- ΓΙΑΤΙ ΠΕΤΟΥΝ ΤΑ ΕΛΙΚΟΠΤΕΡΑ?

Λίγο πολύ βέβαια όλοι ξέρουν γιατί πετούν τα ελικόπτερα, έχουν εκείνον τον μεγάλο έλικα από πάνω τους, που γυρίζει και τα ανυψώνει. Άλλωστε το λέει και η λέξη: "ο έλικας που είναι φτερό".

Βέβαια υπάρχουν και άλλες "κακεντρεχείς" απόψεις, όπως: 
"Επειδή είναι τόσο άσχημα που η Γη τα απωθεί", ή ότι 
"Το ελικόπτερο πετάει, παρότι οι μηχανισμοί του προσπαθούν να καταστρέψουν ο ένας τον άλλο", ή η συμβουλή: "Μην μπαίνεις σε ελικόπτερο που ΔΕΝ έχει διαρροή υδραυλικών. Το πιθανότερο είναι ότι δεν έχει  μείνει σταγόνα!"

Όχι από τα πιο όμορφα μηχανήματα, ούτε με το απλούστερο στροφείο το ρωσσικό Kamov, έχει πάντως καταφέρει να απαλλαγεί από το ουραίο στροφείο. Η ίδια λύση εφαρμόζεται και στα τηλεκατευθυνόμενα ελικόπτερα για αρχάριους (με πολύ πιο απλό στροφείο φυσικά!)

Το γεγονός είναι ότι τα ελικόπτερα είτε τα αγαπάς, είτε τα μισείς.

Οι λόγοι να τα αγαπήσεις είναι πολλοί.

Πάνε παντού και με οποιεσδήποτε σχεδόν συνθήκες, μπορούν να αιωρηθούν, να ανέβουν κατακόρυφα, να κινηθούν αργά, να κάνουν όπισθεν, να στρίψουν επιτόπου, και μοιάζουν να είναι το πιο ικανό μέσο μεταφοράς που έχει επινοήσει ο άνθρωπος.

Όσοι όμως αγαπούν την πτήση δεν θεωρούν το ελικόπτερο μια καθαυτού ιπτάμενη μηχανή, αλλά μια μηχανή που βασικά μπορεί να αιωρείται.

Είναι γεγονός, ότι το ελικόπτερο περιορίζεται σε ταχύτητα από αεροδυναμικά φαινόμενα στα στροφεία του, χρειάζεται σημαντικά μεγαλύτερη ισχύ από ένα αντίστοιχο αεροπλάνο, έχει πολύ μεγαλύτερη πολυπλοκότητα, και επίσης κόστος απόκτησης, χρήσης και συντήρησης.

Αεροδυναμικά είναι ένας εφιάλτης αλληλοσυγκρουόμενων απαιτήσεων και συμβιβασμών, μηχανολογικά είναι «ζορισμένο» και πολύπλοκο, ενώ ποτέ δεν θα καταφέρει να απαλλαγεί εντελώς από κάποιους κραδασμούς και να πετάξει με τη «γλυκιά» αίσθηση ενός αεροπλάνου.

Επιπλέον, σε περίπτωση βλάβης του κινητήρα είναι πιο απαιτητικό στον χειρισμό του για να προσγειωθεί ομαλά απ’ ότι ένα αεροπλάνο και τέλος, ακόμα και για τα ελαφρά ελικόπτερα δεν υπάρχει η δυνατότητα εφοδιασμού τους με βαλλιστικό αλεξίπτωτο για να αντιμετωπιστεί μια σοβαρή δομική αστοχία.

Ελικόπτερο σε ρόλο γερανού, ιδανικό για δυσπρόσιτες περιοχές.

Πράγματι, όπως είναι φανερό, το ελικόπτερο αποκτά την άνωσή του από τη μεγάλη έλικα που περιστρέφεται οριζόντια από πάνω του (κύριο στροφείο).

Ο κινητήρας όμως δεν ξέρει ότι η δουλειά του είναι να γυρίζει μόνο το στροφείο.

Αυτό που ξέρει είναι ότι πρέπει να γυρίζει τον άξονά του σε σχέση με τον ίδιο, και φυσικά περισσότερο θα γυρίσει ότι προβάλει μικρότερη αντίσταση.

