Wie funktioniert ein Hubschrauber Arbeit Erklären Sie, dass Stuff
Foto: Die weltweit größte Hubschrauber der US-Marine: das CH53-E Sikorsky Super Stallion. Jeder kostet fast $ 25 Millionen! Bild von Joshua Adam Nuzzo mit freundlicher Genehmigung von der US Navy.
Wie kommt ein Hubschrauber in der Luft bleiben?
Die Wissenschaft eines Hubschraubers ist genau die gleiche wie die Wissenschaft eines Flugzeugs. es arbeitet mit dem Lift-eine Erzeugung nach oben drückenden Kraft, die ihr Gewicht überwindet und fegt sie in die Luft. Flugzeuge machen Aufzug mit Tragflügeln (Flügel, die einen gekrümmten Querschnitt aufweisen). Als sie nach vorne schießen, ändern ihre Flügel den Druck und die Richtung der eintreffenden Luft und zwingt ihn, hinter ihnen und Einschalten sie in den Himmel: ein Motor des Flugzeugs nach vorne beschleunigt, während seine Flügeln es schleudern auf. Das große Problem mit einem Flugzeug ist, dass viel Luft hat über seine Flügel Rennen genügend Auftrieb zu erzeugen; das bedeutet, dass es große Flügel braucht, hat es schnell zu fliegen, und es braucht eine lange Landebahn für Start und Landung.
Hubschrauber auch Luft Bewegung über Tragflügel machen Auftrieb zu erzeugen, sondern stattdessen ihre Tragflügel in einem einzelnen festen Flügel aufweisen, haben sie sie in ihre Rotorblätter gebaut, die etwa bei hohen Geschwindigkeit drehen (ungefähr 500 RPM Umdrehungen pro Minute). Die Rotoren sind wie dünne Flügel, an Ort und Stelle „ausgeführt“, eine massive Abwind von Luft zu erzeugen, die die Hubschrauber nach oben bläst. Mit geschickter Pilotierung, kann ein Hubschrauber starten oder vertikal landen, schweben oder Spin an Ort und Stelle, oder driftet sanft in jede Richtung-und Sie können alle in einem herkömmlichen Flugzeug nicht.
Die wichtigsten Teile eines Hubschraubers
Obwohl einige noch kleine Hubschrauber Kolbenmotoren verwenden (auch Hubkolbenmotoren genannt, ähnlich denen, die in Autos und Lastwagen verwendet wird), verwenden die meisten jetzt Gasturbinen mehr wie die Triebwerke auf den konventionellen Flugzeugen. Turbinenmotoren sind glatter in Betrieb (schwing viel weniger), stärker, weniger mechanisch komplex und zuverlässiger. Einige Hubschrauber haben eine einmotorige horizontal montiert, unter und hinter dem Rotor; die meisten kleinen Bell Helicopters, zum Beispiel, wie diese funktionieren. Andere haben einen Motor auf beiden Seiten des Rotormastes angebracht ist; Militär Seahawk und Apache-Hubschrauber sind auf diese Weise mit Strom versorgt. Die meisten modernen Choppern haben Turbomotoren, die in Flugzeugen in den normalen Düsentriebwerken ähnlich sind. Jedoch kann anstelle eines heißen Abgasstrahl herausspritz, die sie nach vorne schiebt, sie nutzen die Energie aus dem Verbrennungsgas eine zentrale Turbine und Antriebswelle, die Befugnisse der Übertragung (der Mechanismus, der der Motor die Rotoren anzutreiben ermöglicht) zu drehen. Unser Hauptartikel auf Jet-Motoren erfahren Sie mehr darüber, wie Turbojetmotoren Arbeit.
Foto: Hubschrauber-Motor: Schauen Sie unter dem Rotor dieser Hubschrauber Seahawk. Die lange, graue Röhre zwischen den beiden Sätzen von Zahlen ( „69“) ist ein Turbostrahltriebwerk. Es gibt einen zweiten Motor genau das gleiche auf der anderen Seite. Foto von Trevor Kohlrus mit freundlicher Genehmigung von der US Navy.
