz ove slike.

A. CPmjesto sredita tlaka koje se mijenja u odnosu na dubinuprofila, a za nesimetrine profile mijenja se u funkciji napadnog kuta i.B.Sluaj nesimetrinih profila ija se sredinjica spaja s tetivom.

G l a v n i p r o f i l i u u p o r a b i

Bikonveksni simetrini profil je u pravom smislu profil metalnihkrakova rotora helikoptera, osobito iz sljedeih razloga:

- lakoe izrade i ujednaene stabilnosti, te- nepominosti sredita tlaka spojenog vezivnom tokom

kraka, to onemoguava bilo koje nepotrebno gibanje.

Nove tehnike izrade (plastini krakovi) prihvaaju nesimetrineprofile, ije su aerodinamike kvalitete bolje.

S t r u j a n j e z r a k a o k o p r o f i l a

G r a n i n i s l o jViskoznost zraka uzrokuje usporavanje kretanja njegovih estica oko

povrine tijela profila. Uz samu povrinu tijela brzina strujanja jeravna nuli. Udaljavanjem od povrine, brzina esticaproporcionalnoraste do granice izjednaenja sa brzinom u strujnompolju oko tijela.Sloj zrane strujeu kom brzina estica raste od nule do izjednaenja


54/240

54


sa brzinom u strujnompolju,

naziva segranini sloj.Ako analiziramo prikaz na

ovojslici, vidjet emo da:- u toki Amolekule zraka

prianjaju uz profil. Brzina

protoka je nula,

- od Ado Bsile trenja se

smanjuju, a brzina

zraka se poveava,- utokiBi daje, priliv zraka nije vie pod utjecajem trenja.

Njegova brzina je VR.

VR nazivamo granini sloj kraka debljine ABu kojem se brzinaprotoka mijenja.

Osobinegraninog slojaGranini sloj moe biti laminaran (slojevit, ravnomjeran) i turbulentan(uzburkan, vrtloan). Deformacijepovrinetijela profila(hrapavost,neistoe, atmosferske naslage i sl.) bitno utjeu na

formiranje graninog sloja, a to uzrokuje poveanje otpora i smanjenje

uzgona, odnosno utjeena raspored tlakova, koji izravno utjeu nastvaranje uzgona. Takoer, promjena napadnog kuta aeroprofila,atmosferskog tlaka, brzine i visine letenja, mijenja spektar strujanja

oko njega, a to utjee na debljinu i stabilnost graninog sloja.Sile statikog tlaka koje na profilu stvaraju rezultantu aerodinamike

sile (FR), ne mogu se kretati bez prisutnosti jednog graninog slojapriljubljenog uz stjenku.

Aeroprofili izazivaju znatno manje poremeaje u zranoj struji. Kodnjih se veinom stvara laminarni i turbulentni granini sloj, a tek prikraju izlaznog ruba i vrtlona brazda. Promjena napadnog kutaprofilamijenja i spektar strujanja oko njega, a osobito razni oblici

deformacija na povrini profila.

R a v n o m j e r n i i v r t l o n i p r o t o k z r a k aRavnomjerni sloj

Pokus aerodinamikog spektra (koliina zraka predstavljena u oblikudima-sljedea slika) pokazuje postojanje jednog graninog sloja nacjelokupnom profilu. U prvom dijelu profila protok je ravnomjeran.

Zatim, od toke T, koja se zove toka prijelaza, protok postaje


55/240

55


uzburkan. TokaD je dodirna toka, odnosno od te toke priliv zrakaje podijeljen, tako da su:

- koliine zraka meusobno usporedne, a- debljina graninog sloja u ravnomjernom podruju je oko

1/10demm

U zoni stvaranja vrtlonog sloja, sloj zranog protoka je poremeen,ali opi smjer isteka ostaje isti kao kod ravnomjernog protoka.U zoni odijeljenosti graninog sloja pod izvjesnim okolnostima protok

moe postati uzburkan. Granini sloj se odvoji od stjenke.

