Helikopterji

Že od tedaj, ko se je človek postavil na noge in vzravnal hrbtenico, je začel razmišljati o tem, kako bi si skrajšal razdalje. Sanje so bile velike. Od naprav, ki bi mu skrajšale razdalje po zemlji, prek naprav na vodi pa vse do razmišljanj o napravah, ki bi letele kot ptice. Vrhunec razmišljanja pa je bil navpični vzlet. Mnogo let je minilo, da so se sanje uresničile.

helikopterji.jpgSkozi vso zgodovino so bile sanje o letenju dovolj močne, vendar pa je bila tehnologija večni problem. Eden največjih letalskih sanjačev in izumitelj Igor Sikorsky je v svoji avtobiografiji takole opisal tehnološke probleme: Najprej je treba doumeti aerodinamiko in rešiti problem vertikalnega toka, ki drži letalno napravo v zraku. Rešitev drugega problema je nakazal izum motorjev z notranjim zgorevanjem. Zatem sledijo problemi primernih materialov, ki bi povezali rotor, motor, pilota in koristni tovor. Naslednje je vprašanje stabilnosti in krmarljivosti. Ko so letalne naprave že poletele, so se pojavile nove težave s tresljaji in hrupom, kar negativno vpliva na zgradbo letalnih naprav, članov posadk in nenazadnje na okolico. Na ta vprašanja še dandanes ni dokončnih odgovorov. Še celo več, postavljajo se nova, ki potiskajo voz razvoja letalnih naprav naprej.

leonardo_da_vincijev_helikopter_vir5.gifPa se vrnimo daleč nazaj, v čas, ko so Kitajci doživljali svoj kulturni razcvet. To je bilo obdobje nekako štiristo let pred našim štetjem. Tedaj so proučevali in izdelovali prve leteče naprave, ki pa niso bile namenjene letenju, ampak igranju. Vendar so se od tu črpale ideje, kako leteča semena, ki letijo vertikalno, povečati in prirediti tako, da bi se z njim dalo poleteti.

Minilo je skoraj dva tisoč let, ko so se pojavile prve pisne zamisli o tem, kako poleteti vertikalno. Leta 1483 je Leonardo da Vinci objavil svojo idejo letečega vijaka, ki ga je zasnoval na podlagi ladijskega vijaka. Poleg skice je napisal tudi besedilo, ki govori, da je narisani objekt zračni vijak, ki se vrti in prodira skozi zrak. Napisal je tudi nekakšen tehnološki postopek, v katerem govori, da se letalna naprava lahko naredi iz lesa, vrvi in lanenega platna. zracna_kocija_sira_georga_cayleya_vir5.jpgčŒetudi pa je da Vinci sanjal tudi o motorjih, turbinah, zobnikih, ni razmišljal, da bi v svoj leteči vijak vgradil pogonski agregat, kaj šele, da bi razmišljal o vrtilnih momentih, ki jih povzroča zračni vijak.

Zelo znan po svojem delu je tudi Sir George Cayley, ki se je zgledoval po Kitajcih in je ob koncu 18. stoletja izdelal kar nekaj uspešnih vrtečih se modelov. Z njimi je proučeval aerodinamične sile na vrtečih se krilih. Veliko je tudi pisal in postavil temelje današnji aerodinamiki. Leta 1843 je izdal delo, v katerem je do potankosti predstavil zamisel o letalni napravi z navpičnim vzletom, poimenovano  »Aerial Carriage«.

V zgodnjih šestdesetih letih 19. stoletja pa se prvič pojavi ime helikopter. Francoz Ponton d'Amécourt, ki je izdelal in tudi preizkušal kar nekaj letalskih modelov, jih je poimenoval hélicoptres (beseda je grškega izvora in pomeni spiralno krilo oziroma pero). Leta 1863 je izdelal s parnim motorjem gnan helikopter, ki pa žal ni imel dovolj moči za vzlet. D'Amécourt je s tem naredil še en korak naprej pri razvoju letalnih naprav in dal marsikateremu sanjaču tistega časa idejo o novih letalnih napravah, vendar pa je ravno pretežak parni agregat nekoliko zavrl nadaljnji razvoj helikopterjev.

