Rotor (aeronautică)

Rotorul Eurocopter Cougar EC-725 MkII la Salonul Internațional Aerian și Spațial Paris-Le Bourget .

Capul unui rotor cu mișcările lamelor controlate de placă .

Detaliul rotorului de coadă al unui Sikorsky CH-53G .

Un rotor, în aviație , este un element mecanic alcătuit din mai multe lame care, prin rotire, permite pilotului, propulsia și mijloacele de trai ale unui avion rotor (un elicopter , un giroplan sau un elicoplan ) sau un tiltrotor .

Rotorul este format dintr-un butuc (în engleză „ hub ”) montat ( introdus în limbaj tehnic) pe un arbore mecanic în rotație liberă sau setat în rotație de către motoare. Două sau mai multe lame sunt aplicate pe butuc.

Diferă fundamental de o elice aeronautică, prin aceea că aceasta din urmă generează împingere exclusiv de-a lungul direcției înainte a aeronavei, în timp ce rotoarele pot genera, de asemenea, forțe în direcții diferite.

Datorită complexității sale, rotorul constituie un sistem fundamental al rotorului. Sistemul rotor include, de asemenea, sistemele de orientare a lamei și, în unele cazuri, se face și mai complex datorită prezenței sistemelor de pliere a lamei pentru transportul sau depozitarea aeronavei, a senzorilor și a sistemelor de dezghețare a lamei.

Rotoarele caracterizează într-un mod important aeronava pe care sunt utilizate. De-a lungul timpului, au fost dezvoltate diferite tipuri, ca răspuns la diverse și complexe probleme de eficiență și stabilitate. Multe configurații au fost testate și un număr bun de soluții diferite au ajuns la producția de serie și sunt utilizate și astăzi.

Istorie și evoluție

Elicopterul lui Paul Cornu din 1907 .

Mil Mi-26 cu rotorul său cu 8 lame cu diametrul de 32 de metri este elicopterul cu cel mai mare rotor produs în serie din lume.

Deși originea rotorului poate fi urmărită până la Leonardo da Vinci , mașinile zburătoare bazate pe aripi rotative nu au avut mult succes practic înainte de dezvoltarea elicopterelor la mijlocul secolului al XX-lea , fiind afectate mult mai mult decât avioanele timpurii de probleme de controlabilitate.

La 13 noiembrie 1907, francezul Paul Cornu a fost primul om care a efectuat un zbor liber controlat pe o mașină dotată cu rotoare, ^[1] dar în realitate soluțiile adoptate nu permiteau manevrele și modelul a fost ulterior abandonat. ^[2]

Problema incontrolabilității avioanelor cu aripi rotative a fost abordată de pionierul giroscopilor Juan de la Cierva în anii 1930 . De la Cierva este considerat a fi primul care a reglat corect rotorul cu lame multiple „complet articulate” și multiple. Acest tip de rotor, în versiunea cu trei lame, a fost folosit în deceniul următor de Igor Sikorsky pe prototipurile sale de elicopter și este încă utilizat pe scară largă astăzi. ^[3]

În aceiași ani ca dezvoltarea de la Cierva, Arthur M. Young a sporit stabilitatea rotorului cu două lame concurent prin introducerea barei stabilizatoare. Rotorul cu două lame a fost adoptat după cel de- al doilea război mondial de multe companii care au intrat în competiția pentru piața elicopterelor, inclusiv Bell Helicopters , și este încă utilizat atât pe modele operaționale, cât și în reproduceri construite de entuziaștii de modele .

Odată cu producția de autogiro redusă în corespondență cu dezvoltarea mai mare a elicopterelor începută în anii 1950 , rotoarele au introdus noi măsuri, în principal în vederea îmbunătățirii performanțelor aeronavei unde au fost utilizate. Deja Igor Sikorsky a identificat provocarea cu care se confruntă vibrațiile și a decis să o rezolve prin menținerea greutăților lamelor egale cu exactitate pe același elicopter. Lamele primelor modele Sikorsky au fost produse special pentru modelul în care urmau să fie instalate, iar schimbarea unei lame în funcțiune a implicat necesitatea schimbării tuturor celorlalte. ^[4] O evoluție importantă în acest sens a fost introdusă de Piasecki Helicopter în aceiași ani. Frank Piasecki , al doilea american care a pilotat un elicopter, a experimentat că mai important decât greutatea a fost echilibrarea dinamică a palelor montate pe același avion și mai precis a fost necesar să se mențină centrele de greutate ale diferitelor pale aliniate între ele reduceți vibrațiile. Piasecki PV-2, care a zburat pentru prima dată în 1943 , a fost primul elicopter care a folosit un rotor cu lame inovatoare echipate cu greutăți de reglare pentru a fi utilizate pentru echilibrarea dinamică. O altă măsură importantă, care a devenit mai practică grație simplificării reglajelor, a fost calibrarea lamelor astfel încât centrul de greutate să fie mai exterior decât centrul de presiune unde este aplicat liftul. În acest fel, perturbațiile din timpul rotației sunt amortizate în avantajul reducerii vibrațiilor. ^[5]