U t j e c a j n a p a d n o g k u t a n a p r o t o k z r a k a

Kada se napadni kut poveavatoka prijelazaT(sljedei crte)itokaDu kojoj dolazi doodvajanja graninog sloja, pomiu

se prema napadnom rubu.

Premjetanje tih toakajedva jeprimjetno sve do jedne relativnoznaajne vrijednostinapadnog kuta(promjenljiv prema tipu profila, uglavnom viem od 200).Poevi od te


56/240

56


vrijednosti ulazi se u jednu kritinu zonu podtlaka.Nekoliko stupnjevaposlije odvaja segraninisloj, a sila uzgona se naglo smanjuje.

Prouavanje aerodinamike rezul tanteZnamo kada aerodinamika rezultanta FR djeluje na sredite tlaka CPi kada je nagnuta prema natrag i usmjerena prema gore, da je napadni

kut ipozitivan. Kada je napadni kut i negativan fenomen je obrnut.FRje usmjerena prema dole, a i profil je guran dole silom Fz, koju

moemo zvati negativan uzgon. Ako je napadni kut zanemariv,protok je simetrian (za simetrineprofile) kako na povrini, tako i naunutarnjoj strani profila.

Pogledajmo sljedei prikaz paemo primijetiti da su sile tlaka jednake

s gornje i s donje strane i da doputaju dvije simetrine rezultante (FRei FRi).

Vidi se da je ukupna rezultanta (FR) u ova dva sluajaparalelnaprotoku zrane struje.To je otpor, a uzgon je nula.

imbenici koji utjeu na vrijednost aerodinamine rezultante (FR)Razmotrimo jedan element kraka rotora i analizirajmo svaki element

obrasca:

FR = v2 S Cr


57/240

57


Aerodinamika rezultanta je proporcionalna (masa volumena zraka)promjenama funkcija atmosferskog tlaka i temperature. Ona varira

s dvije vrijednosti.FRse osobito smanjuje kada nadmorska visina

raste. Takoer,FR je proporcionalnakvadratu brzine (v2)zranih struja VR..U sluaju neuvijenog krakarotorakoji se okree konstantnombrzinom, FRraste od sreditado kraja kraka. Rast se

deava s polumjeromrotacije. Rotacija od FR je

neugodna, a bit e rijei o

tome kako je ublaiti.

U v i j a n j e k r a k a

FR = l v2SCr

Aerodinamika rezultanta jeproporcionalna povrini S elementakraka. Vrijednost povrineSje konstantna

za krak odreenog profila.FR= l v

2S Cr

Aerodinamika rezultanta je proporcionalnakoeficijentu Cr koji uzimau obzir:

- oblik profila i

- stanje povrine profila

Poloaj tijela u odnosu na zranestruje ininapadni kut (i).

FR = lv2SCr


58/240

58


Zakljuimo:Za odreeni krak koeficijent Crse mijenja samo u funkciji napadnogkuta.Za kontrolirati aerodinamiku rezultantu FR postoji samo jedannain, a to je, da se mijenja napadnikut.

Vidjet emo malo kasnije kako je toostvareno kod helikoptera.

Utjecaj promjene napadnog kuta

na uzgon (Fz) i otpor (Fx)

Fz = Sv2CzFR= Sv2CrFx= Sv2Cx

Cz = koeficijent uzgona

Cx = koeficijent otpora

Uzgon Fzi otpor Fxsu definirani na

temelju obrasca otpora zraka,

koeficijenta oblika ipoloajaodreenihteoretski i praktino.Teoretski i praktinoCzi Cxsu

odreeni pomou aerodinamikihravnotea koje mjere vrijednostiuzgona i otpora. Uvjeti pokusa su kako slijedi:

