Door de geschiedenis van helikopters werden regelmatig verschillende ontwerpen van het draagsysteem voorgesteld, maar slechts één ervan werd klassiek en kreeg vervolgens een aanzienlijke ontwikkeling. Andere oplossingen, die voorzien in verschillende opties voor de propelleraandrijving, bladontwerpen, functies, enz., konden er niet tegenop. Vaak was een dergelijk resultaat van een gewaagd project te wijten aan objectieve tekortkomingen en problemen.
Technische klassiekers
Het klassieke helikopterschema biedt verschillende vrij eenvoudige oplossingen. In de romp van de machine is een krachtcentrale geplaatst met een versnellingsbak die koppel levert aan de hoofd- en staartrotor. De hoofdrotor met grote diameter is gebouwd op basis van een tuimelschijf, die zorgt voor een verandering in lift en / of manoeuvreren, en heeft ook verschillende grote bladen met een aspectverhouding.
Dit ontwerp is relatief eenvoudig, goed ontwikkeld en leent zich voor eenvoudige ombouw en schaalvergroting om aan de bestaande eisen te voldoen. Bovendien heeft het geen enkele nadelen, zoals de noodzaak om verbindingen in pijpleidingen af te dichten of het risico van overlappende bladen.
Er zijn echter ook nadelen. De helikopter van het klassieke schema heeft beperkingen op de horizontale vliegsnelheid in verband met de specifieke kenmerken van de stroming rond de rotorbladen. In sommige modi kunnen andere negatieve verschijnselen optreden, zoals een vortexring. Met een enkele hoofdrotor moet u een lange en sterke staartboom ontwerpen om de staartrotor op te nemen.
De ontwikkeling van het klassieke schema leidde tot de opkomst van helikopters met meerdere rotors met longitudinale, transversale of andere plaatsing van verschillende lagersystemen. Een coaxiaal schema is wijdverbreid geworden, waarbij twee schroeven met een traditioneel uiterlijk op een enkele bus worden gemonteerd. Ook werden het klassieke ondersteuningssysteem en een aantal van zijn eenheden de basis voor verschillende alternatieve ontwerpen.
Straalpropeller
De helikopter met één rotor wordt geconfronteerd met het probleem van het reactieve koppel en er zijn verschillende oplossingen voorgesteld om dit aan te pakken. Al in de jaren dertig dook het idee van een rotor met een jetaandrijving vrijwel gelijktijdig op in meerdere landen. Een dergelijke propeller is niet verbonden met de motor in de romp en dwingt deze dus niet om in de tegenovergestelde richting te draaien.
De straalrotor onderscheidt zich door de aanwezigheid van zijn eigen motoren aan de uiteinden van de bladen. De propeller kan worden aangedreven door een compacte turboprop- of straalmotor. Er zijn ook ontwerpen bekend met de toevoer van samengeperste gassen van een gasturbinemotor in de romp naar de mondstukken of naar de verbrandingskamer in het blad.
Het idee van de jetrotor kreeg in de jaren vijftig en zestig veel aandacht; in verschillende landen zijn een aantal proefprojecten ontwikkeld. Ze werden aangeboden als lichte voertuigen van het type Dornier Do 32 of B-7 ML. Mile en Hughes XH-17 zware transporthelikopter. Geen van deze monsters is echter verder gekomen dan kleinschalige productie.
Het grootste probleem met de straalschroef is de complexiteit van de naaf. Hierdoor moet gecomprimeerd gas en / of brandstof worden toegevoerd aan het beweegbare blad, waarvoor transmissie- en afdichtingsmiddelen nodig zijn. Op het blad zelf moet een of andere motor worden geplaatst, die nieuwe eisen stelt aan het ontwerp. Het bouwen van een robuust ontwerp met deze mogelijkheden bleek te moeilijk en de verwachte voordelen konden de inspanning niet rechtvaardigen.
Gekruiste messen
In de jaren dertig werd een zogenaamde regeling voorgesteld. synchroon. Dit concept stelt het gebruik van twee rotoren met twee bladen voor, waarvan de naven op een minimale afstand zijn geplaatst met de wielvlucht naar buiten. De propellers moeten naar elkaar toe draaien en het speciale ontwerp van de versnellingsbak sluit overlapping van de bladen uit.
Het synchrocopter-draagsysteem is in staat om de vereiste lift te creëren en te vliegen in dezelfde modi als het klassieke schema. Het heeft het voordeel dat het de algehele stuwkracht en hefcapaciteit kan vergroten, en de uitbreiding van de stuwkrachtvectoren verhoogt de stabiliteit in zweven en andere modi. In dit geval compenseren de reactieve momenten van de twee propellers elkaar en is er geen stuursysteem nodig.
Synchrokopters worden echter niet veel gebruikt. In de jaren dertig werd dergelijke apparatuur geproduceerd door het Duitse bedrijf Flettner en sinds 1945 wordt dit onderwerp ook in andere landen behandeld. De helikopters van het Amerikaanse bedrijf Kaman Aerosystems zijn het meest bekend. Tot een bepaalde tijd was er vraag naar synchrokopters, maar toen vervaagde de richting - nu is er slechts één monster in de serie. Al die tijd werden er niet meer dan 400-500 seriële machines van deze klasse gebouwd.