Επειδή όμως ο κινητήρας μαζί με το ελικόπτερο έχει πολύ μεγαλύτερη αδράνεια σε σχέση με το στροφείο και τους μηχανισμούς του, το τελευταίο θα περιστραφεί προφανώς πολύ περισσότερο, αλλά και ο κινητήρας μαζί με το ελικόπτερο θα θέλει να περιστραφεί (πολύ λιγότερο όμως), και μάλιστα αντίστροφα.

Αυτό φυσικά θα πρέπει να αντιμετωπιστεί, και η συνηθέστερη μέθοδος είναι το ουραίο στροφείο, που ακριβώς αντισταθμίζει αυτή την αντίδραση ροπής του κινητήρα του ελικοπτέρου.

Πώς το ουραίο στροφείο αντισταθμίζει τη ροπή του κινητήρα.

Μάλιστα, το ουραίο στροφείο συνδέεται με άξονα με τον κύριο στροφείο, ώστε να παίρνει κίνηση ακόμα και στην περίπτωση που ο κινητήρας σταματήσει.

Στην τελευταία περίπτωση ο κινητήρας αποσυμπλέκεται αυτόματα από τα στροφεία για να μην τα φρενάρει, ώστε να εξακολουθούν να κινούνται με το ανοδικό ρεύμα του αέρα που δημιουργεί η (αναγκαστική πλέον) κάθοδος του ελικοπτέρου.

Μια άλλη μέθοδος με διπλό (όχι όμως ομόκεντρο) κύριο στροφείο, που καταργεί το ουραίο.

Το πιο πολύπλοκο σύστημα όμως του ελικοπτέρου είναι οι μηχανισμοί των αρθρώσεων των πτερύγων των στροφείων.

Τα στροφεία περιστρέφονται με σταθερή ταχύτητα σε όλο τα φάσμα της πτήσης, αλλά και τα δύο μπορούν να μεταβάλουν το βήμα τους (δηλαδή την κλίση των πτερυγίων τους) ομοιόμορφα αλλά ανεξάρτητα το ένα από το άλλο, ενώ ειδικά το κύριο στροφείο μπορεί να δώσει διαφορετικό βήμα στις πτέρυγές του κατά τη διάρκεια κάθε περιστροφής.

Η σχετικά απλή αρχή λειτουργίας του κύριου στροφείου, όπου φαίνεται ο τρόπος που μεταφέρεται η  κίνηση της οδηγού πλάκας (lower swash plate) στην οδηγούμενη (upper swash plate). H κάτω μεταβάλλει την κλίση της ακολουθώντας τις κινήσεις του χειστηρίου χωρίς να περιστρέφεται, ενώ η επάνω περιστρέφεται με τα πτερύγια, και αντιγράφει την κλίση της κάτω πλάκας. Η κάτω πλάκα (και φυσικά και η επάνω που την ακολουθεί) μπορεί να κινηθεί και κατά μήκος του άξονα, αλλάζοντας ομοιόμορφα το βήμα των πτερύγων. Το Jesus Nut (ή Jesus Bolt), σημαίνει ότι το σπάσιμό του εξασφαλίζει άμεση συνάντηση μαζί Του! Στην πραγματικότητα βέβαια δεν είναι ποτέ ένα μόνο μπουλόνι.

Η πρώτη δυνατότητα καθορίζει την ανυψωτική δύναμη του ελικοπτέρου, και φυσικά πρέπει να συνδυαστεί με μεταβολή στο μοχλό του γκαζιού, ώστε να διατηρηθούν οι στροφές των στροφείων σταθερές.

Η δεύτερη δυνατότητα είναι αυτή που καθορίζει την οριζόντια κίνηση του ελικοπτέρου, καθώς για να κινηθεί προς τα εμπρός πχ, τα πτερύγια του κύριου στροφείου πρέπει να έχουν μεγαλύτερο βήμα όταν περνούν από το πίσω τόξο, παρά από το εμπρός, και φυσικά αυτό πρέπει να γίνεται όπως προαναφέρθηκε σε κάθε περιστροφή τους.

Πώς το ελικόπτερο κινείται προς τα εμπρός. Με την αύξηση του βήματος των πτερυγίων του κύριου στροφείου καθώς περνούν από το πίσω μέρος του ελικοπτέρου, «πετούν ψηλότερα» στην περιοχή αυτή, ενώ το αντίστροφο συμβαίνει στην εμπρός περιοχή.