l v2 ostaje konstanta, znai: l v2S = A

Tri veliine- uzgon Fz, otpor Fxiaerodinamika rezultanta FR

ovise onjihovim koeficijentima:CzxCxxCRkoji se ne mijenjaju.Mijenjaju se samo u

funkciji napadnog kuta.Da bi prouili


59/240

59

PRVI DIOTemeljni pojmovi o letu helikoptera 2. AERODINAMIKE ZNAAJKE LETAHELIKOPTERA

aerodinamikekarakteristike nekog profila, dovoljno je odrediti zasvaki napadni kut pojedinosti Czi Cx te ih ubiljeiti u graf.Primjeri jednog bikonveksnogsimetrinogprofila za napadni kut 20i60prikazani su na donjim grafovima.

Koeficijent CRje prikazan u veliinii smjeru vektora 0M .

P o l a r a p r o f i l a

Grafiki prikaz na sljedeoj slici prikazuje meusobnu ovisnostkoeficijenta uzgona i otpora na razliitim napadnim kutovimai vrlo jekorisna krivulja u razmatranjima razliitih pojava u letu.Ako se spoje

sve toke M kako su obiljeene, dobit emokrivulju koja se zovepolara profil a.Matematiki odnos koeficijenta sile uzgona i koeficijenta sile otporakazuje nam koliko je dotini aerporofil fin i naziva se finesaaeroprofila, odnosno kraka helikoptera ili krila aviona.

f = Cz / Cx

Finesa je veoma vaan odnos, jer na primjer pri napadnom kutunajbolje finese zrakoplov ima najvei dolet. Ako je finesa 20, to znaida je koeficijent uzgona 20 puta vei od koeficijenta otpora, te dotini

zrakoplov bez uporabe pogona moe u povoljnim meteorolokimuvjetima dosei 20 puta veu daljinu nego to mu je polazna visina.

Krivulja na grafu upravo pokazuje kakose za odreeni profil moepromijeniti uzgon i otpor u funkciji napadnog kuta. Kako su vrijednosti

za Cz i Cxslabe, a da bi olakali itanjetreba pomnoiti Czi Cxsa100.

S druge strane kako je Cxmanji od Cz, treba prikazatiCx 10 puta

veim od Cz..Ta je krivulja nazvana polara, jer se protee od kraja vektora 0 - M,koji izlazi iz istog pola (postotak je 0).


60/240

60



61/240

61


Objasnimo prethodni grafgdje napadni kut raste od toke 1do toke5i to:

- u toki 1napadni kut je nula, uzgon je nula, a otpor minimalan,- u toki 4uzgon je maksimalan. Od toke 1do toke 4 uzgon iotpor sepoveavaju. Poslije toke 4svako poveanje napadnog kuta

povlai smanjenje uzgona (kritina zona),- u toki 5je toka odvajanja. Granini sloj se odvaja , a uzgon

pada,

- u toki2je maksimum aerodinamike otrine. U ovoj toki napadnikut (ulegnue) osigurava maksimalni uzgon uz minimalni otpor.Otrina je definirana odnosom:

Cz / Cx

- u toki 3je toka najboljeg uinka aerodinamikog profila. Ovdjeje optimalni napadni kut krila helikoptera. Za taj napadni kut odnos je:

Cx2/ Cz

2= maksimalan


62/240

62

PRVI DIOTemeljni pojmovi o letu helikoptera 3.NOSEI ROTOR HELIKOPTERA

3. NOSEIROTOR HEL IKOPTERA

3.1. OPE KARAKTERISTIKE NOSEEG ROTORA

Noseirotor (glavni rotorMain Rotor) osigurava helikopteru let iodravanje u zraku. Rotor je glavni dio helikoptera. Krakovi rotora su

zapravo krila helikopteru. Pokretanjem rotora pogonskim motorom,

stvara se uzgon pod utjecajem strujanja zraka oko krakova rotora. Na

gornjoj povrini kraka struja zraka prevaljuje dui put po jedinicivremena od struje zraka ispod donjepovrine. Na taj se nain stvaravei tlak na donjoj povrini kraka od onog na gornjoj, a posljedicatoga je uzgonska sila koja ima okomit smjer djelovanja u odnosu na