Het grootste nadeel van een synchrokopter is de complexiteit van de versnellingsbak, die koppel levert aan twee dicht bij elkaar staande propellers. Een enkele rotoraandrijving met dezelfde eigenschappen blijkt veel gemakkelijker te zijn. Bovendien heeft een paar tweebladige propellers een beperkt stuwkrachtpotentieel. Dus de moderne "zware" synchrocopter Kaman K-Max heft niet meer dan 2700 kg en verliest in dit opzicht veel helikopters van het klassieke schema.
Draaien en stoppen
Het idee om een roterende propeller en een vaste vleugel te combineren is bekend. In dit geval wordt de rotatie van de hoofdrotor gebruikt voor het opstijgen en versnellen. Bij een bepaalde snelheid moet de propeller stoppen en moeten de bladen in een vaste vleugel veranderen. Hierdoor kan een hoge vliegsnelheid worden ontwikkeld, maar is de ontwikkeling en implementatie van nieuwe oplossingen nodig.
Neem als voorbeeld het Sikorsky X-Wing-project, dat sinds het midden van de jaren zeventig is ontwikkeld als aanvulling op de S-72-helikopter. De laatste was een helikopter met een hoofd- en staartrotor, uitgerust met een ontwikkelde vleugel van een kleine sweep. Aan de zijkanten van de romp bevond zich een paar gasturbinemotoren die stroom leverden aan de as (voor propellers) en straalstuwkracht creëerden (voor snelle vluchten).
Het X-Wing-draagsysteem kreeg een schijfkuipnaaf die was uitgerust met een tuimelschijf met alleen een gemeenschappelijke spoed. We gebruikten rechthoekige lamellen met een verticaal symmetrisch profiel. Aan de voor- en achterrand van het blad waren openingen voor de afvoer van perslucht van de compressor buiten. De lucht, vanwege het Coanda-effect, moest het profiel van het blad "verlengen", waardoor het lift kon creëren. Afhankelijk van de wijze van luchttoevoer kan het mes zowel in rotatie als in stationaire positie even effectief werken.
Het X-Wing-systeem werd met succes getest in een windtunnel en werd zelfs geïnstalleerd op een ervaren S-72. Kort voor de geplande vluchten, in 1988, gaven NASA en DARPA echter opdracht om het werk stop te zetten. Met alle verwachte voordelen was het ongebruikelijke draagsysteem te complex. Bovendien duurde het project meer dan 10 jaar en overschreden de kosten de toegestane limiet. Om deze reden is het X-Wing-concept niet verder ontwikkeld.
Lens tijdens de vlucht
Op dit moment werkt het Franse bedrijf Conseil & Technique aan het concept van een light air taxi helikopter met een ongebruikelijk draagsysteem. Het voorgestelde ontwerp van de propeller verliest van het traditionele in termen van de gecreëerde lift bij het opstijgen en landen, maar verschilt in grotere eenvoud en het vermogen om meer stuwkracht te creëren tijdens horizontale vlucht. Het vermogen om geluid te verminderen wordt ook vermeld.
De originele propeller is gebouwd op basis van een lenticulaire schijf die 70% van het geveegde gebied inneemt. Er wordt voorgesteld om korte bladen van het vleugelprofiel langs de randen te monteren. De mogelijkheid om de tuimelschijf te plaatsen wordt niet gemeld; tractiecontrole kan worden uitgevoerd door de snelheid te wijzigen.
Tests hebben aangetoond dat tijdens horizontale vlucht het schijfdeel een aanzienlijke hefkracht creëert, waardoor de constructie als geheel de traditionele ontwerppropeller qua eigenschappen omzeilt. Bovendien was het mogelijk om de invalshoek op 25° te brengen zonder de stroom te stoppen. Het vliegtuig in ontwikkeling zal volgens berekeningen snelheden tot 200 km/u kunnen halen.
Het project van de firma Conseil & Technique bevindt zich nog in de fase van onderzoek en ontwerpontwikkeling. Waarschijnlijk wordt het in de nabije toekomst getest op mock-ups, waarna een volwaardige ervaren multi-rotor helikopter kan verschijnen. Het is niet bekend of dit alternatieve ontwerp in staat zal zijn om alle taken op te lossen en een plek te vinden in de luchtvaartindustrie.
Op zoek naar alternatieven
Lange decennia van bestaan en actieve bediening van helikopters hebben alle voordelen van het klassieke ontwerp van het draagsysteem aangetoond. Pogingen om alternatieve schema's te creëren die er minimale gelijkenis mee hebben, zijn nog niet met bijzonder succes bekroond. Wetenschappers en ingenieurs stoppen echter niet met werken en blijven zoeken naar kansrijke ideeën.
Een ander project van dit soort wordt nu gecreëerd en de resultaten zullen in de nabije toekomst duidelijk worden. Tegelijkertijd is het duidelijk dat geen van de nieuwe lagersystemen een merkbaar effect zal hebben op de algemene gang van zaken, en het klassieke schema en verschillende varianten van zijn ontwikkeling zullen hun plaats in de luchtvaarttechnologie behouden. Nieuwe ontwikkelingen kunnen echter - mits voldoende perfectie - hun niche vinden, waar hun voordelen het meest geschikt en winstgevend zijn.