Începând cu anii 1960 , producția în masă de elicoptere din Statele Unite, Europa și Uniunea Sovietică de atunci, rotoarele au fost afectate de îmbunătățirile tehnologice ale materialelor lamelor, butucului și componentelor, mai degrabă decât introducerea unor arhitecturi radical noi. Creșterea performanței, combinată cu cererea de reducere a vibrațiilor transmise structurii elicopterelor, a fost obținută de-a lungul timpului prin construirea unor rotoare din ce în ce mai mari și cu creșterea numărului de lame, echipate cu tot mai mult aerodinamic profiluri optimizate, dezvoltate cu sisteme moderne de simulare și calcul. Un exemplu al acestei evoluții vine de la rotorul rus Mi Mil-26 din 1977 , care cu 32 de metri în diametru este cel mai mare rotor din lume început în producția de serie și primul și singurul cu 8 lame. ^[6]

Un alt stimul pentru evoluția rotoarelor a venit în anii 1980 din aplicațiile militare pentru elicoptere de atac . Deși nu se îndepărtează de arhitectura elicopterelor convenționale, au fost luate măsuri speciale de protecție și consolidare pentru elicoptere precum Hughes AH-64 Apache și echivalentele altor producători. Acest tip de elicoptere are rotoare special concepute pentru a rezista la focul armelor cu gloanțe de până la calibru 12,7 mm și în unele părți chiar mai puternice. ^[7]

O altă cerință militară care a condus la introducerea anumitor dispozitive în rotoare a fost aceea a plierii lamelor pentru depozitare (în engleză „ folding ”). Multe modele de elicoptere pentru utilizare a terenului și aproape toate cele pentru utilizare navală, au rotoare echipate cu dispozitive electrice sau hidraulice sau dispozitive care să plieze rapid lamele pentru a ocupa mai puțin spațiu. Plierea se poate face manual cu asistența echipajului de la sol sau complet controlată de la distanță de către echipaj.

Probleme tehnice

Compensarea cuplurilor care acționează la elicopter

Cuplul de reacție

Unele modele de elicoptere sau elicoptere utilizează un singur rotor principal setat în rotație de grupul de motoare pentru a genera ridicarea și împingerea necesare. Datorită legii conservării impulsului unghiular , această configurație creează un cuplu care ar duce la o rotație inversă a fuselajului prin reacție . Pentru a contracara acest cuplu, în majoritatea cazurilor și pe lângă rotorul principal, se adoptă rotoare mai mici plasate în coadă de-a lungul direcțiilor perpendiculare. În aceste configurații, este preferabil să se facă distincția între rotorul principal și rotorul de coadă . Alternativ, aeronavele pot fi proiectate cu perechi de rotoare principale care se rotesc în direcții opuse. Cu acest expedient, cuplul generat de un rotor este compensat de celălalt, eliminând tendința către rotații nedorite. O soluție mai recentă, adoptată de mulți producători, este sistemul notar care înlocuiește micul rotor de coadă cu o emisie de gaz capabilă să controleze direcția aeronavei cu unele caracteristici care determină alegerea sau nu a acestei tehnologii.

Flappegiul

Rotor al unui giroplan Leo C302 Lioré et Olivier construit în 1936 sub licență de la Cierva ^[8] .

Pionierul aviației Juan de la Cierva, inventatorul gyroplanei , a construit prototipuri la o scară mai mică în anii 1920 pentru a-și demonstra invenția. După ce a obținut rezultate promițătoare, a construit un prototip de dimensiuni complete. Cu puțin înainte de prima decolare, primul său giroscop s-a rostogolit neașteptat și s-a prăbușit. Crezând că accidentul s-a datorat unei rafale bruște de vânt, de la Cierva l-a reconstruit, rezultând un accident aproape identic. Aceste episoade l-au determinat pe designer să reanalizeze experiențele anterioare și să se întrebe de ce modelele mici au zburat fără probleme, în timp ce cele mari nu.