rotaciju rotora i kree se prema podruju nieg tlaka, odnosno prema

gornjoj strani kraka (Bernaulliev zakon). Veliina sile uzgona kojupostie pojedini krak, ovisi o njegovom napadnom kutu. Ve smoutvrdili da je to kut izmeu relativnog smjera zranih struja i nagibakrakova rotora. Pored ovog uzgona, helikopter stvara i tzv.

translacijski uzgon pri odreenom rasponu brzina. Ustvari, ovo sedeava iz injenice,to se rotor helikoptera ponaa poput krila aviona,koja proizvode dodatni uzgon. Da bi helikopter mogao uzletjeti, mora

se promijeniti kut krakova pomou kolektivne palice (Collective Pitch)postavljanjem iste u kosi poloaj. Kretanje helikoptera naprijed, nazad,

ili pak bono, mogue je samo kada se rotor nagne u eljenu stranu za


63/240

63

PRVI DIOTemeljni pojmovi o letu helikoptera 3. NOSEIROTOR HELIKOPTERA

odreeni kut.Let helikoptera prate i problemi. Jedan od najveih problemjepostizanja velikih brzina.Prekoraenje brzine dovodi do pojavenadzvunih brzina strujanja zraka na vrhovima krakovanoseegrotora i odvajanja strujazraka od kraka (kritini Machov broj),a

samim tim dolazi i do opasnosti sloma uzgona na nazadnom kraku.

Iz tih razloga suvremeni helikopteri ne razvijaju brzine vee od 330km/hu vodoravnom letu.U reimu lebdjenja brzina opstrujavanja po obodu diska rotora(kruna povrina koju opisuju krakovi pri okretanju rotora) raste od

sredita prema vani. S poveanjem brzine okretanja rotora, ili sproduenjem krakova, ne rjeava se ovaj problem, jer se time poveava

i zona nadzvunih strujanja, pa proporcionalno tome raste i zraniotpor. U progresivnom letu te su brzine promjenljive na raznim

pozicijama unutar diska. Poveavaju se na strani naprednog kraka, asmanjuju na strani nazadnog, to ima za posljedicu valjanjehelikoptera oko uzdune osi i to tim vie,to se razlika poveava.

Naravno, ovo se odraava i na uzgon. Ako se brzina poveava, uzgonjesve veina naprednom kraku, a na nazadnom sve manji. Pri letunormalnim brzinama, ova se pojava kompenzira stalnom promjenom

napadnog kuta krakova do veliine hoda ogranienja, odnosno nekemaksimalno dozvoljene vrijednosti.Ugradbom bonih krilaca kao dodatnog izvora uzgona, moe se

poveati maksimalna brzinaletahelikoptera, ali to ima negativan

utjecaj u lebdjenju i uzlijetanju, jer se

timepoveava maksimalna teinapolijetanja. Problem s

opstrujavanjem javlja se i na

rubovima vanjskog tereta, koje moebiti opasno pri prekoraenjudozvoljenih brzina. Stabilizacija

helikoptera se postierazliitimrjeenjima, a taj problemse kodveine helikoptera rjeavaugradbomvodoravnih ili okomitih stabilizatora.

Negativne posljedice zakretnog

momenta (Torque Reaction), kojeg proizvodi nosei rotor u vrtnji,


64/240

64

PRVI DIOTemeljni pojmovi o letu helikoptera 3. NOSEI ROTOR HELIKOPTERA

neutraliziraju se na nekoliko naina.Mi emo se ukasnijimobjanjenjimabaviti najeim uprimjeni i u tu svrhu, veomauinkovitim repnim rotorom.