Hauptrotor
Die Schaufeln eines Hauptrotor des Hubschraubers in drei grundlegenden Arten kommen, die zunehmenden Mengen an Bewegung erlauben, wie sie herumwirbeln: sie steif genannt werden, halbstarr und voll beweglich. Wie der Name schon sagt, sind starre Klingen fest an der Rotornabe (das „Rad“, zu dem die Blätter an der Oberseite des Spinnrotormast befestigt sind) angebracht durch eine Schwenkverbindung eine Befederung Scharnier genannt (oder Tonhöhen Scharnier). Dies ermöglicht es ihnen zu „Feder“ (Schwenk wenn sie sich drehen, die, wie wir in einem Moment entdecken werden, ist wie ein Hubschrauber Stieren). Halbstarre Klingen haben das gleiche Verlaufen Scharnier, aber sie haben auch ein wippend Scharnier (oder Schlaggelenk), die sie flattern nach oben und unten läßt. Vollständig kann gelenkigen Klingen Feder und Klappe, und sie auch ein drittes Scharnier (a drag Scharnier) haben, die sie leicht vor ( „Lead“) oder hinter bewegen können ( „Verzögerung“) ihre normale Position. Jede dieser Messertypen hat Vor- und Nachteile.
Heckrotor
Foto: Der Heckrotor eines Hubschraubers Seahawk. Der Heckrotor von einer Antriebswelle angetrieben wird, zurück von den Hauptmotoren ausgeführt wird, um den Körper des Hubschraubers verläuft. Wenn Sie genau hinsehen, werden Sie durch den Piloten sehen, dass können die Blätter des Rotors gekippt werden, da sie drehen sich, die Schubkraft mehr oder weniger erzeugt und gibt dem Hubschrauber die Fähigkeit, auf der Stelle zu drehen, wie es schwebt. Bild von James R. Evans mit freundlicher Genehmigung von der US Navy.
Neben der Zugabe eines zweiten großen Rotors, ein weiterer Weg, um das Drehmoment von dem Hauptrotor entgegenzuwirken wird unter Verwendung eines kleinen, seitwärts weisende Propeller ein Heckrotor bezeichnet. angetrieben durch eine Antriebswelle von dem Motor, der das hintere Ende des Fahrzeugs durchläuft. Manchmal, aus Sicherheitsgründen wird der Heckrotor direkt im Heck eingebaut (ein Entwurf genannt fenestron oder Fan-Schwanz). Eine weitere Alternative ist ein NOTAR® ( „no-Heckrotor“ genannt), das einen Luftstrahl verwendet, durch eine Lüftungsöffnung am Heck gebrannt, das Hauptrotordrehmoment entgegenzuwirken statt. Wenn ein Hubschrauber mit einem einzigen Hauptrotorblatt hat, hat es einen Heckrotor, fenestron haben oder NOTAR oder es kann nicht sicher fliegen; In ähnlicher Weise eine Beschädigung des Heckrotor-wie ein Vogelschlag oder Raketentreffer macht einen Copter gefährlich unkontrollierbar und führt in der Regel es ziemlich schnell danach abstürzt. Die meisten Hubschrauber haben eine vertikale Heckflosse (pylon), der auch einen Teil des Drehmoments von dem Hauptrotor entgegenzuwirken hilft.
Wie funktioniert ein Hubschrauber schweben und steuern?
Ein Hubschrauber der Rotoren sind ausgeklügelte Dinge, die es erlauben, in der Luft oder in beliebige Richtung lenken zu schweben. Der Pilot hat fünf Grundbewegung und Lenksteuerung: zwei Handhebel die kollektive und zyklische Blattverstellung, eine Drossel und zwei Fußpedale genannt. Die meisten Manöver, die ein Pilot führt ein komplexes Zusammenspiel zwischen den verschiedenen Kontrollen beinhalten, weshalb Fliegen ist ein Hubschrauber solche Geschicklichkeit und Konzentration erfordert.
Wie kommt das? Wie wir bereits gesehen haben, wird der Hauptrotor durch eine Befederung Scharniers an der Spitze des Mastes mit der Nabe verbunden, die jede Klinge zu verschwenken erlaubt, wie sie sich dreht, so macht es einen steileren oder flacheren Winkel zu der ankommenden Luft. Die Klingen haben kurze vertikale Stangen (pitch Links) mit ihnen verbunden, die auf eine rotierende Metallscheibe verbunden ist, eine Taumelscheibe genannt. ein wenig weiter unten am Mast. Diese Taumelscheibe gleitet auf Lagern um eine zweite, ähnliche Platte direkt unter das sich nicht dreht. Wenn der Pilot die kollektive Art und Weise bewegt, bewegen sich beide Taumelscheiben nach oben auf den Tonhöhen Links hochdrückt, dass die Rotorblätter auf einen steileren Winkel kippen. das Kollektiv in die andere Richtung zu bewegen bewegt die Taumelscheiben wieder nach unten, auf dem Spielfeld Links ziehen und die Blätter zu einem flacheren Winkel zu kippen.
