تالیف: مهندس ابوالقاسم بیهقی

تذکر: حق تکثیر محفوظ است

فرامین هلیکوپتر-----------------------Helicopter Control

همانگونه که گفتیم هلیکوپتر هواپیمایی است که میتواند عمودی بطرف بالا و پایین و افقی در هر جهت خرکت نماید و ختی در حالت سکون در هوا بایستد این عملیات و حرکات توسط کنترلهای اصلی بشرخ زیر انجام میشود.

1- Collective pitch control

این فرمان بصورت اهرمی (مانند ترمز دستی اتومبیل) در سمت چپ صندلی خلبان در داخل کابین قرار دارد و با حرکت آن بسمت بالا یا پایین میتوان زاویه نصب (   ( Incidence Angle of همه پره های rotor Main را همزمان زیاد یا کم نمود در نتیچه Lift حاصل از چرخش آنها افزایش یا کاهش خواهد یافت و سبب تغییر ارتفاع هلیکوپتر خواهد شد.

سر این اهرم شبیه دسته گاز موتور سیکلت است که با چرخاندن آن میتوان قدرت موتور را زیاد یا کم نمود و  در واقع Power pitch موتور است از آنجایی که گام روی دور موتور اثر میگذارد لذا خلبان همزمان با حرکت Collective pitch و تغییر گام تیغه ها قدرت موتور را نیز با چرخاندن دسته گاز تغییر میدهد. در نتیجه دور Main rotor (r.p.m) ثابت میماند.

در هلیکوپترهای مدرن امروزی بین حرکت اهرم Collective  و دسته گاز ( throttle ) ارتباط مستقیمی وجود دارد که موجب میشود دور Rotor همواره ثابت بماند که شباهت به طرز کار ملخهای ثابت Constant speed دارد. بهرخال چنانچه قدرت موتور و زاویه تیغه ها طوری باشد که Lift خاصله بیشتر از وزن هلیکوپتر با Rate متناسبی Climb خواهد نمود و در حالت عکس هلیکوپتر با Rate متناسبی Descent مینماید و در خالت خاص اگر این دو نیز با هم برابر شوند هلیکوپتر در هوا ایستائی خواهد نمود که بآن Hovering میگویند.

بایستی توجه داشت که هنگام Hovering نیروی جلو برنده تیغه ها ( Thrust ) صفر است. تغییر زاویه تیغه ها بوسیله یک رینگ بزرگی که در پائین قسمت دکل ( Mast ) قرار دادر عمل میکند.

2- Cyclic pitch control

این کنترل بصورت دسته ای در جلوی خلبان در داخل کابین قرار دارد و با حرکت آن بجلو عقب و طرفین و یا هر طرف دیگر قادر است که هلیکوپتر را در همان سمت حرکت دهد. بطور مختصر اصول کار چنین است که با حرکت دسته این کنترل بهرطرف مکانیزم Cyclic pitch control سبب میشود که Main Rotor disc ( صفخه خاصل از چرخش تیغه ها ) به همان طرف متمایل ( Tilt ) شود.

و در نتیجه مطابق شکل نیروی Lift تیغه ها به دو مولفه تجزیه میشود که مولفه افقی آن همان Thrust تیغه است که موجب حرکت هلیکوپترها به آنطرف میگردد.

برای Tilt کردن دیسک Main Rotor در مکانیزم Cyclic pitch از قطعه ای بنام Swashplate استفاده میشود که این قطعه زاویه تیغه ( Angle of incidence ) را 90 درجه قبل از نقطه ای که میخواهیم تیغه بلند ( Tilt ) شود افزایش میدهد در اثر افزایش زاویه تیغه نیروی Lift آن زیاد شده و براساس اصل

Precession که در مورد Gyroscopها صادق است 90 درجه بعد تیغه که همانند Gyroscop عمل میکند از خود عکس العمل نشان داده و در نتیجه تیغه به بالا حرکت کرده و با افق زاویه ای میسازد که نیروی Lift آن به دو مولفه تجزیه شده و مولفه افقی آن موجب حرکت هلیکوپتر بآن سمت میشود البته توجه داریم که Main Rotor disc را بهرطرف که Tilt کنیم هلیکوپتر به همان سمت حرکت میکند.

همانگونه که میدانیم معمولا" سرعت هلیکوپتر کم است و در هلیکوپترهای مدرن امروزی حداکثر 200MPH بیشتر نیست دلیل این مسئله یک مشکل آئرودینامیکی بشرخ زیر است.

وقتی که هلیکوپتر در وضعیت سکون است سرعت نوک تیغه ها در هر وضعیتی از چرخش با هم برابرند اما هنگام پرواز به جلو یا طرفین وضعیت فرق میکند زیرا یک تیغه حالت پیشرو ( Advancing blade ) و دیگری پس رو ( Retarding blade )خواهد داشت. در نتیجه Tip speed تیغه پیشرو مجموع دو سرعت یکی حاصل از چرخش تیغه و دیگری خاصل از سرعت هلیکوپتر خواهد بود.