G l a v n i d i j e l o v i n o s e e g r o t o r aNoseirotor se sastoji od:- glavne osovine koju

pokree motor,- glave koja povezuje

osovinu i krakove i

- krakova (dva ili vie)

Uvrenje krakova naglavu rotora postie sepomou gipkih spojnica(arnirnih spona -

arnira), koje omoguavajukretanje svakog kraka i to:

- u okomitoj ravnini (gipkost mahanja),

- u ravnini rotacije (gipkost klaenja) i

- oko svoje longitudinalne osi (gipkost koraka)Prouavat emo aerodinamiko ponaanje rotora, a osobito potrebu zaelastinou krakova.


65/240

65


3.2. KRAK ROTORA HEL IKOPTERA

Rotirajua krila rotora nazivaju se krakovi. To su tanke elastineaerodinamike povrine koje nose cijeli helikopter. Kada krakovidosegnu potrebitu brzinu okretanja, problem deformacija se smanjuje,

jer uvrenju (zatezanju) krakova pomae centrifugalno ubrzanje, ijaje veliina nekoliko tona i za najmanje helikoptere. Najveeoptereenje nastaje na dijelu veze krakovasa osi okretanja (ukorijenu). Na ovom mjestu djeluju momenti savijanja zbog

centrifugalne sile. Umjesto krutog spoja, primjenjuje se elastina veza,ve spominjani tzv. arnirni spoj, ime se ublauju velika optereenja,a moment savijanja neutralizira. Ovo uzrokuje da se krakovi slobodnookreuoko svoje spajajue toke, gdje dolazi do uravnoteenostiaerodinamikih i centrifugalnih sila. Mjesto spoja krakova s osovinomrotora naziva se glava (glavina) rotora. Njena konstrukcija zahtijevaveoma sloena rjeenja.

Rotorski sustav omoguava krakovima tri vrste kretanja, a to su:mahanje, promjena napadnih kutova i klaenje. Ove tri vrste kretanjakrakova omoguavasamo rotor sa arnirnim vezama, dok polukruti

rotor omoguava samo mahanje i promjenu napadnih kutova, a krutirotor samo promjenu napadnih kutova krakova (mahanje i klaenjeuvijanjem krakova).

Ukratko emo definirati ove vrste kretanja krakova, a u nastavku ebiti pobliih objanjenja.

Mahanje je kretanje krakova na gore ili na dolje u odnosu na ravninu

koja je okomita na os vrtnje, a deava se kao posljedica djelovanjaaerodinamikih sila. Kada je ravnina okretanja krakova okomita na os

glavnog vratila noseeg rotora(os vrtnje), nema mahanja krakova.Kod polukrutih rotora krakovi se pri mahanjugibaju oko leajeva, akod arnirnih oko vodoravnog arnirnog zgloba.

Promjena napadnih kutova krakova noseeg rotora deava sezakretanjem krakova oko njihovih uzdunih osi, preko osnih arnira, aposljedice su pomaka kolektivne ili ciklike palice.Klaenje krakova je kretanje prema naprijed ili prema nazad u ravniniokretanja. Ono se javlja kao posljedica promjena kutnih brzina na

krakovima. Klaenje krakova se omoguava preko okomitog arnirnogzgloba i ne ovisi o kretanju drugih krakova u sustavu rotora.


66/240

66


3.2.1. A e r o d i n a m i ke o s o b i n e k r a k o v a

Kod nesimetrinih profilaCP, Gi Asu razliiti.Kod simetrinihprofila CP, Gi Asusmjeteni na 25% odtetive s poetkom na rubuudara.

Pogledajmo jedan dio kraka maleirine smjetenna razmaku odsreditarotacije O.Rotor se okreekonstantnom krunom brzinom elementa kraka.


