Helikoptere

Den omstændighed, at helikopteren opnår sin løftekraft ved hjælp af et roterende flyveblad (rotoren), komplicerer i høj grad de faktorer, der påvirker dens flyvning, for ikke alene drejer rotoren, men den bevæger sig også op og ned i en slagbevægelse og påvirkes af selve helikopterens horisontale eller vertikale bevægelse. I modsætning til de sædvanlige flyprofiler for flyvemaskiner er rotorprofiler for helikoptere normalt symmetriske. En rotors akkordlinje er ligesom en vinges akkordlinje en imaginær linje, der er trukket fra flyvepladens forkant til dens bagkant.

Den relative vind er vindens retning i forhold til flyvepladen. I et fly er vingens flyvebane fast i forhold til dens fremadrettede flyvning; i en helikopter bevæger rotorens flyvebane sig fremad (til helikopterens næse) og derefter bagud (til helikopterens hale) i forbindelse med dens cirkulære bevægelse. Relativ vind anses altid for at være parallel og i modsat retning af flyvebanen. Ved helikopterflyvning kan den relative vind påvirkes af bladenes rotation, helikopterens horisontale bevægelse, rotorbladenes flagren samt vindhastighed og -retning. Under flyvning er den relative vind en kombination af rotorbladets rotation og helikopterens bevægelse.

Som en propel har rotoren en pitchvinkel, som er vinklen mellem rotorskivens horisontale rotationsplan og flyvepladens chordlinje. Piloten bruger den kollektive og cykliske pitchstyring (se nedenfor) til at variere denne pitchvinkel. I et fastvinget fly er angrebsvinklen (vinklen på vingen i forhold til den relative vind) vigtig for at bestemme løftet. Det samme gælder i en helikopter, hvor angrebsvinklen er den vinkel, hvor den relative vind møder rotorbladets chordlinje.

Angrebsvinkel og pitchvinkel er to forskellige forhold. Ved at variere en rotorblads stigningsvinkel ændres dens angrebsvinkel og dermed dens løfteevne. En højere pitchvinkel (op til stall-punktet) øger løftet, mens en lavere pitchvinkel mindsker det. De enkelte blade i en rotor har deres pitchvinkler justeret individuelt.

Rotorhastigheden styrer også løftet – jo højere omdrejninger pr. minut (rpm), jo større løft. Piloten vil dog generelt forsøge at opretholde et konstant rotoromdrejningstal og vil ændre løftekraften ved at variere angrebsvinklen.

Som for fastvingede fly påvirker lufttætheden (resultatet af lufttemperatur, luftfugtighed og tryk) helikopterens ydeevne. Jo højere densitet, jo mere løft vil der blive genereret; jo lavere densitet, jo mindre løft vil der blive genereret. Ligesom i fastvingede fly resulterer en ændring i løft også i en ændring i luftmodstand. Når løftet øges ved at forstørre stigningsvinklen og dermed angrebsvinklen, vil modstanden stige og sænke rotorens omdrejningstal. Der kræves så yderligere effekt for at opretholde det ønskede omdrejningstal. Selv om en helikopter således på samme måde som et konventionelt fly påvirkes af løfte-, skub-, vægt- og modstandskræfterne, medfører dens flyvemåde yderligere virkninger.

I en helikopter udøves de samlede løfte- og skubkræfter, som genereres af rotoren, vinkelret på dens rotationsplan. Når en helikopter svæver i vindstille tilstand, er rotorens rotationsplan (tip-path-planet) parallelt med jorden, og summen af vægt- og modstandskræfterne er nøjagtigt afbalanceret af summen af skub- og løftekræfterne. I lodret flyvning er vægt- og modstandskomponenterne kombineret i en enkelt vektor, der er rettet lige nedad; løfte- og skubkomponenterne er kombineret i en enkelt vektor, der er rettet lige opad. For at opnå fremadrettet flyvning i en helikopter tippes rotorens rotationsplan fremad. (Det skal forstås, at helikopterens rotormast ikke tipper, men at de enkelte rotorblade inden for rotationsplanet får deres pitchvinkel varieret). Ved sidelæns flyvning vippes rotorenes rotationsplan i den ønskede retning. Ved baglæns flyvning vippes rotorens rotationsplan bagud.

Da rotoren er drevet, er der en lige og modsat drejningsmomentreaktion, som har en tendens til at dreje fuselagen i en retning modsat rotoren. Dette drejningsmoment opvejes af halerotoren (antitorque-rotor), der er placeret for enden af fuselagen. Piloten styrer hækrotoren ved hjælp af fodpedaler og neutraliserer drejningsmomentet efter behov.

Der er andre kræfter, der virker på en helikopter, og som ikke findes i et konventionelt fly. Disse omfatter rotorens gyroskopiske præcessionseffekt – dvs. den dissymmetri af løft, der skabes af helikopterens fremadgående bevægelse, hvilket resulterer i, at det fremadgående blad har mere løft og det tilbagevendende blad mindre. Dette sker, fordi det fremadgående blad har en kombineret hastighed bestående af bladets hastighed og helikopterens hastighed i fremadgående flyvning, mens det tilbagetrukne blad har forskellen mellem bladets hastighed og helikopterens hastighed. Denne forskel i hastighed medfører en forskel i løfteevne – det fremadgående blad bevæger sig hurtigere og genererer derfor mere løfteevne. Hvis det ikke kontrolleres, vil dette resultere i, at helikopteren ruller. Forskellen i løft kompenseres imidlertid ved at bladet flapper og ved cyklisk fjerføring (ændring af pitchvinklen). Da bladene er fastgjort til et rotornav ved hjælp af vandrette slaghængsler, som tillader deres bevægelse i et lodret plan, slår det fremadgående blad opad, hvilket mindsker dets angrebsvinkel, mens det tilbagevendende blad slår nedad, hvilket øger dets angrebsvinkel. Denne kombination af virkninger udligner løftet. (Bladene er også fastgjort til navet ved hjælp af et lodret hængsel, som gør det muligt for hvert blad at bevæge sig frem og tilbage i rotationsplanet. Det lodrette hængsel dæmper vibrationer og absorberer virkningen af acceleration eller deceleration). Desuden forårsager positionen af den cykliske pitchkontrol i fremadgående flyvning en lignende effekt, der bidrager til udligning af løftet.

Andre kræfter, der virker på helikoptere, omfatter koning, den opadgående bøjningseffekt på bladene forårsaget af centrifugalkraften; Coriolis-effekten, acceleration eller deceleration af bladene forårsaget af slagbevægelsen, der bringer dem tættere på (acceleration) eller længere væk (deceleration) fra rotationsaksen; og drift, tendensen til at flyve helikopteren i svæveflyvning, forårsaget af halerotorens tryk på hækrotoren.