Sejak Perang Dunia Kedua, dan khususnya sejak Perang Vietnam, helikopter telah terbukti menjadi kendaraan militer fundamental dalam peristiwa perang di akhir abad kedua puluh dan dua puluh satu. Keberhasilannya terutama terkait dengan keserbagunaan yang dapat digunakannya untuk melakukan berbagai misi: dari pengangkutan pasukan hingga operasi anti-kapal selam, dari evakuasi cepat korban luka hingga misi penyerangan dan dukungan hingga infanteri, semuanya tanpa perlu landasan pacu lepas landas dan pendaratan. . Konsekuensinya, kekhususan masing-masing misi menuntut adanya diversifikasi konfigurasi kendaraan ini dari segi struktural, propulsive dan avionic, seperti yang juga terjadi di dunia penerbangan fixed-wing.
Bahkan dalam “wilayah operasional” yang sama, filosofi ketenagakerjaan yang berbeda telah muncul yang mengarah pada diferensiasi lebih lanjut dari cara-cara tersebut. Arsitektur rotor helikopter, misalnya, merupakan aspek yang memperlihatkan berbagai macam desain, bahkan dapat ditemukan pada helikopter dengan tugas yang sama. Bayangkan saja Boeing AH-64 "Apache" dan Kamov KA-50 (foto pembuka), keduanya dirancang sebagai helikopter serang tetapi dikembangkan dengan pilihan desain yang sama sekali berbeda.
Informasi umum tentang rotor
Rotor adalah elemen mekanis yang terdiri dari beberapa bilah yang, melalui rotasi, menghasilkan gaya aerodinamis yang diperlukan untuk mengemudikan dan mendukung helikopter. Ini terdiri dari poros mekanis, diatur secara rotasi oleh mesin pesawat, di mana hub dipasang. Pisau diterapkan ke hub. Pembangkitan gaya aerodinamis dimungkinkan secara tepat dengan rotasi bilah: sedangkan dalam kasus pesawat terbang, aliran udara mengenai sayap tetap karena gerakan maju pesawat itu sendiri, dalam kasus helikopter itu adalah "sayap" ( yaitu bilah) untuk bergerak, memotong udara di sekitarnya (oleh karena itu definisi berarti sayap putar).
Komponen kunci lain dari rotor adalah piring swash, yaitu organ mekanis yang memungkinkan helikopter bergerak ke segala arah dengan mengubah arah di mana gaya aerodinamis yang dihasilkan berkembang dan intensitas gaya tersebut. Pada dasarnya, pelat swash dapat melakukan dua tindakan: memodifikasi kejadian semua bilah rotor atau memodifikasi kejadian bilah dengan cara yang berbeda selama rotasi. Perintah pertama dipanggil langkah kolektif dan memungkinkan untuk memvariasikan nilai lift yang dihasilkan, dan akibatnya itu adalah perintah yang bertanggung jawab atas perubahan ketinggian helikopter. Perintah kedua diucapkan langkah siklik dan tujuannya adalah untuk memiringkan rotor dan akibatnya gaya aerodinamis yang dihasilkan, sedemikian rupa untuk mengembangkan komponen gaya lateral yang memungkinkan kendaraan bergerak dalam empat arah horizontal (maju, mundur, kanan dan kiri). Faktanya, variasi siklus dalam kejadian sudu berarti bahwa beberapa sudu mengembangkan gaya angkat yang lebih banyak daripada sudu lainnya dan ini menyebabkan rotor miring ke arah di mana daya angkat yang dikembangkan lebih sedikit.
Untuk semua ini kita harus menambahkan perlu memperkenalkan rotor kedua yang menghasilkan gaya (dan karenanya sesaat) yang mampu melawan torsi balik yang bekerja pada struktur helikopter. Faktanya, untuk prinsip dinamika ketiga, penerapan torsi yang membuat baling-baling helikopter dalam rotasi berarti menghasilkan torsi reaksi dengan arah berlawanan diterapkan ke badan pesawat, yang melibatkan rotasi kendaraan di sekitar sumbu yawnya (sumbu vertikal).
di konfigurasi klasik, rotor kedua ditempatkan di ekor helikopter dan memiliki tugas tunggal untuk membatalkan torsi reaksi ini; oleh karena itu, rotor utama dibedakan dari rotor ekor, memiliki tugas berbeda. Arsitektur seperti itu pertama kali dibuat oleh Igor Sikorsky pada tahun 1940.
Rotor ekor dipasang secara vertikal (tegak lurus dengan rotor utama), sehingga gaya angkat yang dihasilkan berasal dari torsi yang membatalkan torsi reaksi.
Solusi kedua untuk menyelesaikan masalah torsi reaksi terdiri dari melengkapi helikopter dengan rotor berpasangan counter-rotating, yaitu, satu atau lebih pasang rotor utama yang berputar ke arah berlawanan. Dengan cara ini, pasangan reaksi yang dihasilkan akan memiliki arah berlawanan dan akibatnya saling meniadakan, tanpa ada kebutuhan untuk memasukkan rotor ekor.