Nov korak naprej je konec 19. stoletja napravil Thomas Alva Edison, ki je poskušal poleteti z majhnim helikopterskim modelom. Za pogon si je najprej izbral motor, ki je bil predhodnik batnega motorja in ga je poganjala zmes smodnika in bombaža. Kasneje je motor zamenjal z elektromotorjem in z njim naredil kar nekaj uspešnih lebdenj. Uspehu sta botrovala lažji pogonski agregat in rotor z večjim premerom, ki ga je Edison leta 1910 patentiral. Dosegel pa ni samo uspeh, pojavila se je nova težava, trdnost krakov.

paul_cornu_v_svojem_helikopterju_1907.jpgBrata Wright sta s svojim prvim letalskim poletom v začetku 20. stoletja pospešila razvoj helikopterjev. Samo štiri leta kasneje, leta 1907, je Francoz Paul Cornu izdelal prvi helikopter, ki je v zrak ponesel človeka. Letalno napravo je predstavljala palična konstrukcija, na kateri sta bila primerno uležajena dva rotorja s po dvema togo vpetima krakoma. Rotorja sta se vrtela vsak v drugo, prvemu nasprotno smer in s tem rešila vprašanje vrtilnega momenta. Napravo je poganjal bencinski motor, moč pa se je z motorja na rotor prenašala z jermenskim pogonom. Naprava je imela tudi zametke krmilne naprave, ki sta jo predstavljali majhni krilci, postavljeni navpično pod rotorjema. Istega leta sta prav tako Francoza, brata Breguet, izdelala letalno napravo, ki je ponesla v zrak človeka, in jo poimenovala Giroplane. Naprava je imela podobne težave kot Cornuvova.

boris_yuriev.jpgV carski Rusiji sta dve leti kasneje Boris Jurijev in Igor Sikorsky povsem neodvisno zgradila koaksialno letalno napravo, ki pa ni nikoli poletela. Imela je prešibek motor in preveč vibracij. Leta 1912 sta se ponovno lotila konstruiranja letalske naprave, ki je bil že nekoliko bolj podobna današnjim helikopterjem. Imela je močnejši motor, en glavni rotor in enega repnega. Tudi ta naprava ni nikoli poletela, a je pomenila še en kamenček v mozaiku razvoja helikopterjev, kajti tu se je prvič omenjala ideja o cikličnem nastavljanju korakov rotorja, podobno kot to srečamo na današnjih helikopterjih. Neuspeh je Sikorskega tako prizadel, da se je preusmeril in postal uspešen konstruktor letal. V carski Rusiji pa se je s koaksialnimi helikopterji, vendar manj uspešno, ukvarjal tudi profesor Žukovski, bolj znan kot teoretik na področju vzgona letalskega krila.

ellehammer_1906.jpgMed pionirje helikopterskega razvoja lahko uvrščamo tudi Danca Jensa Ellehammerja, ki je leta 1914 izdelal koaksialno napravo. Na rotorju, ki ga predstavljata dva aluminijasta obroča, je bilo pritrjenih po šest relativno kratkih krakov. Na spodnji obroč je bila pritrjena tkanina, ki je služila kot padalo, če je vse skupaj odpovedalo. Podobno kot v primeru Jurjeva in Sikorskega je imel sistem vgrajeno eno izmed zgodnjih cikličnih naprav, s katero naj bi pilot krmilil. Naprava je sicer nekajkrat odskočila od tal, vendar nikoli vzletela.

V istem času sta v ZDA veliko pionirsko delo opravila oče in sin Emile in Henry Berliner, ki sta se ukvarjala z letalnimi napravami z enim in koaksialnim rotorjem. Prijavila sta tudi nekaj patentov, vendar podatkov o izgradnji teh naprav ni. Pač pa je zanimiva naprava, ki sta jo leta 1920 predstavila na letališču College Park - letalna naprava, katere trup je letalski, prav tako rep, na katerem so vertikalni in horizontalni stabilizator ter pomožen rotor, katerega os vrtenja je postavljena vertikalno. Namesto kril ima nastavke, na katere sta uležajena dva vertikalna rotorja. Letalna naprava se je krmilila z nagibanjem gredi glavnih rotorjev. Avtorja sta jo poimenovala »helikoplane«.