Die Rotoren bieten auch die Lenkung für einen Hubschrauber von mehr Auftrieb auf einer Seite als die andere zu machen. Sie tun dies durch Schwenken hin und her (Verlaufen), wie sie sich drehen, so zum Beispiel sie einen steileren Winkel machen, wenn sie auf der linken Seite des Fahrzeugs sind, als wenn sie auf der rechten Seite sind. Das heißt, sie mehr Auftrieb auf der linken Seite zu generieren, um das Handwerk über nach rechts kippen und ihn in dieser Richtung zu lenken. Die Pilot Stieren wie diese einen zweiten Hebel genannt zyklischen Steigung, ähnlich einem Joystick (auch als „Steuerknüppel“ oder nur „zyklisch“ bekannt), die die Schaufeln herum schwenken, wie sie Zyklus macht. Der raffinierte Taumelscheibenmechanismus übersetzt der Piloten Bewegungen in entsprechende Bewegungen der Rotorblätter. Angenommen, der Pilot will nach rechts fliegen. Erstens, sie bewegt sich das zyklische nach rechts, und ein System von miteinander verbundenen Hebeln macht die beiden Taumelscheiben als auch nach rechts kippen. Dies macht den Rotorblättern zu einem steilen Winkel kippen, wenn sie auf der linken und einem flachen Winkel sind, wenn sie auf der rechten Seite sind, so dass der Rotor mehr Auftrieb auf der linken Seite erzeugt, auf der rechten Seite das Flugzeug zu lenken.
Artwork: Wie die Taumelscheibe einen Hubschrauber steuert. Im Zentrum können Sie eine vereinfachte Ansicht der Taumelscheibe Mechanismus sehen. Es gibt zwei Scheiben an der Spitze des Rotormastes, eine obere (rot), die auf Kugellagern (orange) um eine untere (blaue) dreht, die überhaupt nicht drehen. Vier Pitch-Links (grün) verbinden die obere Taumelscheibe zu den Rotorblättern. Angenommen, Sie nach rechts fliegen. Sie cyclisches in dieser Richtung kippen. Das kippt beide Taumelscheiben über nach rechts. Da die Rotorblätter drehen, zwingen die gekippte Taumelscheiben die Tonhöhe Links, wenn sie auf der linken Seite sind und nach unten, wenn sie auf der rechten Seite sind. Das macht jedes Rotorblatt Neigung zu einem steileren Winkel, wenn es auf der linken Seite und einem flacheren Winkel, wenn es auf der rechten Seite. Dies erzeugt mehr Auftrieb auf der linken Seite, die Hubschrauber nach rechts gelenkt.
Wie Hubschrauberrotoren arbeiten
Jeder weiß, ein Hubschrauber Rotoren drehen (das ist, warum sie Rotoren sind genannt). Aber das wirklich klug daran ist, dass die Blätter hin und her schwenken, wenn sie sich umdrehen-und erfordert einige erstaunlich komplizierte Maschinen.
Es ist einfach, einen Hubschrauber mit den Armen und Ihrem Körper die verborgene Struktur macht die Bewegungen scheinen leicht zu imitieren. Stand up mit den Armen horizontal ausgestreckt. Drehen Sie Ihren ganzen Körper langsam auf der Stelle. Wie Sie dreht sich um, schwenken die Arme an den Schultern. Das ist in etwa, was ein Hubschrauber tut mit seinen Klingen, mit der Ausnahme, dass sie es tut etwa 3-4 mal pro Sekunde als die Schaufeln drehen sich rund! Hier sind die wichtigsten Bits, die es funktioniert:
- Die Klingen sind wie Tragflügel (Flugzeugflügel mit einem gekrümmten Profil) so geformt, dass sie erzeugen Auftrieb wie sie spinnen.
- Jede Schaufel kann eine Befederung Scharniers schwenkbar, wie es sich dreht.
- Vertikale Teilung Links schieben die Klingen nach oben und unten, so dass sie schwenken, wenn sie sich drehen. Die Tonhöhen-Verbindungen nach oben und unten entsprechend dem Winkel der Taumelscheiben.
