Helicopters
Principy letu a provozu
Na rozdíl od letadel s pevnými křídly je hlavním nosným prvkem vrtulníku soustava rotujících listů (rotor) umístěná na vrcholu trupu na kloubovém hřídeli (stožáru) spojeném s motorem a letovým řízením. Oproti letadlům je ocasní část vrtulníku poněkud prodloužená a směrové kormidlo menší; ocasní část je vybavena malým protisměrným rotorem (ocasním rotorem). Přistávací zařízení se někdy skládá spíše z dvojice ližin než ze sestavy kol.
Encyclopædia Britannica, Inc.
© Open University (A Britannica Publishing Partner)Zobrazit všechna videa k tomuto článku
Skutečnost, že vrtulník získává vztlak pomocí rotujícího listu (rotoru), značně komplikuje faktory ovlivňující jeho let, neboť rotor se nejen otáčí, ale také se pohybuje nahoru a dolů klapavým pohybem a je ovlivňován horizontálním nebo vertikálním pohybem samotného vrtulníku. Na rozdíl od obvyklých profilů letadel jsou profily rotorů vrtulníků obvykle symetrické. Pásnice rotoru je stejně jako pásnice křídla pomyslná čára vedená od náběžné hrany k odtokové hraně profilu.
Relativní vítr je směr větru vzhledem k profilu. V letadle je dráha letu křídla pevná vzhledem k jeho letu dopředu; ve vrtulníku postupuje dráha letu rotoru dopředu (k přídi vrtulníku) a pak dozadu (k ocasu vrtulníku) v procesu jeho kruhového pohybu. Relativní vítr je vždy považován za rovnoběžný a opačný směr k dráze letu. Při uvažování letu vrtulníku může být relativní vítr ovlivněn rotací listů, horizontálním pohybem vrtulníku, klapáním listů rotoru a rychlostí a směrem větru. Za letu je relativní vítr kombinací rotace rotorových listů a pohybu vrtulníku.
Stejně jako vrtule má i rotor úhel sklonu, což je úhel mezi vodorovnou rovinou rotace rotorového disku a linií struny listu. Pilot používá kolektivní a cyklické řízení náklonu (viz níže) ke změně tohoto úhlu náklonu. U letadel s pevným křídlem je úhel náběhu (úhel křídla vzhledem k relativnímu větru) důležitý pro určení vztlaku. Totéž platí pro vrtulník, kde je úhel náběhu úhel, pod kterým se relativní vítr setkává s linií pasu rotorového listu.
Úhel náběhu a úhel sklonu jsou dvě odlišné podmínky. Změnou úhlu náběhu rotorové lopatky se mění její úhel náběhu, a tím i vztlak. Vyšší úhel náběhu (až do bodu pádu) zvyšuje vztlak; nižší úhel náběhu jej snižuje. Jednotlivé listy rotoru mají úhel náběhu nastaven individuálně.
Otáčky rotoru také řídí vztlak – čím vyšší jsou otáčky za minutu (rpm), tím vyšší je vztlak. Pilot se však obvykle snaží udržovat konstantní otáčky rotoru a mění vztlakovou sílu změnou úhlu náběhu.
Stejně jako u letadel s pevnými křídly ovlivňuje výkon vrtulníku hustota vzduchu (výsledek teploty, vlhkosti a tlaku vzduchu). Čím vyšší je hustota, tím větší je vztlak; čím nižší je hustota, tím menší je vztlak. Stejně jako u letadel s pevnými křídly má změna vztlaku za následek i změnu odporu vzduchu. Když se vztlak zvětší zvětšením úhlu náklonu, a tím i úhlu náběhu, zvýší se odpor a zpomalí se otáčky rotoru. K udržení požadovaných otáček je pak zapotřebí dodatečný výkon. Ačkoli tedy na vrtulník působí stejně jako na běžný letoun síly vztlaku, tahu, hmotnosti a odporu, způsob jeho letu vyvolává další účinky.
Ve vrtulníku působí celkové vztlakové a tahové síly generované rotorem kolmo k jeho rovině otáčení. Když vrtulník visí za bezvětří, je rovina rotace rotoru (rovina dráhy špičky) rovnoběžná se zemí a součet tíhových a odporových sil je přesně vyvážen součtem sil tahu a vztlaku. Při vertikálním letu se složky hmotnosti a odporu spojují do jediného vektoru, který směřuje přímo dolů; složky vztlaku a tahu se spojují do jediného vektoru, který směřuje přímo nahoru. Pro dosažení dopředného letu ve vrtulníku se rovina otáčení rotoru naklání dopředu. (Je třeba si uvědomit, že se nenaklání stožár rotoru vrtulníku, ale že se mění úhel náklonu jednotlivých listů rotoru v rovině otáčení.) Při letu do strany je rovina otáčení rotoru nakloněna v požadovaném směru. Pro let dozadu se rovina otáčení rotoru naklání dozadu.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Protože je rotor poháněn, vzniká stejná a opačná momentová reakce, která má tendenci otáčet trupem ve směru opačném k rotoru. Tento točivý moment je kompenzován ocasním rotorem (antitorpédovým rotorem) umístěným na konci trupu. Pilot ovládá tah ocasního rotoru pomocí nožních pedálů a podle potřeby neutralizuje točivý moment.
Na vrtulník působí další síly, které se u běžných letadel nevyskytují. Patří k nim gyroskopický precesní efekt rotoru – tj. nesymetrie vztlaku vytvářená dopředným pohybem vrtulníku, v jejímž důsledku má postupující list větší vztlak a ustupující list menší. K tomu dochází proto, že u postupující lopatky je kombinovaná rychlost lopatky a rychlost vrtulníku při dopředném letu, zatímco u ustupující lopatky je rozdíl mezi rychlostí lopatky a rychlostí vrtulníku. Tento rozdíl rychlostí způsobuje rozdíl ve vztlaku – postupující lopatka se pohybuje rychleji, a proto vytváří větší vztlak. Při nekontrolovaném pohybu by to vedlo k převrácení vrtulníku. Rozdíl ve vztlaku se však vyrovnává klapáním listů a cyklickým opeřením (změnou úhlu náklonu). Protože jsou listy připevněny k náboji rotoru vodorovnými klopnými závěsy, které umožňují jejich pohyb ve svislé rovině, postupující listy se klopí nahoru, čímž se snižuje jejich úhel náběhu, zatímco ustupující listy se klopí dolů, čímž se zvyšuje jejich úhel náběhu. Tato kombinace účinků vyrovnává vztlak. (Lopatky jsou rovněž připevněny k náboji svislým závěsem, který umožňuje pohyb každé lopatky tam a zpět v rovině otáčení. Svislý závěs tlumí vibrace a tlumí účinek zrychlení nebo zpomalení.) Kromě toho při dopředném letu způsobuje podobný účinek poloha cyklického řízení sklonu, která přispívá k vyrovnávání vztlaku.
Další síly působící na vrtulníky zahrnují kuželovitost, účinek ohybu listů směrem nahoru způsobený odstředivou silou; Coriolisův efekt, zrychlení nebo zpomalení listů způsobené pohybem klapek, který je přibližuje (zrychlení) nebo vzdaluje (zpomalení) od osy otáčení; a drift, tendenci tahu ocasního rotoru pohybovat vrtulníkem při visení.