emile_berliner_ob_svojem_helikopterju_leta_1908.jpgOče in sin Berliner sta močno vplivala na Britanca Louisa Berennana, ki je konec dvajsetih let in v začetku tridesetih izdelal letalno napravo. Imela je zelo velik premer glavnega rotorja, ki sta ga gnala dva propelerja na koncu krakov. S tem se je pojavil še en način, kako premagati vrtilni moment. Naprava je sicer nekajkrat poletela, a se na koncu polomila, tako da je Berennan opustil razvijanje helikopterjev in se posvetil avtogiru. Sočasno je svojo letalno napravo preizkušal v Španiji in Franciji živeči Argentinec Raul Peskara. Poizkuse je izvajal z dvojnim koaksialnim rotorjem, ki je vsega skupaj štel 20 profiliranih krakov, togo vpetih v rotor. Peskara je že dodobra razvil ciklično komando in začel uvajati mehanizem za kolektivno spreminjanje korakov, s katerim je kompenziral vrtilni moment. Prva verzija naprave je imela prešibak motor in ni nikoli poletela. Kasnejši poskusi so bili bolj uspešni, a so se vedno končali z resno poškodbo naprave, kar je botrovalo, da je bil projekt opuščen.

Ruski izseljenec v ZDA Georges de Bothezat pa ni prekinil razvoja svoje uspešne letalne naprave zaradi neuspehov, ampak zaradi »perspektive« avtogirov. Naprava, katere soavtor je bil Ivan Jerome, je naredila kar nekaj uspešnih poletov. Tudi sama zasnova ni bila slaba. Imela je dva glavna rotorja, ki sta bila postavljena na koncih trupa. Napravo je bilo moč krmiliti s spreminjanjem kolektivnega in hkrati cikličnega koraka rotorja.

Konec tridesetih je na Nizozemskem izvajal poskuse von Baumahauer. Z obliko letalne naprave se je že zelo približal obliki današnjih helikopterjev. Konstrukcija je bila palična. Naprava je imela enojni glavni rotor in repni rotor za kompenzacijo vrtilnega momenta, ki sta ju ločeno poganjala dva motorja. Glavni rotor je imel členkasto vpeta dva kraka, ki sta bila med seboj povezana z žico, da je bilo nihanje krakov v smeri gor-dol usklajeno. de_la_ciervov_helikopter_1920__1936.jpgKrmiljenje naprave je bilo izvedeno prek nagibne plošče in ciklične komande. Težava je bila v tem, da glavni in repni rotor nista bila med seboj usklajena, zato so bile velike težave s upravljanjem naprave.

Ti poskusi so za tisto obdobje predstavljali vrhunec raziskav na področju vertikalnega vzleta. Vendar pa je pravi čas za prave, uporabne helikopterje šele prihajal, medtem ko je razvoj letal doživel že pravi  razmah. Letala so postajala vse večja in vse bolj zmogljiva in tudi idej je bilo vse več in več. Tako je v koncu tridesetih Špancu Juanu de la Ciervi padla ideja o novi letalni napravi, imenovani avtogir.

Doba avtogirov
Avtogiri so predstavljali nekakšen desetletni odmor pri razvoju helikopterjev, so pa prinesli vir novih dejstev s področja aerodinamike in upravljivosti vrtečih se kril. Njihov uspeh je vlil nov raziskovalni navdih novodobnim načrtovalcem helikopterjev.

kamov_avtogiro_a7_1934.jpgNajvečji napredek pri razvoju avtogira je dosegel de la Cierva, ki je na svoje klasično letalo postavil prosto vrteči se koaksialni rotor in ga zaradi prevelikih medsebojnih motenj zamenjal z enojnim. Rotor se je poganjal s pomočjo avtorotacije, ki je nastala zaradi letenja avtogira skozi zrak. Ker je bil avtogir prva leteča naprava z rotorjem, so se sprva pojavile težave z vzdolžno stabilnostjo plovila. De la Cierva je kmalu spoznal, da brez vetrovnikov ne bo šlo, zato je blizu Madrida postavil dva vetrovnika, kjer je sistematično raziskoval aerodinamiko in kinematiko rotorjev. Ugotovil je, da je vzrok vzdolžne nestabilnosti v različnih hitrosti dotoka zraka na krak rotorja zaradi letenja rotorja oziroma avtogira. pionirka_amelia_earhart_ob_avtogiru.jpgTežavo je de la Cierva odpravil s členkastim vpetjem krakov v glavo rotorja, s čimer je bilo omogočeno prosto gibanje krakov gor-dol, kar je povzročilo izenačitev vzgona po celi površini rotorja in povečalo vzdolžno stabilnost. De la Ciervov izum je seveda približal letalo helikopterju, a ni posegel v njegovo bistvo. Res da so bile vzletno-pristajalne površine za avtogire precej krajše od letalskih, vendar avtogir ni mogel vzleteti in pristati vertikalno. Večja slabost kot pristanki so bili vzleti, ki niso bili vedno uspešni. Bili so prava loterija. Avtogir je pri povečevanju vzletne hitrosti poskakoval kot žaba.