- Die Rotormast (eine zentrale Achse zum Motor durch das Getriebe verbunden ist) macht die gesamte Klingenanordnung drehen.
- Die Rotornabe Kappe (oberhalb der Rotoren) hilft, den Luftwiderstand zu reduzieren.
- Es gibt zwei Turbostrahltriebwelle, einer auf jeder Seite der Rotoren. Wenn ein Motor ausfällt, soll es noch genügend Energie von dem anderen Motor sein, den Hubschrauber sicher zu landen.
Foto: Oben: Ein US-Marine-Ingenieur prüft die Rotoranordnung auf einem Hubschrauber Seahawk. Bild von Kathaleen A. Knowles mit freundlicher Genehmigung von der US Navy mit Anmerkungen durch das Zeug zu erklären. Unten: Ein Reparaturtechniker des erstaunlich komplizierte und komplexer Rotormechanismus eines Seahawk, gesehen hier direkt von oben. Die Motoren sind die beiden offenen Kegel auf beiden Seiten. Sie können auch zwei der Rotorblätter siehe entlang des Rumpfes (und nach oben zeigend in diesem Bild), die die Seahawk bedeutet zurückgefaltet können in viel weniger Platz auf Flugzeugträgern abgestellt werden. Foto von Oliver Cole mit freundlicher Genehmigung von der US Navy.
Wie Sikorsky entwickelt, um den modernen Hubschrauberrotor
Beachten Sie, wie ähnlich der Mechanismus ist, was wir auf einem modernen Hubschrauber finden? Das Patent ist sehr detailliert und sehr komplex (man kann es selbst check out), so dass ich die meisten der Etiketten und Zahlen und markiert nur einige der wichtigsten Features entfernt haben:
Vor- und Nachteile von Hubschraubern
Choppers haben viele Vorteile gegenüber Flugzeugen. Sie brauchen nicht eine Landebahn, für den Anfang, oder große Flügel, und Sie können von Schiffen Hubschrauber leichter bedienen. Vom Zentrum einer Stadt mitten in einem Dschungel, können Sie ausziehen oder mehr oder weniger überall landen. Sie können Pause, mitten im Flug, jemanden zu retten, eine Last aufzunehmen, oder sie fallen mit einer Winde aus. Zugegeben, Sie können in der Regel nicht so schnell fliegen oder so weit wie Flugzeug oder tragen so viele Menschen oder so viel Fracht, aber Sie haben viel mehr Flexibilität in denen Sie gehen können.
Foto: Alternativen zu einem Hubschrauber # 1: Vertikal / Short Takeoff and Landing (V / STOL) Flugzeuge, wie der berühmten Harrier, hier gezeigt, versuchen, die Wendigkeit eines Hubschraubers mit der Geschwindigkeit eines Flugzeugs zu kombinieren. Ein Harrier kann schweben, da, im Gegensatz zu einem herkömmlichen Strahltriebwerk, das vier zusätzliche Düsen an der Seite hat, die sich um schwenkbar die Motorabgase gerade nach unten zu lenken. Bild von Staci Bitzer mit freundlicher Genehmigung von der US Navy.
Leider kommt diese Vielseitigkeit zu einem Preis: Hubschrauber mit Spinnrotoren mechanisch komplexer sind als Ebene mit statischen Flügeln, mehr anfällig für Fehler, mehr Pflege benötigen, und sind teuer zu betreiben. Da Sie ein Hubschrauber in allen Arten von Fliegen können Wege-es ist effektiv verschiedene Flughandwerk alle in rollte ein könnte man denken, einen Chopper Steuerung automatisch härter ist es, ein Flugzeug als Fliegen. Aber es gibt keinen wirklichen Vergleich, denn sie sind zwei völlig verschiedene Dinge.
Fotos: Alternativen zu einem Hubschrauber # 2: Bell-Boeing Osprey V-22 hat große Rotoren an der Vorderseite, die gekippt werden kann, nach oben zu zeigen (wie ein Hubschrauber) oder nach vorne (wie eine Ebene), die Vorteile des beide in einem einzelnen Flugzeug der Kombination von . Fotos (von links nach rechts) von Andy M. Kin. Oscar Espinoza. und Zachary L. Borden. alle mit freundlicher Genehmigung von der US Navy.