67/240

67


Znai, dio (element) kraka se okree uzranim strujama brzinom:V = U

Za zadani napadni kut, element kraka je izloen aerodinamikoj silikoja se rastavlja na silu uzgona Fz,okomitu na relativnu brzinu

zranih struja VRi silu otpora Fxkoja je paralelna sa VR.Rezultanta elementarnih sila uzgona koja djeluje

na svaki element kraka je sila uzgona

Fn. Ona je paralelna s elementarnim

silama, jednaka njihovom zbroju i

usmjerena na sredite tlaka CP.To je opi uzgon kraka.

Na isti nain, rezultantaelementarnih

sila otpora jednaka je

njihovom zbroju.

To je opi otpor Fr. Opa sila uzgona i otpor kraka

Od uvrenja do kraja krakapolumjer rotacije r elementa

kraka raste. Krunabrzina elementa kraka ili relativna

brzina VR raste proporcionalno

s polumjerom r:

VR

= Promjene relativne brzine(VR) du kraka


68/240

68

PRVI DIOTemeljni pojmovi o letu helikoptera 3.NOSEI ROTOR HELIKOPTERA

Vrijednost elementarnih sila Fzi Fxpoveava se od uvrenja dokraja kraka kao kvadrat relativne brzine VR. Na kraju kraka dolazi do

smanjenja uzgona izazvanog protokom zraka. Polazei od unutranjestrane prema izboini krila, teise uravnoteiti tlak.

Rubni protok na kraju

kraka proizvodi smanjenjeuzgona ipoveanje otpora.

Zato su krakovi uvijeni ?

Poveanje elementarnihsila uzgona i otpora od

uvrenjado krajakraka, ini dase

sredite tlaka CP nalazinedaleko odkraja.

Fn xl i Fr x l


69/240

69


Poveavanjem momenta savijanja, ispituje se izdrljivost kraka.Da bi se bolje rasporedili uinci i smanjili momenti savijanja,krakovisu uvijeni, odnosno savijeni oko longitudinalne osi, tako da se postigne

to vea savijenost kod glave rotora i smanji savijenost prema krajugdje su relativne brzine zraka (VR) velike.

Kut koraka kraka smanjuje se progresivno od sredita do kraja.

Smanjenje kuta koraka povlai progresivno smanjenje uzgona i otpora.Na donjem crteuje prikazano ope komparativnoponaanjepromjeneuzgona u funkciji promjera rotacije r na jedan uvijeni i jedan neuvijeni

dio kraka.


70/240

70


Potrebno je zapamtiti da uvijanje

kraka pribliava sredite podtlakaCPsreditu rotacijeO i

smanjuje duinu kraka umomentu savijanja.

Malo kasnije emo vidjeti kakouvijanje pomae u radu rotorau autorotaciji.

T r a p e z o i d n i k r a k

Jedno drugo rjeenjepomae da serasporedisila uzgona du kraka,a to je trapezoidni krak,

koji je primijenjen kod

rotora sa neparnimbrojem krakova.

Nosea povrina sesmanjuje od hvatita dokraja kraka. Slijedi smanjenje uzgona kojekompenzira porast uzgona, a koji nastaje kao rezultat poveanjarelativne brzine VR.

Postoje i drugi naini.Iz ovoga se moe zakljuiti da profil napreduje, a debljina pada. Krakje zapravo kompromis izmeu razliitih rjeenja.

S r e d i t e t l a k a k r a k aSredite tlaka krakaCPjesreditedjelovanja aerodinamikih sila.

Za asimetrini bikonveksni profilsredite tlaka je nepomino.Smjeteno je na 0,7 polumjeraRod sredita rotacije i na25% od tetive sa stranenapadnog ruba profila.


71/240

71


Vidjet emo da kod nesimetrinog profila sredite tlaka nije nepominodu tetive.Ono se premjeta u funkciji intenziteta aerodinamikerezultante FR. To je neugodno, pa je i to jedan od razloga to se u

proizvodnji krakova kod helikoptera biraju simetrini profili.