heinrich_focke_fw_61_prvi_helikopter_ki_je_bil_dejansko_krmarljiv_1938.jpgDe la Ciervovo delo je na področju avtogirov v sredini štiridesetih dopolnjeval Hafner. Domislil se je, da bi rotor avtogira pognal kar na zemlji. Poskus je bil uspešen, Ni bilo več poskakovanja in vzleti so postajali vse bolj zanesljivi. Hafner tudi ni več uporabljal de la Ciervovega mehanizma, ki je nagibal os rotorja, ampak je prek nagibne plošče nagibal samo ravnino vrtenja rotorja (tak sistem nagibanja je v uporabi še danes).

S tem izumom Hafner še ni izdelal helikopterja, je pa pomenil spodbudo pri nadaljnjem razvoju helikopterjev.

Prvi uspehi helikopterjev
Prvi večji omembe vreden uspeh pri razvoju helikopterjev sta v letih 1930-36 doživela Francoza Louis Breguet in René Dorand. Na sliki je prikazan helikopter iz leta 1935, ki ima koaksialen rotor. Kraka sta na rotor pritrjena členkasto. Vrtilni moment se je kompenziral zaradi različnih kolektivnih korakov rotorjev. Za krmiljenje se je uporabljala ciklična in kolektivna komanda, ki je prek nagibne plošče krakom spreminjala kolektivni in ciklični korak. Z napravo so takrat podrli časovni (62 minut) in dolžinski (44 km) rekord. Izveden je bil tudi prvi pristanek s pomočjo avtorotacije, ki se je končal s poškodovanjem naprave. Delo pri tem projektu se je zaradi bližajoče se vojne prekinilo.

sikorsky_vs300.jpgLeta 1936 je Nemec Heinrich Focke ob pomoči Georga Wulfa in Gerda Achgelisa predstavil izdelek z imenom FW-61. To je bil helikopter, katerega trup, rep in podvozje so bili letalski, namesto kril pa je imel dva nasproti vrteča se rotorja. Krmarljivost je zagotavljal mehanizem, ki je prek nagibne plošče krakom spreminjal ciklični korak. Gibanje helikopterja po vertikalni smeri pa ni bilo zagotovljeno s kolektivnim korakom, pač pa s spreminjajočimi obrati rotorjev. FW-61 je prvi izvedel avtorotacijski pristanek brez poškodbe, letel je na vrhuncu 3300 m, maksimalna hitrost je bila 75 vozlov in maksimalna razdalja 80 km. Bil je pravi propagandni material za nemško vojaško »mašinerijo« in dobra osnova pri razvoju helikopterjev povojne Sovjetske zveze.

Med drugo vojno se je spet lotil razvoja helikopterja, tedaj že kot Američan, Igor Sikorsky. Njegov prvi, leta 1940 izdelani projekt je bil VS-300. Imel je en glavni in dva pomožna repna rotorja, ki so zagotavljali navpične manevre. Na repu je imel še tri vertikalne rotorje, ki so zagotavljali prečno in vzdolžno krmarljivost in stabilnost. sikorsky_r4b.jpgNjegov naslednji poskus je bil VS-300A, ki je od prejšnjega modela ohranil le še glavni in pa en vertikalni repni rotor, ki je s spreminjanjem koraka zagotavljal smerno stabilnost. Smerno krmarljivost in krmarljivost po hitrosti je zagotavljal ciklični mehanizem, ki je spreminjal nagib samo ravnini vrtenja krakov in ga poznamo še danes. Prav tako kot tudi danes, so se vertikalni manevri izvajali s pomočjo kolektivnega mehanizma. Model VS-300A ni bil zadnji projekt Sikorskega. Že leta 1941 je izdelal nov model in ga poimenoval R-4, leta 1943 pa še zmogljivejšega R-5, ki je imel dva sedeža in veliko boljše lastnosti kot predhodnik. Leta 1946 je podjetje Westlad Helicopters v Veliki Britaniji po licenci prvič izdelalo helikopter Sikorskega z oznako WS-51 in s tem se je začelo obdobje dveh velikih proizvajalcev, ki še dandanes izdelujeta uspešne modele helikopterjev.