De la Cierva a înțeles că lama care avansează pe o parte creează o ridicare mai mare decât cea a lamei pe cealaltă parte, care se deplasa în direcția opusă direcției înainte a aeronavei și acest lucru a generat un moment mecanic de -a lungul axei. rola . ^[9] Modelele la scară au fost construite cu un material flexibil, ratan , o palmă din care sunt fabricate fibre. Lamele modelului redus au eliminat cauzele care au generat rulajul nedorit, deoarece, datorită caracteristicilor lor naturale de flexibilitate, acestea puteau urca și coborî ca aripile de pasăre liber (în engleză flapping ) și compensarea asimetriei ridicării. ^[10] De la Cierva a ajuns la concluzia că butucii pe care i-a folosit pentru prototipurile la scară largă, din oțel , erau prea rigizi și au introdus „ balamale flapping ”. ^[3]

Leagănul

Rotorul principal al unui elicopter Bell 212 / HH-1N . Amortizorul basculant este clar vizibil, evidențiat de o bandă roșie și de balama verticală cu care lamele maronii se atașează la partea metalică a capului rotorului.

Balamalele cu clapă au rezolvat problema rulării nedorite, dar au creat o solicitare laterală pe butuc, deoarece centrul de greutate al sistemului de lamă se mișca ca urmare a oscilațiilor. Datorită legii conservării impulsului unghiular , lamele au accelerat și decelerat în funcție de faptul dacă centrul lor de greutate s-a deplasat spre interior sau spre exterior, așa cum se întâmplă unui patinator de gheață atunci când își întinde sau strânge brațele. Mișcarea cu terminologia engleză se numește în mod alternativ „lag plumb“, „lag“, „glisarea“ sau „vânătoare“, în limba italiană, brandeggio. ^[11] De la Cierva a folosit discuri de frecare pentru a reduce eforturile mecanice de pe capetele rotorului, în timp ce în prezent balamalele verticale (balamale de tragere ) cu amortizoare ( amortizoare de lag ) sunt utilizate pentru a amortiza oscilațiile. ^[12]

Tipuri de rotoare

În general, un rotor poate fi clasificat diferit în funcție de soluția adoptată pentru a permite fluturarea lamelor. Rotoarele se disting în:

• complet articulat
• semi rigid
• rigid .

Rotoare complet articulate

Rotorul complet articulat al lui Hughes AH-64 Apache . ^[13]

Un rotor complet articulat este realizat cu trei sau mai multe lame. Fiecare lamă este liberă să se rotească și să se balanseze în sus sau în jos independent de celelalte. În parte, fiecare lamă se poate deplasa înainte sau înapoi față de celelalte.

Fiecare lamă este conectată la butucul rotorului prin intermediul unei balamale, denumită „balama cu clapă”, care permite oscilații libere și independente în sus sau în jos. Balamaua poate fi amplasată la distanțe diferite de centrul rotorului și pot fi mai multe. Poziția este aleasă de fiecare producător pe baza factorilor care îmbunătățesc stabilitatea și controlul.

Lamele sunt, de asemenea, conectate la rotor prin intermediul unei balamale verticale numite "balamale de retragere" sau "balamale de întârziere" sau chiar " balamale de tragere " (" balamale de tragere sau lag ") care permit parțial fiecărei lame, independent de celelalte, să deplasați-vă înainte sau înapoi de-a lungul planului trasat de discul rotorului. În mod normal, amortizoarele sunt instalate pentru a evita deplasările excesive în această direcție. Scopul acestui sistem de amortizare a balamalei este de a absorbi accelerațiile și decelerările ( „ efectul Coriolis ” ) ale lamelor pe măsură ce acestea se rotesc.

Lamele rotoarelor complet articulate se pot roti de-a lungul axei lor sau pot schimba unghiul de atac pentru a genera ridicarea necesară pentru a susține aeronava. ^{[14] [15]}

Rotoare semirigide

Rotorul semirigid al unui Robinson R22 .

