كيفية طيران طائرة الهليكوبتر

أثناء التحليق بطائرة الهليكوبتر، تحافظ المروحية على موقع ثابت فوق نقطة محددة، عادة على ارتفاع بضعة أقدام فوق سطح الأرض، ولكي تحوم المروحية يعمل الرفع والدفع الناتج عن نظام الدوار بشكل مستقيم، ويجب أن يتساوى مع الوزن والسحب اللذان يعملان بشكل مستقيم لأسفل أثناء التحليق، كما يمكن تغيير مقدار الدفع للدوار الرئيسي للحفاظ على ارتفاع التحويم المطلوب، يتم ذلك عن طريق تغيير زاوية السقوط لريش الدوار ومن ثم (AOA) لريش الدوار الرئيسي ويؤدي تغيير (AOA) إلى تغيير السحب عليها، كما يجب أن تتغير الطاقة التي يوفرها المحرك أيضًا للحفاظ على سرعة الدوار ثابتة.

الوزن على طائرة الهليكوبتر

الوزن الذي يجب دعمه هو الوزن الإجمالي للطائرة وركابها، وإذا كان مقدار الرفع أكبر من الوزن الفعلي، فستتسارع المروحية لأعلى حتى تتساوى قوة الرفع مع زيادة الوزن، وإذا كان الدفع أقل من الوزن فستتسارع المروحية إلى أسفل وعند العمل بالقرب من الأرض، فإن تأثير القرب من الأرض يغير هذه الاستجابة.

إن سحب المروحية أثناء التحليق ناتج بشكل أساسي عن السحب الذي يحدث أثناء إنتاج الشفرات للرفع، ومع ذلك هناك بعض السحب الجانبي على الشفرات أثناء تدويرها في الهواء، كما يتضمن مصطلح السحب كلاً من السحب المستحث (induced drag) والسحب الجانبي (profile drag).

عزم الدوران على طائرة الهليكوبتر

من النتائج المهمة لإنتاج الدفع عزم الدوران، حيث ينص قانون نيوتن الثالث على أنه لكل فعل رد فعل مساوٍ له في المقدار ومعاكس له في الاتجاه، لذلك لذلك عندما يدير المحرك نظام الدوار الرئيسي في اتجاه عكس عقارب الساعة، يميل جسم الطائرة المروحية إلى الدوران في اتجاه عقارب الساعة، كما يرتبط مقدار العزم ارتباطًا مباشرًا بكمية قوة المحرك المستخدمة لتحويل نظام الدوار الرئيسي، أي مع تغير القوة، يتغير عزم الدوران.

لمقاومة اتجاه الدوران الناجم عن عزم الدوران، تم دمج دوار مضاد للدوران أو دوار خلفي في معظم تصميمات طائرات الهليكوبتر ويمكن للطيار أن يغير كمية الدفع الذي ينجم عن دوار الذيل، وفيما يتعلق بكمية عزم الدوران التي ينتجها المحرك، ونظرًا لأن المحرك يوفر مزيدًا من الطاقة للدوار الرئيسي، فإنه يجب أن ينتج دوار الذيل مزيدًا من الدفع للتغلب على تأثير العزم المتزايد.

ميلان مروحية طائرة الهليكوبتر وانحرافها

أثناء التحليق بالطائرة، تميل مروحية الدوارة الرئيسية الفردية إلى الانحراف أو التحرك في اتجاه دفع دوار الذيل، يسمى هذا الميل بالانحراف، تكون  جميع الأمثلة لنظام الدوار الرئيسي بعكس اتجاه عقارب الساعة، كما يتم تركيب ناقل الحركة الرئيسي بزاوية طفيفة إلى اليسار عند النظر إليه من الخلف، بحيث يكون للصاري الدوار إمالة مدمجة لمقاومة دفع الجزء الخلفي من الجزء المتحرك.

يمكن تعديل أدوات التحكم في الطيران، بحيث يميل القرص الدوار إلى اليمين قليلاً عندما يكون القرص الدوري متمركزًا، أيًا كانت الطريقة المستخدمة، يتم إمالة مستوى طرف المسار قليلاً إلى اليسار في التمرير، وإذا تم تركيب ناقل الحركة بحيث يكون عمود الدوران رأسيًا بالنسبة لجسم الطائرة، فإن المروحية تتحرك بانزلاق يسار منخفض في التحويم والعكس صحيح بالنسبة لأنظمة الدوار التي تدور في اتجاه عقارب الساعة عند عرضها من الأعلى.