مثلا" اگر سرعت هلیکوپتر 200mph و سرعت خطی تیغه 400mph باشد سرعت خطی تیغه پیشرو 400+200 = 600mph خواهد بود که نزدیک سرعت صوت است و چنانچه سرعت هلیکوپتر مقداری بیشتر شود ممکن است نوک تیغه ها در خالت پیشرو بسرعت صوت برسد در حالیکه تیغه پس رو سرعتی برابر با 400 – 200 = 200mph بیشتر نخواهد داشت.

3- Directional Control

هلیکوپترهائی که دارای یک Main Rotor میباشند. وقتی که موتور رشن است و Main Rotor با سرعت میچرخد عکس العمل Torque شفت آن میخواهد بدنه هلیکوپتر را در خلاف جهت چرخش خود بحرکت در آورد برای جلوگیری از این عمل در دم هلیکوپتر ( Tail boom ) با فاصله نسبتا" زیادی از مرکز ثقل هلیکوپتر Tail rotor را بطور عمودی نصب کرده اند که با چرخش خود تولید نیروی Thrust نموده و این نیرو Thrust در خلاف جهت عکس العمل Torque شفت ملخ است و لذا از چرخش بدنه هلیکوپتر جلوگیری نموده و ضمنا" بکمک آن میتوان جهت پرواز هلیکوپتر را بشرخ زیر کنترل نمود .

Tail rotor از طریق یک محور توسط موتور میچرخد و دور آن نسبت به Main rotor خیلی بیشتر بوده و حدود نصف دور موتور است. زاویه تیغه های Tail rotor با حرکت Rudder pedals از داخل کابین قابل تغییر میباشد و در نتیجه Thrust آن قابل کنترل است. مثلا" : با فشار دادن Rudder pedal راست زاویه تیغه ها کم شده و Thrust آنها کاهش میابد در نتیجه هلیکوپتر در اثر عکس العمل Torque شفت Main rotor بسمت راست گردش مینماید. و با فشار دادن Rudder pedal چپ اعمال عکس انجام میشود یعنی تیغه های Tail rotor زیاد شده و Thrust آنها افزایش یافته تا جائی که علاوه بر آنکه عکس العمل Torque شفت Main rotor را خنثی مینماید موجب گردش هلیکوپتر به چپ نیز میشود ( در مثال فوق فرض بر این است که اگر پائین به Main rotor نگاه کنیم در جهت حرکت عقربه های ساعت بچرخد ).

در هلیکوپترهای Single rotor در Tail boom یک Fin بشکل Airfoil وجود دارد که Tail rotor روی آن سوار است و در کنترل سمتی هلیکوپتر سهیم ایت.

Autorotation : اگر در حین پرواز به هر دلیلی موتور هلیکوپتر از کار بیفتد و یا اجبارا" آن را خاموش کنیم هلیکوپتر به سمت پائین حرکت کرده و Main rotor همانند ملخ هواپیما Wind mill خواهد نمود و نیروئی به این طریق تولید میشود ( که بهتر است بگوئیم Drag حاصله از چرخش تیغه ها که سرعت Descend هلیکوپتر را کاهش داده و آن را قابل کنترل مینماید و لذا خلبان میتواند با انتخاب محل مسطح مناسبی هلیکوپتر را با کمک Collection pitch control و  Cyclic pitch control به آن سمت هدایت نموده و فرود آنرا مینماید. به این عمل Autorotation میگویند. در هلیکوپتر های قدیمی یک سیستم کلاج بین موتور و  Main rotor قرار داشت که خلبان به کمک آن ارتباط این دو را قطع می کند و بار موتور را از روی Main rotor بر می دارد و هلیکوپتر های مدرن امروزی یک سیستم Free wheeling به طور اتوماتیک این ارتباط را قطع می نمایند. ( در این حالت چون Main rotor  نیروی عکس العمل ندارد لذا نیازی به Tail rotor نیست.)

Flapping (بال زدن) : هنگام چرخش Main rotor نیروی Lift تیغه های با توجه به فاصله آن ها از مرکز دوران باعث می شود که تیغه ها را به سمت بالا حرکت دهد و نیرو گریز از مرکز تیغه ها می خواهد آن ها را در امتداد عمود بر محور دوران قرار دهد در حالاتی از Operation که برآیند این دو نیروی موثر بر تیغه ها در امتداد تیغه ها باشد تیغه ها حرکتی در جهت بالا و پایین نخواهد کرد اما در غیر این صورت تیغه ها به بالا و پایین حرکت می کنند که به این حرکت Flapping می گویند. تیغه ها هنگام حرکت به طرف بالا یک مخروطی درست می کنند که به آن Conning گفته و این حرکت به وسیله 

لولاهایی در Rotor head به اسم Flapping hinge امکان پذیر می شود.

Dragging : چون تیغه ها در و ضعیت های پیشرو  و پسرو سرعت های مختلف دارند لذا نیروی Drag تولید شده آن ها متغییر بوده و   موجب دور و نزدیک شدن تیغه ها از هم می شوند این عمل را Dragging گفته و لولاهایی به نام Dragging hinges این عمل را امکان پذیر می سازند.