Un rotor semirigid permite două mișcări diferite: flapping și schimbarea unghiului de atac. Acest sistem constă în mod normal din două lame conectate rigid la butucul rotorului. Butucul este, la rândul său, conectat la arborele rotorului cu o " balamală de basculare ". Această structură permite lamelor să „clatine prin balansare”: când o lamă se leagănă în jos, cealaltă se leagănă în sus (configurația „ vezi-văzut ” în limba engleză). Rotația de-a lungul axei longitudinale are loc prin bielele controlate de placa oscilantă, care controlează variația unghiului de atac în funcție de cerințele comenzilor de zbor. ^{[14] [16]}

Bara stabilizatoare

Bara stabilizatoare a unui Bell 204 .

Un pas important înainte pentru adoptarea practică a rotoarelor semirigide a venit datorită studiilor lui Arthur M. Young . Acest inventator, după ce a dezvoltat singur câteva soluții pentru stabilitatea elicopterelor, i-a propus rezultatele experimentelor sale lui Bell, atunci producător de aeronave. Young a simțit că stabilitatea unui rotor cu două lame poate fi crescută semnificativ prin adăugarea unui stabilizator format dintr-o bară cu greutăți plasate la capete, plasate perpendicular pe cele două lame.

Bara, datorită contragreutăților, se rotește în funcție de o traiectorie relativ stabilă în planul de rotație al rotorului și fiind conectată la placa oscilantă, reduce anomaliile în mișcarea sa. Rotoarele cu două lame sunt mai puțin supuse fenomenelor asociate cu clătirea și înclinarea, deoarece lamele se pot balansa în sus sau în jos ca un singur corp și nu necesită balamale anti-lag , deoarece este întregul rotor care încetinește sau accelerează. în timpul rotației.

Rotoarele cu două lame sunt, prin urmare, cele mai simple de realizat, deoarece necesită o singură balama înclinabilă și două balamale pentru a permite fenomenul modest de " coning ", ridicarea ambelor lame în sus pe măsură ce viteza rotorului crește. Configurația este cunoscută sub mai multe denumiri, inclusiv „panouri Hiller”, sistem Hiller ”,„ sistem Bell-Hiller ”(în configurația de amortizare aerodinamică) și sistem de bare stabilizatoare sau„ flybar ”sau„ bar stabilizator Bell ”în limba engleză, pentru configurație clasică cu amortizor vâscos.

În elicopterele fly-by-wire sau radio - controlate, bara stabilizatoare poate fi înlocuită de un computer cu giroscopi și un senzor pentru efectul Venturi , făcând rotorul în absența unei flybar mai ușor de reconfigurat. ^[14]

Exemple de elicoptere cu rotoare semi-rigide cu două lame sunt Robinson R22 , multe elicoptere Bell , cum ar fi Bell 206 , ^[16] Bell UH-1 Iroquois și AH1 Cobra . Configurația semi-rigidă este, de asemenea, adoptată în multe rotoare de coadă. ^[13]

Teoria aerodinamică

Bara stabilizatoare are o dinamică de batere similară cu cea a lamelor în sine. Este conectat la controlul pasului ciclic, acționând astfel direct asupra acestuia, precum și la un amortizor (necesar în cazul în care masele nu sunt în formă de folie aeriană pentru a induce amortizarea aerodinamică). Dinamica de răspuns efectivă a dispozitivului în cauză la o viteză de pitch-up (în mod convențional q mai mare de zero în 99% din mecanica de zbor și literatura de dinamică) constă dintr-o mișcare de fluturare înainte (spre anomalia de 180 de grade-nord a pilotului -) și la dreapta (90 ° -cel mai mare din pilot-) care se adaugă la o dinamică a planului de cale de tip Tip (TPP) care vede ca acesta din urmă să se rotească înainte și spre stânga (270 ° -veste de pilot-) . Prin urmare, bara induce o rotație mai mare înainte a TPP (acționând asupra derivatei de amortizare m_q, în sensul creșterii acesteia în modul, deoarece este negativă) și contracarând rotația din stânga a TPP. În acest fel, pilotul dând o comandă pentru a trage în sus nu va fi obligat să compenseze tendința naturală a planului de disc (un alt mod de a indica TPP) de a se înclina spre stânga. Rotoarele cu două palete nu au balamale de întârziere, deoarece fenomenul forțelor Coriolis induse de clapeta care duce la introducerea balamalelor de întârziere este contracarat cu un dispozitiv cunoscut sub numele de „ undersling ” care aduce aceste forțe să se echilibreze reciproc.