arthur_young.gifSi
korsky v ZDA ni bil sam pri razvoju helikopterjev. Veliko konkurenco so predstavljali Frank Piasecki, Charles Kaman in Arthur Young. Slednji je veliko truda vložil v razvoj zelo uspešnega rotorja, poimenovanega »teetering rotor«. Poskuse je izvajal z električnim modelom. Na gred rotorja je na en očesni ležaj vpel dva kraka in pravokotno postavil vzvodno palico z utežmi na koncih. Vzvodna palica je bila direktno povezana z mehanizmom za spreminjanje koraka. čŒe je rotor vznemirila motnja, je na vzvodno palico z utežmi začel delovati giroskopski efekt, ki je rotor postavil v začetno, ravnovesno lego. Tak način stabilizacije rotorja je zelo enostaven in učinkovit, zato se je Young leta 1942 odločil izdelati prototip (Bell-300), s katerim je leto kasneje tudi uspešno vzletel. Prototip je po nekaj testnih letih in izboljšavah preimenoval v Bell-47, to pa je bil prvi helikopter, ki so ga priznale civilne letalske oblasti; doživel je pravi poslovni uspeh, podobno kot njegov naslednik Bell-206, znan tudi po imenu jetranger.

bell_47.jpgPrvi helikopter, ki ga je leta 1943 preizkusil Piasecki, je bil "helikopterček" PV-2. Razvil ga je z izkušnjami, pridobljenimi pri delu na področja avtogirov. Vendar je ta model in tudi kasnejši zahteval veliko vzdrževanja, zato se je Piasecki preusmeril, leta 1943 ustanovil firmo ter pričel izdelovati večje helikopterje s tandemskima rotorjema. Zaradi specifičnega trupa so dobili vzdevek »leteče banane«. Helikopter je bil zelo velik, močan, vendar še vedno nezanesljiv. Piaseckijevo firmo je leta 1952 prevzela firma Vertol in izdelala bolj uspešno verzijo tandemskega helikopterja, Vertol-107, kasneje pa še modela CH-46 in CH-47. Danes firma Vertol (od leta 1956) deluje pod okriljem firme Boeing Helicopters.

boeing_ch46_sea_knight.jpgKaman je svoje helikopterje preizkušal s tako imenovano poševno konfiguracijo rotorjev, znano kot sinhropter. Gre za helikopter, ki ima dva sinhronizirano, nasproti vrteča se rotorja, katerih osi sta postavljeni pod kotom. Svoj prvi model je poimenoval K-125A in z njim poletel leta 1947. Zanimiva je naslednja verzija Kamanovih helikopterjev, ki jih prvič v zgodovini helikopterjev poganja turbogredni motor. Kaman je z naslednjimi modeli prešel h klasični konfiguraciji helikopterja (en glavni in en repni rotor), a se je z zadnjo uspešnico leta 1991 na tržišču spet pojavil z sinhropterjem, modelom K-max.

Lahko bi rekli, da so zgoraj opisani avtorji s svojimi letalskimi napravami pionirji helikopterskega razvoja. Postavili so trdne temelje današnji helikopterski industriji. Na vprašanje, ali bo helikopter vsaj toliko dobra letalna naprava kot letalo, je Sikorsky dejal, da helikopter nikoli ne bo tako dobra naprava kot letalo in da tudi letalo nikoli ne bo zmoglo tega, kar zmore helikopter. Jaz bi še dodal, da niti helikopter ne zmore tega, kar zmore letalo. Ali pač?


kaman_virkaman.jpg













Nazaj