Es ist unmöglich für einen Hubschrauber, ohne zwei Rotoren zu fliegen, o tatsächlich ist es unmöglich für einen Hubschrauber zu fliegen gut ohne zwei Rotoren.
Die Konfigurationen dieser beiden Rotoren können sich jedoch ändern. Hubschrauber behalten heute im Allgemeinen eine von zwei verschiedenen Konstruktionen bei, entweder Einzelrotor oder Koaxialrotor .
Das Design eines einzelnen Rotors ist wahrscheinlich das, mit dem Sie am besten vertraut sind, aber lassen Sie sich nicht vom Namen täuschen. Diese Art von Hubschrauber hat tatsächlich zwei Rotoren, nur einer von ihnen befindet sich am Heck. Der koaxiale RotorDer Hubschrauber, über den wir am Ende dieses Artikels sprechen werden, hat keinen Heckrotor, sondern zwei Hauptrotoren, die das Fahrzeug anheben und auch lenken.
Heckrotorkonstruktionen
Konzentration auf den kleineren Heckrotor von Einrotorhubschrauber Entwürfe, vielleicht fragen Sie sich, warum es überhaupt benötigt wird. Schließlich erledigt der große Rotor den größten Teil der Arbeit, um das Fahrzeug in die Luft zu heben. Es ist dieser Heckrotor, der sicherstellt, dass all diese Arbeiten nicht verschwendet werden.
Heckrotoren wirken dem vom großen Zentralrotor erzeugten Drehmoment entgegen. Während sich der zentrale Hubrotor unglaublich schnell dreht, um das Fahrzeug anzuheben, entsteht ein Drehmomentungleichgewicht über dem gesamten Hubschrauber. Einfacher erklärt, möchte der Hubschrauberherumdrehen, um dem Drehmoment des Rotors entgegenzuwirken.
Der Heckrotor gleicht die vom Hauptrotor erzeugten Kräfte aus. und ermöglicht es dem Piloten auch stellen Sie die Richtung ein, in die die Nase zeigt wenn der Hubschrauber schwebt . Heckrotoren werden im Allgemeinen von derselben Antriebswelle wie der Hauptrotor angetrieben, sodass sie synchronisiert werden können. Heckrotoren werden entweder in traditioneller Ausführung auf das Heck oder in einer Lüfterkonfiguration in das Heck eingebaut.genannt Fan-Tail- oder Fenestron-Design.
Es gibt jedoch ein anderes Design, das das zweite entfernt. Außenrotor vollständig und nicht koaxial. Bei diesem Design, das als NOTAR-System bezeichnet wird, wird ein Luftstrahl durch eine Entlüftung am Heck des Fahrzeugs gesendet. erstellen Sie eine Grenzschicht von Luft, die entlang des Heckauslegers strömt . Diese Niederdruckluft ändert die Richtung des Luftstroms um den Heckausleger und erzeugt einen Schub entgegen der erzeugten Bewegung durch den Drehmomenteffekt des Hauptrotors. Eine rotierende belüftete Trommel am Ende des Heckauslegers sorgt für die Richtungssteuerung.
Dies ist zwar ein Sonderfall, aber technisch gesehen immer noch ein Zwei-Rotor-Design, nur ein ziemlich eigenartiges.
All dieses Gerede über verschiedene Heckrotorkonstruktionen bringt uns an die Wurzel der Sache. Letztendlich haben Hubschrauber von Natur aus eine Drehmomentungleichgewicht und jedes unterschiedliche Heckrotordesign ist einfach eine Möglichkeit, dies zu handhaben. Lassen Sie uns in diesem Sinne näher auf die Besonderheiten eingehen, warum Hubschrauber Heckrotoren haben.
Warum haben Hubschrauber Heckrotoren?
Als Hubschrauber zum ersten Mal gebaut wurden, standen ihre Designer vor der großen Herausforderung, ein Fahrzeug zu entwickeln, das schweben und gleichzeitig stabil sein konnte. Dank Newtons drittem Bewegungsgesetz erfordert jede einzelne Aktion eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion. Wenn der RotorWenn sich ein Hubschrauber in eine Richtung dreht, muss in der anderen Richtung eine gleiche und entgegengesetzte Kraft vorhanden sein. Dies ist die Wurzel des Drehmomentproblems bei Hubschraubern. Um genügend Auftrieb zu erhalten, muss ein erhebliches Drehmoment auf die Hauptleitung ausgeübt werdenRotor, aber Ingenieure müssen noch irgendwie nach der gleichen und entgegengesetzten Reaktion suchen.
Frühe Hubschrauberkonstruktionen verwendeten mehrere Rotoren, die sich in entgegengesetzte Richtungen drehten. Dies entspricht der heutigen koaxialen Konstruktion auch Tandem- und ineinandergreifende Konstruktionen, die eine unglaublich effiziente, wenn auch komplizierte Methode zum Erreichen des Hubschrauberlifts und zum Lösen des Problems darstelltDrehmomentproblem ohne Heckrotor.
In diesen Szenarien drehen 50 Prozent des Drehmoments einen Rotor in eine Richtung und 50 Prozent des Drehmoments drehen den anderen Rotor in die andere Richtung, wodurch der Gesamtdrehmomentvektor des Hubschraubers 0 wird.