Rotoare rigide

Rotorul rigid al Bolkow Bo 105 este complet lipsit de balamale cu clapă și amortizoare tractează.

Rotoarele rigide sunt simple din punct de vedere mecanic, dar tehnologic complex, deoarece solicitările din timpul funcționării trebuie absorbite de materialul cu care sunt construite lamele și nu de balamale. În aceste configurații, lamele se clatină prin oscilare în sus sau în jos datorită flexibilității lor.

Exemple de elicoptere cu rotor rigid sunt Bölkow Bo 105 , ^[17] derivatul Eurocopter BK-117 , ^[17] Westland Lynx , ^[13] Eurocopter Tiger ^[18] și HAL Dhruv ^[19] , toate capabile să efectueze manevre acrobatice .

• 

  Westland Lynx HAS3 al echipei acrobatice Royal Navy Black Cats la evenimentul RIAT din 2005.

• 

  Bölkow Bo 105 în zbor inversat.

• Redați fișierul media

  Performanța acrobatică a unui Eurocopter Tiger .

Diagrama capului rotorului

Capul rotorului este un butuc robust , cu punctele de fixare și legăturile mecanice capabile să controleze înclinarea lamelor.

Pentru a permite generarea tracțiunii, înclinația palelor rotorului principal trebuie să varieze în funcție de un anumit ciclu în timpul unei rotații complete. În același timp, lamele trebuie să-și asume în mod colectiv o înclinație proporțională cu intensitatea forțelor care trebuie generate. Aceste modificări ale înălțimii sunt controlate prin înclinarea sau ridicarea plăcuței cu ajutorul comenzilor de zbor.

Placa swash este formată din două discuri (sau "plăci") concentrice: o placă se rotește împreună cu arborele principal, mișcată de transmisia principală, cealaltă placă nu se rotește. Platoul rotativ este conectat la lamele individuale prin tije și biele . Placa care nu se rotește poate fi deplasată cu ajutorul unor tije conectate la comenzile de zbor care se numesc „control ciclic” și „control colectiv”. Platoul swash în ansamblu poate fi deplasat vertical sau înclinat. Placa fixă ​​controlează platoul rotativ, care la rândul său controlează înclinarea lamei unice.

• 

  Plăcuța rotativă în poziție neutră.

• 

  Plasați în poziție ridicată, corespunzătoare comenzii colective a lamelor. Rețineți schimbarea înclinării lamelor.

• 

  Placă oscilantă într-o poziție înclinată corespunzătoare unei comenzi ciclice a lamelor. Rețineți schimbarea înclinării lamelor în timpul rotației.

Configurări

Majoritatea elicopterelor au un singur rotor principal. Această arhitectură necesită rezolvarea fenomenului perechii de reacții. Problema este de obicei rezolvată cu un rotor suplimentar cu lame cu pas variabil, care poartă numele de rotor de cuplu sau rotor de coadă . Această configurație a fost realizată pentru prima dată de Igor Sikorsky pentru Vought-Sikorsky VS-300 al cărui prim zbor a avut loc pe 13 mai 1940 . Modelul a servit ca bază pentru proiectele ulterioare ale lui Sikorsky, care ulterior au intrat în producția de serie. Cu toate acestea, există soluții alternative pentru a compensa tendința de a se transforma prin reacție. Trebuie remarcat faptul că în giroscoape, deoarece rotorul nu este setat în rotație de către un motor, nu există o generație de cuplu nedorit, la fel nu există un cuplu cu designuri bazate pe presiunea aerului expulzat de la capetele lamelor. Alți producători au proiectat mașini zburătoare echipate cu mai multe rotoare și printre realizările constructive se pot distinge în:

• singur rotor principal
• rotoare cuplate.

Rotor principal unic

Pentru a contracara cuplul în configurațiile cu un singur rotor principal, trebuie utilizate aranjamente cu suficientă flexibilitate și rezervă de putere pentru a permite elicopterului să mențină cursul și controlul de-a lungul axei de gălăgie . Cele mai populare sisteme de reacție anti-cuplu din timpurile moderne sunt:

• rotor de coadă convențional
• rotor de coadă canalizat (cunoscut sub denumirea comercială Fenestron sau Fantail)
• NOTAR ^[14]

Rotor de coadă convențional

Rotor de coadă al unui SA 330 Puma

Același subiect în detaliu: rotor de coadă .