Arsitektur ini memiliki empat kemungkinan konfigurasi:
-
Rotor tandem
-
Rotor koaksial
-
Rotor berpotongan
-
Rotor melintang
Analisis arsitektur yang mungkin untuk helikopter serang
Kami sampai pada kasus helikopter serang. Biasanya, arsitektur rotor yang dipilih untuk media ini adalah itu klasik atau, dalam beberapa kasus, dengan rotor berputar balik koaksial. Tapi apa keuntungan dan kerugian dari kedua konfigurasi tersebut?
Analisis kami dapat dimulai dengan membandingkan daya yang dikonsumsi dari dua aset tersebut. Dalam kasus konfigurasi standar, bagian dari daya yang disuplai oleh motor dipindahkan ke rotor ekor untuk menyeimbangkan torsi penyeimbang, sehingga tanpa ini digunakan untuk mendukung atau menggerakkan helikopter. Dengan kata lain, ini dapat dianggap sebagai kekuatan yang "terbuang".
Dalam kasus arsitektur koaksial, di sisi lain, kedua rotor adalah main, yaitu keduanya menghasilkan gaya aerodinamis yang berguna untuk penggerak helikopter. Akibatnya, dengan daya yang sama yang dipasok oleh mesin dan bentuk serta struktur bilah, helikopter dengan rotor koaksial akan mampu menghasilkan daya angkat keseluruhan yang lebih besar, yang berarti beban yang dapat diangkut lebih besar dan daya dorong yang lebih besar dalam gerakan. kemajuan.
Dalam kasus konfigurasi klasik, untuk mendapatkan kapasitas beban yang sama, rotor harus diperbesar, tetapi ini akan menyebabkan masalah kompresibilitas pada ujung sudu. Faktanya, kecepatan tangensial di setiap titik mata pisau diberikan oleh:
Dengan meningkatkan radius, kecepatan yang mendekati suara akan dicapai di ujungnya. Ini akan menyebabkan timbulnya gelombang kejut dan akibatnya resistansi gelombang aerodinamis, merusak struktur dan aerodinamika bilah.
Pengangkatan yang dihasilkan oleh konfigurasi koaksial, bagaimanapun, tidak dua kali lipat dibandingkan dengan kasing standar tetapi lebih besar, karena interaksi aerodinamis antara bilah kedua rotor harus dipertimbangkan.
Dari sudut pandang aerodinamis, rotor koaksial mampu mengatur efek yang ditimbulkan dengan lebih baik angkat asimetri.
Untuk menjelaskan fenomena ini, mari pertimbangkan helikopter dengan satu rotor utama dalam penerbangan lanjutan. Baling-baling dapat dibagi menjadi dua kelompok untuk setiap siklus rotasi: le memajukan pisau adalah mereka yang bergerak ke arah depan yang sama dengan helikopter, sedangkan helikopter pisau surut mereka bergerak ke arah yang berlawanan dengan gerak maju kendaraan. Akibatnya, baling-baling depan akan merasakan kecepatan angin relatif sama dengan jumlah kecepatan tangensial ditambah kecepatan maju helikopter, sedangkan baling-baling yang mundur akan merasakan kecepatan angin relatif sama dengan kecepatan tangensial dikurangi kecepatan maju helikopter. 'pesawat terbang. Akibatnya, karena gaya angkat terkait dengan kuadrat dari kecepatan relatif -
-, bilah depan akan menghasilkan lebih banyak daya angkat daripada bilah yang surut (“asimetri angkat”), yang menyebabkan terciptanya momen menggelinding yang berbahaya bagi kendaraan.
Solusi yang ditemukan untuk mengurangi fenomena ini terdiri dari membiarkan bilah rotor bebas melakukan gerakan vertikal melalui penerapan engsel, yang disebut "mengepak“, Yang dengan memodifikasi sudut datang berhasil meminimalkan perbedaan gaya angkat antara kedua daerah. Pada kenyataannya, sudu-sudu yang surut akan cenderung bergerak ke bawah, akibatnya sudut serangnya meningkat karena komponen kecepatan vertikal relatif ke atas dan oleh karena itu gaya angkat yang dihasilkan. Bilah depan, sebaliknya, akan cenderung bergerak ke atas, mengurangi sudut serang karena komponen kecepatan vertikal relatif ke bawah dan oleh karena itu gaya angkat yang dihasilkan.
Masalah dengan sistem penyeimbang ini muncul dari kenyataan bahwa semakin tinggi kecepatan maju helikopter, semakin rendah kecepatan relatif yang dirasakan oleh baling-baling yang surut, oleh karena itu semakin besar sudut serang untuk menghasilkan gaya angkat yang dibutuhkan. menyeimbangkan asimetri. Namun, selain sudut serang tertentu, bilah berhenti, yaitu urat fluida terlepas dari airfoil yang menyebabkan hilangnya gaya angkat sepenuhnya dan peningkatan tarikan aerodinamis. Fenomena seperti itu, disebut kios dari bilah yang surut, mengakibatkan helikopter terbalik secara tiba-tiba (gaya angkat yang dihasilkan oleh baling-baling depan menghasilkan momen sehubungan dengan sumbu putar pesawat) yang mengakibatkan hilangnya kendali. Untuk alasan ini, setiap helikopter memiliki kepastian Jangan Pernah Melebihi Kecepatan, yaitu laju umpan yang tidak dapat dilampaui.