Während dieses Design anfangs beliebt war, entschied sich der Hubschrauberpionier Igor Sikorsky für ein anderes Design, das die Zukunft des Hubschrauberdesigns prägen sollte. Er entwickelte eine Methode zur Verwendung eines einzelnen Heckrotors, der an der Rückseite des Hubschraubers angebracht ist, um dem entgegenzuwirkenDrehmoment vom Hauptrotor. Dies ist heute die beliebteste Ausrichtung der Welt und wurde jahrelang verfeinert und weiterentwickelt.
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Während Sie vielleicht denken, dass das traditionelle Heckrotordesign das Optimum ist, weil es das beliebteste ist, ist dies nicht immer der Fall. Es gibt einige bedeutende Probleme mit Heckrotorhubschraubern, die nicht koaxial oder koaxial gesehen werdenDoppel-Hauptrotor-Fahrzeug.
Zum einen verbrauchen Heckrotoren etwa 30 Prozent der Gesamtmenge Motorleistung eines Fahrzeugs. Dies ist ein großer Stromverbrauch, insbesondere da das Verkaufsargument von Hubschraubern die Fähigkeit ist, Auftrieb und Vorwärtsbewegung zu erreichen - etwas, bei dem der Heckrotor überhaupt nicht hilft.
Heckrotoren sind aufgrund ihrer Platzierung auf der Rückseite des Fahrzeugs auch im eingeschränkten Flug sehr zerbrechlich und leicht zerbrechlich. Da Hubschrauber leicht sein müssen, ist der Heckrotor normalerweise so konstruiert, dass er gerade robust genug istErreicht seine Aufgabe, dem Drehmoment entgegenzuwirken. Da er nicht mit dem Anheben des Fahrzeugs beauftragt ist, muss der Rotor nicht von Natur aus stark sein. Dies ist an sich keine schlechte Sache, aber verbunden mit der Tatsache, dass HeckrotorenWenn der Hubschrauber immer außer Sichtweite des Piloten ist, werden viele Hubschrauberabstürze dadurch verursacht, dass der Heckrotor auf etwas trifft und bricht. In diesem Fall verliert der Hubschrauber die Drehmomentkontrolle, beginnt sich zu drehen und stürzt normalerweise ab.
Heckrotoren können auch ein wenig schwierig sein, wenn es darum geht, das Fahrzeug genau zu steuern. Aufgrund der verschiedenen Kräfte, die in der Luft um einen Hubschrauber wirken, kann es unter bestimmten Umständen schwierig sein, das Fahrzeug auf einem Lager ruhig zu haltenBei Änderungen der Windgeschwindigkeit und -richtung muss der Heckrotor präzise beschleunigen und verlangsamen.
Wenn es um die Aerodynamik geht, die dies ermöglicht, sind Heckrotoren im Grunde genommen nur Mini-Hauptrotorbaugruppen. Allerdings gibt es viele verschiedene Heckrotorkonstruktionen. Unten sehen Sie ein Bild eines Fenestron-Designsder langlebigsten Heckrotorkonstruktionen.
Gibt es Hubschrauber ohne Heckrotoren?
Wie bereits erwähnt, machen Koaxialrotorkonstruktionen und Doppelhauptrotorkonstruktionen die Notwendigkeit eines Heckrotors überflüssig und können eine sicherere und stabilere Maschine schaffen.
Um zu verstehen, wie ein Design mit zwei koaxialen Rotoren andere Hubschrauber mit Heckrotoren bei weitem übertreffen kann, müssen wir die Physik im Spiel untersuchen.
Durch Platzieren von zwei Rotoren auf einer einzigen Achse und Drehen in entgegengesetzte Richtungen erhalten wir ein Netto-Null-Drehmoment um den Hauptkörper des Hubschraubers. Sowohl durch mechanische als auch durch elektronische Mittel wird jeder Rotor perfekt zeitgesteuert und gesteuert, um das zu beseitigenNettodrehmoment des anderen Rotors in Echtzeit. Dies ermöglicht es dem Koaxialfahrzeug, im Vergleich zu seinen Brüdern mit einem Rotor ziemlich bedeutende Schwebefähigkeiten zu erreichen.
Nebenbei bemerkt, der vertikale Start ist nicht nur für Drehflügler möglich. Flugzeuge, die diese Fähigkeit ohne Rotoren nutzen - wie der Harrier Jet - erfüllen die Aufgabe jedoch im Allgemeinen mit viel weniger Effizienz und Stabilität.
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Bei koaxialen Konstruktionen führt die verbesserte Fähigkeit, zu schweben und einen stabilen Flug aufrechtzuerhalten, letztendlich zu besseren Hubschraubern. Bessere Hubschrauber bedeuten, dass sie leichter zu kontrollieren und für die Insassen viel sicherer sind. Theoretisch, wenn ein Rotor in einem koaxialen System kaputt ging, das Fahrzeugkönnte noch sicher gelandet werden.
Schließlich bedeutet die Anwendung von koaxialen Rotoren, dass das Fahrzeug kein inhärentes Gyroskop benötigt, um Stabilität zu gewährleisten. Die Rotationseffekte beider Rotoren sorgen für ein nahezu perfektes Gyroskop, wodurch die Stabilität des Fahrzeugs weiter verbessert wird.