Rotoarele de coadă sunt rotoare mai mici decât cele principale montate vertical sau aproape vertical. În general, acestea sunt mai simple decât rotoarele principale, deoarece sunt necesare doar pentru a schimba forța, care poate fi obținută pur și simplu prin schimbarea incidenței lamelor. Prin urmare, se folosește o placă rotativă cu biele numai pentru controlul colectiv al lamelor. Rotoarele de coadă cu două lame, pentru a rezolva problema clapetei, folosesc adesea o singură balamală oscilantă în locul configurației mai complexe complet articulate cu balamale clapete utilizate în rotoarele principale.

Acestea sunt rotite printr-un arbore conectat la transmisia principală conectat mecanic la una sau mai multe cutii de viteze montate în coadă. Arborele de acționare poate fi realizat dintr-o singură bucată sau împărțit în părți mai scurte, ținute împreună cu articulații flexibile care oferă o flexibilitate similară cu cea a brațului de coadă unde este instalat arborele. Cutiile de viteze din coadă sunt necesare datorită unghiului format de rotorul cozii față de fuselajul elicopterului și pot fi proiectate pentru a regla viteza de rotație care este de obicei diferită de cea a rotorului principal. La modelele mai mari de elicoptere, se utilizează o cutie de viteze intermediară între baza și partea superioară a aripii în care se află rotorul de reacție cuplu. ^[14]

Fenestronul CE 120B .

Rotorul cozii este canalizat

Același subiect în detaliu: Fenestron .

Un alt tip de rotor cu reacție de cuplu este „rotorul canalizat” („ fan-in-tail ” sau „ fan-in-fin ” în engleză). Acest sistem folosește între 8 și 18 lame realizate pentru a se roti într-o cavitate formată în deriva elicopterului. Lamele sunt aranjate conform unui model complex neregulat cu scopul de a distribui zgomotul pe un spectru mai larg de frecvențe, scăzând percepția de către urechea umană.

Poziția protejată previne coliziunile cu obstacolele și este mai sigură pentru persoanele din zona de decolare și aterizare. Protecția oferită de structura elicopterului permite viteze mai mari pentru aceste rotoare, care pot avea dimensiuni mai mici decât cele convenționale. ^[20]

Acest tip de rotor a fost lansat pentru producția de serie pentru prima dată de Sud Aviation , apoi Aérospatiale , apoi Eurocopter și acum Airbus Helicopters sub marca înregistrată Fenestron.

Fenestronul a fost folosit pentru prima dată la sfârșitul anilor șaizeci pe al doilea prototip al Sud Aviations SA 340, apoi a evoluat în SA 341 Gazelle .

Un rotor cu conductă , numit Fantail , a fost de asemenea planificat pentru Boeing-Sikorsky RAH-66 Comanche pentru a reduce pista radar , pe baza cerinței stealth emise de armata Statelor Unite pentru un elicopter de atac de nouă generație, anulat ulterior în 2004 . ^[14]

NOTAR

Diagrama care arată mișcarea aerului prin sistemul NOTAR.

Același subiect în detaliu: NOTAR .

NOTAR, este un acronim pentru NO TA il R otor (fără rotor de coadă). Acesta este un sistem alternativ care elimină utilizarea rotorului de coadă pe un elicopter. Deși dispozitivul a trebuit să se îmbunătățească de-a lungul timpului, principiul Notar este teoretic simplu și funcționează într-un mod foarte similar cu o aripă care exploatează efectul Coandă ^[21] Un ventilator cu pas variabil rotit de transmisia principală este instalat în partea inițială a fuselajului și forțează aerul de joasă presiune care iese prin fantele plasate pe o parte a brațului cozii. Depresiunea care se creează atrage fluxul de aer produs de rotorul principal pentru a răsturna structura în formă adecvată și aceasta generează o ridicare care poate fi utilizată pentru a contracara efectul cuplului de rotație. Ridicarea generată este proporțională cu fluxul de aer al rotorului principal, care este la rândul său legat de cuplul nedorit, astfel încât efectele se compensează. Sistemul include, de asemenea, aripioare stabilizatoare și un jet suplimentar de aer (numit „ propulsor ”) care poate fi utilizat pentru a controla falca , adică direcția pe care o ia coada. Dezvoltarea Notarului datează din 1975, când a început dezvoltarea efectuată de Hughes Helicopters ^[21] În decembrie 1981, OH-6A a efectuat primul său zbor, primul elicopter cu sistemul NOTAR. ^[22] În prezent sunt în producție trei modele de elicoptere care utilizează NOTAR, toate de la MD Helicopters . Acest sistem anti-cuplu este, de asemenea, mai sigur pentru persoanele din zona de decolare și aterizare.