في الرحلة الأمامية، يستمر دوار الذيل في الدفع إلى اليمين، وتصنع المروحية زاوية صغيرة مع الريح، خاصة عندما تكون الدوارات مستوية والكرة المنزلقة في المنتصف وهذا ما يسمى الانزلاق الجانبي المتأصل.

تأثير الأرض على طائرة الهليكوبتر

عند التحليق بالقرب من الأرض، تحدث ظاهرة تُعرف باسم تأثير الأرض، حيث يحدث هذا التأثير عادةً على ارتفاعات بين السطح وقطر دوار واحد تقريبًا فوق السطح، حيث يؤدي احتكاك الأرض إلى التحرك من الدوار للخارج من المروحية، ويؤدي هذا إلى تغيير الاتجاه النسبي للحركة العكسية من حركة رأسية بحتة إلى مجموعة من الحركة الرأسية والأفقية، ونظرًا لانخفاض تدفق الهواء المستحث عبر القرص الدوار عن طريق الاحتكاك السطحي فسيزداد ناقل الرفع.

هذا يسمح بزاوية أقل لريشة الدوار لنفس القدر من الرفع، مما يقلل من السحب المستحث، كما يحد تأثير الأرض أيضًا من توليد دوامات طرف الشفرة بسبب تدفق الهواء إلى أسفل وإلى الخارج، مما يجعل جزءًا أكبر من الشفرة ينتج قوة الرفع، وعندما تكتسب المروحية ارتفاعًا رأسيًا بدون سرعة جوية أمامية لن يكون تدفق الهواء المستحث مقيدًا، وتزداد دوامات طرف الشفرة مع انخفاض تدفق الهواء الخارجي، نتيجة لذلك يزداد السحب مما يعني أن زاوية الميل تصبح أعلى، وهناك حاجة إلى مزيد من القوة لتحريك الهواء لأسفل عبر الدوار.

كما يكون تأثير الأرض في أقصى درجاته في حالة عدم وجود رياح على سطح ثابت وناعم، وتعمل الحشائش الطويلة والتضاريس الوعرة والأسطح المائية على تغيير نمط تدفق الهواء، مما يتسبب في زيادة دوامات طرف الدوار.

تأثير كوريوليس

يشار إلى تأثير كوريوليس أيضًا باسم قانون الحفاظ على الزخم الزاوي، حيث ينص على أن قيمة الزخم الزاوي لجسم دوار لا تتغير ما لم يتم تطبيق قوة خارجية، بمعنى آخر يستمر الجسم الدوار في الدوران بنفس سرعة الدوران، حتى يتم تطبيق بعض القوة الخارجية لتغيير سرعة الدوران.

كما أن الزخم الزاوي هو لحظة القصور الذاتي (الكتلة مضروبة في المسافة من مركز الدوران) مضروبة في سرعة الدوران وتحدث التغييرات في السرعة الزاوية والمعروفة باسم التسارع الزاوي والتباطؤ، وعندما تتحرك كتلة الجسم الدوار بالقرب من محور الدوران أو بعيدًا عنه، كما تزيد سرعة الكتلة الدوارة أو تنقص بالتناسب مع مربع نصف القطر.

مثال على هذا المبدأ هو متزلج على الجليد، حيث يبدأ المتزلج بالدوران على قدم واحدة، مع تمديد الساق الأخرى والذراعان، كما يكون دوران جسم المتزلج بطيئًا نسبيًا، وعندما يسحب المتزلج ذراعيه وساق واحدة إلى الداخل، تصبح لحظة القصور الذاتي (الكتلة مضروبة في نصف القطر المربع) أصغر بكثير ويدور الجسم أسرع، مما يمكن للعين أن تتبعه، ونظرًا لأن الزخم الزاوي يجب أن يظل ثابتًا (لا توجد قوة خارجية مطبقة)، حيث يجب زيادة السرعة الزاوية وتمتلك الشفرة الدوارة التي تدور حول محور الدوار زخمًا زاويًا.

عناصر الطيران العمودية

التحويم هو في الواقع عنصر من عناصر الطيران العمودي، حيث تؤدي زيادة (AOA) لريش الدوار (الميل) مع الحفاظ على ثبات سرعة الدوران إلى رفع إضافي وتصعد المروحية، كما يؤدي خفض المسافة إلى هبوط المروحية، وفي حالة عدم وجود رياح يكون الرفع والدفع أقل من الوزن والسحب، حيث تنزل المروحية عموديًا وإذا كان الرفع والدفع أكبر من الوزن والسحب، تصعد المروحية عموديًا.