Dalam konfigurasi dengan rotor koaksial, di sisi lain, kemacetan bilah yang surut terjadi di daerah yang berlawanan di dua rotor, karena mereka berputar ke arah yang berlawanan. Akibatnya, tidak ada ketidakseimbangan gaya angkat antara kedua bagian dan tidak ada momen menggelinding yang akan menyebabkan helikopter terguling. Sana Jangan Pernah Melebihi Kecepatan dalam hal helikopter dengan konfigurasi ini maka akan lebih besar, karena penghentian blade yang mundur tidak mengikat seperti pada konfigurasi standar, namun selalu dibatasi oleh kecepatan yang memicu fenomena kompresibilitas di ujung blade.
Setelah berbicara tentang "mengepak", oleh karena itu perlu untuk menggarisbawahi masalah yang terkait dengan aspek ini yang ada pada rotor koaksial yang berputar berlawanan. Bilah masing-masing rotor harus bebas mengepak, sedemikian rupa untuk meminimalkan asimetri angkat. Akibatnya, kedua rotor harus ditempatkan pada jarak tertentu satu sama lain, untuk menghindari kontak bencana antara bilahnya. Artinya itu tinggi keseluruhan Helikopter dengan konfigurasi ini akan jauh lebih besar dari pada helikopter dengan konfigurasi klasik.
Sebaliknya, fakta bahwa mereka tidak membutuhkan rotor ekor memungkinkan mereka menjadi lebih banyak kompak, yang membuat arsitektur koaksial menjadi pilihan yang menarik untuk helikopter yang berangkat juga. Lebih lanjut, salah satu penyebab utama hilangnya helikopter terkait dengan kerusakan pada rotor ekor atau transmisi yang memberinya tenaga.
Dalam konteks militer, fakta tidak adanya rotor ekor membuat pelaksanaan misi lebih aman, sekaligus mengurangi risiko tertabrak di bagian vital mesin. Faktanya, dimungkinkan untuk memperkuat area di mana poros transmisi dan komponen mekanis rotor lainnya ada tanpa terlalu membebani berat, mengingat konsentrasi yang lebih besar dari perangkat ini dibandingkan dengan kasus konfigurasi standar dan oleh karena itu permukaan yang lebih kecil yang dibutuhkan. perlindungan yang lebih besar.
Akhirnya, keuntungan lebih lanjut dari konfigurasi koaksial adalah lebih sedikit kebisingan produk dibandingkan dengan konfigurasi standar. Sumber kebisingan yang penting dalam helikopter adalah interaksi antara pusaran yang dihasilkan oleh bilah rotor utama dengan rotor ekor dan kecepatan putaran tinggi yang terakhir, yang diperlukan karena ukurannya yang kecil. Oleh karena itu, dengan menghilangkan rotor ekor, helikopter jelas lebih senyap, sekaligus menghasilkan kebisingan yang lebih besar di area dua rotor utama dibandingkan dengan arsitektur rotor tunggal.
Kesimpulan
Sebagian besar helikopter serang yang dikembangkan memiliki arsitektur klasik, dengan rotor utama dan rotor ekor, meskipun keunggulan berbeda ditunjukkan oleh konfigurasi dengan dua rotor utama counter-rotating koaksial. Motivasinya terletak pada kompleksitas mekanis dibutuhkan oleh arsitektur koaksial. Bayangkan kebutuhan untuk mengimplementasikan dua pelat geser, satu untuk setiap rotor, yang mampu miring dengan cara yang berbeda dan dengan sinkronisasi sempurna dan kopling mekanis yang mampu memberikan torsi yang berlawanan ke dua rotor. Semua ini menghasilkan desain sistem mekanis yang kompleks, oleh karena itu lebih rentan terhadap kegagalan dan lebih sulit untuk dirawat.
Komponen yang berkaitan dengan keahlian diperlukan untuk merancang sistem dengan kerumitan seperti itu, yang saat ini dimiliki oleh beberapa perusahaan di dunia. Cukuplah untuk mengatakan bahwa satu-satunya helikopter serang militer yang sepenuhnya memanfaatkan teknologi ini diproduksi oleh Kamov, sedangkan di "front barat" Sikorsky telah mengembangkan S-97 "Raider" (saat ini menjadi finalis dengan prototipe "Raider X" dalam kompetisi untuk Pesawat Pengintai Serangan Masa Depan Angkatan Darat AS).
Foto: Kementerian Pertahanan Rusia / web / Angkatan Darat AS / Lockheed Martin