Tip jet

Fairey Rotodyne , unul dintre puținele modele de elicoptere , a folosit un rotor principal „ tip jet ”.

Un alt expedient pentru a evita formarea unui cuplu nedorit în configurația cu un singur rotor constă în utilizarea jeturilor de aer expulzat de la capetele lamelor pentru a deplasa rotorul în locul unui arbore rotit de un grup motor. Prin urmare, lamele trebuie să fie realizate în mod corespunzător cu o cavitate pentru trecerea aerului sub presiune produs de un turboreactor , sau de un motor cu jet de ramă sau rachetă .

Deși această metodă este simplă din punct de vedere conceptual și elimină cuplul, prototipurile care au adoptat-o ​​au fost mai puțin eficiente decât soluțiile convenționale și au produs mai mult zgomot. Percival P.74 , de exemplu, nici măcar nu a reușit să decoleze, în timp ce Hiller YH-32 Hornet a arătat o capacitate de ridicare bună, dar performanță generală slabă. Cel mai promițător dintre proiecte a fost cel al Fairey Jet Gyrodyne și ulterior Fairey Rotodyne cu 40 de locuri. Acesta din urmă a arătat bune abilități de zbor, dar proiectul a fost totuși abandonat din cauza evaluărilor economice sceptice cu privire la posibilitatea de a avea o rentabilitate economică continuând să investească în dezvoltare. ^[23] Unic a fost proiectul unui vehicul de lansare cu rachete rotative conceput cu propulsie de rachetă și echipat cu un rotor auxiliar pentru a fi utilizat în atmosferă și pus în mișcare de jetul rachetei eliberat și el de la vârful lamelor. Gli studi sono durati dal 1999 al 2001 , anno di chiusura forzata della azienda che stava seguendo lo sviluppo, bloccata dalla mancanza di fondi.

Rotori accoppiati

Il convertiplano V-22 Osprey decolla come un elicottero ma vola come un aereo convenzionale

La soluzione a rotori accoppiati, caratterizza elicotteri e convertiplani che non utilizzano rotori anti-coppia, ma uno o più paia di rotori principali che ruotando in direzione opposta controbilanciano gli effetti della coppie prodotte. Questa soluzione permette di sfruttare anche la potenza impiegata per muovere il rotore di coda, applicandola invece ai rotori principali, aumentando la capacità di sollevamento. Vi sono quattro configurazioni principali che utilizzano i rotori accoppiati:

• rotori in tandem
• rotori coassiali
• rotori intersecantisi
• rotori trasversali

Rotori in tandem

Rotori in tandem nel CH-47 Chinook .

I rotori in tandem sono due rotori principali installati uno dietro l'altro. Gli elicotteri con rotori in tandem controllano l'assetto per accelerare e decelerare attraverso un processo chiamato variazione differenziale del collettivo. Per accelerare l'aeromobile, il rotore posteriore aumenta il passo collettivo, sollevando la coda e la parte anteriore del rotore diminuisce il collettiva contemporaneamente abbassando il naso. Per decelerare o per spostarsi all'indietro, il rotore anteriore aumenta il passo collettivo, mentre il posteriore lo diminuisce. Il controllo sull' asse di imbardata viene ottenuto inclinando in modo simile i rotori, con variazioni del passo ciclico sempre opposte tra rotore anteriore e posteriore.

Rotori coassiali

Rotori coassiali nel Kamov Ka-50

La soluzione a rotori coassiali è realizzata con due rotori che ruotano in direzione opposta, ma montati sullo stesso albero. I rotori coassiali, oltre ad abolire la necessità di un rotore anti-coppia, risolvono uno dei problemi che affligge i rotori convenzionali durante alcune condizioni di volo traslato in avanti: lo " stallo della pala retrograda", un fenomeno che se accade genera una dissimmetria di portanza che non può essere compensata dal flappeggio. Negli elicotteri con rotori coassiali, la compensazione nelle portanze avviene sui due lati e si equilibra anche in queste condizioni di volo. Di contro vi è una maggiore complessità meccanica del sistema rotore, che in questa configurazione deve prevedere due distinti piatti oscillanti, uno dei quali deve comandare il rotore superiore con bielle che devono passare attraverso il rotore inferiore.