N e s i m e t r i n i p r o f i l i i p r e m j e t a n j e s r e d i t at l a k a

Kada FR raste, sredite tlakase pomie prema napadnomrubu. Analizom je utvrenoda premjetanje sredita tlaka

pokazuje jednu nepominu toku,

koja ima jedno znaajno obiljeje.Ta fiksna toka se zovesredite (F).Ono je smjeteno na 25% odtetive.

Njezino obiljeje je u tomu, to jemoment od FRu odnosu na

sredite konstanta.

M = FRxd = constanta

Posljedice premjetanja sredita tlaka

Ako je CPsmjeten iza osi Nasuprot, ako je CPispredvezivanja (elastinosti) koraka, vezivne osi koraka, FRstvaraFRstvara moment sputanjakoji moment propinjanja kojinastoji smanjiti napadni kut. nastoji poveati napadni kut.


72/240

72


Zna se da kada FRraste,sredite tlaka se pomie naprijed premanapadnom rubu.

Dakle, u svakom sluaju djelovanje FR nastoji smanjiti momentsputanja, ili poveati momentpropinjanja, odnosno poveati napadnikut.

Nesimetrini profili su nepostojani.Nasuprot tomu, simetrini profili supostojani.Zapravo, sredite tlaka jeuvreno i prolazi kroz

sredite i vezivnu oskraka.Moment od FRu odnosu na

os je nula, a promjene od FR

su bez posljedica za napadni kut.

K o n t r o l a s i l e u z g o n a k r a k a

Sjetimo li se obrasca za uzgon gdje je:

Fn= l VR2S Cz

zapaamoda u letu postoje samo dva imbenika koji dozvoljavajunadzor uzgona, odnosno pilotiranja i to:

- VR bilo kruna brzina, bilo brzina rotacije rotora i- Czkoeficijent uzgona, koji ovisi o napadnom kutu

Drugi imbenici ovise bilo o temperaturi, bilo o stanju povrine iprofilu kraka. Dakle, kod rotora helikoptera koji se okree stalnombrzinom (regulacija brzine), postoji samo jedan nain da se regulirauzgon, a to je promjena napadnog kuta.

Ustanovili smo, da kada napadni kut raste i uzgon raste.

Kako nadzirati napadni kut ?


73/240

73


Vrlo jednostavno, izborom kuta koraka ( ) i rotacijom kraka oko svoje

longitudinalne osi. To je elastinost kraka ( gipkih veza arnira), oemu smo ve ranije govorili.

Kut koraka se mijenja u istom smjeru i s istom vrijednou.

S i l e k o j e d j e l u j u n a k r a k u r o t a c i j i

Krak je podvrgnut:

- svojoj teini (P) koja djeluje na sredite sile tee (G),- centrifugalnoj sili (Fc) koja takoer djeluje na sredite sile tee i- uzgonu (Fn) koji djeluje u sreditu tlaka (CP).

Fc = M 2R

Vidjet emo malo kasnije dapostoje naizmjenine sile inercije(coriolis), koje pospjeujukrakove u rotaciji. Teinakrakaje zanemariva u odnosu na druge

sile.

Na primjeru helikoptera SA 330 navest emo redoslijed veliina sila:

Fc = 22 000daN, Fn=1800 daN (autorotacija), P=69 daNPodsjetimo se da je: 1daN= 1,02kg f


74/240

74


E l a s t i n o s t m a h a n j aSila uzgona potie pomicanje kraka prema gorestvarajui moment

savijanja, ija je vrijednost maksimalna i veoma znaajna u hvatitukraka. Razumije se, da moment savijanja uzrokuje vrlo velike sile u

samom hvatitu kraka i glavini rotora. Da bi se to izdralo, treba ihograniitisa noicamakrakova.

Kako bi se ponitio moment savijanja u sreditu, odnosno da bi sesmanjili pritisci, krak je vezan okomito.

Spajanje moe biti realno(vodoravnima

ljubo savin i ivo lujo,temeljni pojmovi o letu helikoptera i tipična oprema zrakoplova

Documents