Rotori intersecantisi

Rotori intersecantisi nel Kaman HH-43 Huskie .

I rotori intersecantisi (" intermeshing " in inglese) consistono in due rotori che girano in direzioni opposte con ognuno dei due alberi dei rotori installato con un angolo di sfasamento dall'altro, così che i rotori intersechino le loro traiettorie senza entrare in collisione. Questa soluzione è anche chiamata "sincrottero" ^[24] ( synchropter in inglese). I rotori intersecantisi hanno alta stabilità e ottime capacità di sollevamento. La configurazione fu ampiamente testata durante la seconda guerra mondiale dal Flettner Fl 282 tedesco con ottimi risultati, ma la produzione in serie risultò quasi impossibile a causa della situazione bellica, vicina al termine. Il costruttore statunitense Kaman Aircraft ha prodotto il modello Kaman HH-43 Huskie , utilizzato dall' United States Air Force per compiti antincendio e per missioni di salvataggio fino agli anni settanta. La configurazione è utilizzata dalla Kaman anche per la gru volante Kaman K-MAX la cui produzione è stata interrotta nel 2003, ma per la quale vi sono ipotesi di riattivazione.

Rotori trasversali

Rotori trasversali nel Mil Mi-12 .

Rotori trasversali vengono montati all'estremità di ali o strutture esterne apposite installate perpendicolarmente alla fusoliera dell'aeromobile. A similitudine dei rotori in tandem o intersecantesi, anche i rotori trasversali utilizzano per la manovra la differenza tra le posizioni collettive delle pale, ma, similmente ai rotori intersecantesi, i rotori trasversali utilizzano le comuni tecniche di variazione ciclica del passo adottate dagli elicotteri classici per la manovra lungo l'asse di beccheggio. Questa configurazione è stata adottata in due dei primi elicotteri costruiti nella storia, il Focke-Wulf Fw 61 e il Focke-Achgelis Fa 223 Drachen , così come nel più grande elicottero mai costruito, il sovietico Mil Mi-12 . I rotori trasversali caratterizzano anche i convertiplani , come il prototipo Bell XV-15 ei nuovi Bell V-22 e Bell-Agusta BA609 .

Pale dei rotori aeronautici

Le pale di un aerogiro sono dei lunghi e stretti profili alari con un alto indice di allungamento alare e una forma che minimizzi la resistenza causata dai vortici d'estremità , similmente a quanto accade per le ali degli alianti . Normalmente sono caratterizzate da un certo grado di svergolamento introdotto per ridurre la portanza generata alle estremità, dove la velocità del flusso aerodinamico è maggiore e la generazione dei vortici presenterebbe un problema.

Le pale dei rotori, in epoca pionieristica realizzate in legno , sono modernamente realizzate in vari materiali, principalmente leghe di alluminio e materiali compositi , talvolta con rinforzi sul bordo di attacco in acciaio o titanio contro i fenomeni di erosione. In alcuni elicotteri sono dotate di sistemi elettrici o pneumatici di sghiacciamento . ^[6]

Limiti e rischi durante il volo

Gli elicotteri con rotore semi-rigido, come quelli due pale della Bell , Robinson ad altri, non devono trovarsi in condizioni di bassa forza g, perché questi rotori non controllano direttamente l'assetto della fusoliera e ciò potrebbe portare, per una somma di effetti dovuti all'inerzia della struttura e alla spinta del rotore di coda, all'intersecarsi della trave di coda con il disco formato dal rotore principale o causare l'urto tra la radice delle pale e l'albero della trasmissione, in entrambi i casi con effetti catastrofici.

Note

Bibliografia

Parte del testo di questa voce è basato sulla pubblicazione Rotorcraft Flying Handbook pubblicata dall'US Department of Transportation. Trattandosi di opera prodotta da un ente federale degli Stati Uniti d'America, appartiene al pubblico dominio.

Altri progetti

• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su Rotore

Collegamenti esterni

• Rotor Analysis - Blade Element Momentum Theory , su aerodyndesign.com .
• Galleria di immagini di teste di rotore di elicotteri , su b-domke.de .

Portale Aviazione : accedi alle voci di Wikipedia che trattano di aviazione