Με αυτόν τον τρόπο το στροφείο «γέρνει» προς τα εμπρός και έλκει το ελικόπτερο στην ίδια κατεύθυνση. Υπόψην ότι δεν μετακινείται, ούτε γέρνει ο άξονας του στροφείου αλλά μόνο τα πτερύγια, καθώς συνδέονται στον άξονα με άρθρωση ή ελαστικά.

Με αντίστοιχο τρόπο το ελικόπτερο παίρνει πλάγιες κλίσεις, που του επιτρέπουν να κινηθεί προς το πλάι (σε αιώρηση), ή να στρίψει όταν κινείται προς τα εμπρός.

Το ελικόπτερο για να στρίψει πρέπει να πάρει κλίση όπως τα αεροπλάνα, το ουραίο στροφείο μπορεί να το περιστρέψει πρακτικά μόνο σε αιώρηση.

Η αρχή λειτουργίας μπορεί να είναι (σχετικά) απλή, η κατασκευή όμως του στροφείου δεν είναι καθόλου απλή υπόθεση.

Η δυνατότητα του ελικόπτερου να πετάει σιγά και να απογειώνεται και προσγειώνεται κάθετα, κάνει πολλούς να νομίζουν ότι ο χειρισμός του είναι εύκολος.

Ισχύει ακριβώς το αντίθετο.

Το ελικόπτερο από τη φύση του είναι ασταθές, και σε αντίθεση με το αεροπλάνο που όταν το ρυθμίσεις μπορεί να πετάει σταθερά χωρίς ο πιλότος να αγγίζει τα χειριστήρια, το ελικόπτερο απαιτεί συνεχείς μικροδιορθώσεις.

Κάποιος εύστοχα παρομοίασε τον χειρισμό του ελικοπτέρου με την άσκηση ισορροπίας μιας ράβδου στο άκρο του δάκτυλου.

Και όπως συμβαίνει με τη ράβδο, όσο μικρότερο το ελικόπτερο τόσο πιο απαιτητικός γίνεται ο χειρισμός του.

Αυτό απαντά και στο γιατί τα τηλεκατευθυνόμενα μοντέλα ελικοπτέρων (που έχουν ακριβώς τους ίδιους μηχανισμούς με τα μεγάλα), σχεδόν κανείς δεν μπορεί να τα πετάξει χωρίς κάποια ηλεκτρονικά συστήματα ευστάθειας (γυροσκόπια).

Ένα ελικοπτερο-αεροπλάνο (Osprey) που προσπαθεί να συνδυάσει τα πλεονεκτήματα και των δύο, με το σύστημα στροφείων - κινητήρων να μπορεί να αλλάξει κατεύθυνση κατά 90 μοίρες. Πολύπλοκο όμως, και μόνο για στρατιωτική χρήση. Στη συγκεκριμένη φωτογραφία, εξαιτίας των τοπικών συνθηκών υγρασίας - θερμοκρασίας δημιουργούνται ίχνη συμπύκνωσης από τα ακροπτερύγια των στροφείων.

Μια αρκετά πιο απλή κατασκευή (ιδιαίτερα αγαπητή στους ερασιτέχνες) είναι το αυτόγυρο, που μειώνει το κόστος και απλοποιεί τον χειρισμό, με ελεύθερο στροφείο και ωστική έλικα.

Χρειάζεται διάδρομο για να απογειωθεί, μπορεί όμως να προσγειωθεί σχεδόν κατακόρυφα. Περιορίζεται πάντως σε μέγιστη ταχύτητα όπως και το ελικόπτερο, από το γεγονός ότι η πτέρυγα στην κίνησή της προς τα εμπρός (στην ουσία τα ακροπτερύγια) δεν μπορεί να ξεπεράσει την ταχύτητα του ήχου, σε σχέση με το ρεύμα αέρα στο οποίο κινείται.

Μια και αναφερθήκαμε στα τηλεκατευθυνόμενα, θα έχετε παρατηρήσει ότι τελευταία έχουν κατακλύσει την αγορά τα multicopters (ή drones), τηλεκατευθυνόμενες συσκευές με πολλούς οριζόντιους έλικες που συνήθως χρησιμοποιούνται για φωτογραφίσεις και βιντεοσκοπίσεις. 
Αυτά δεν μπορούν να θεωρηθούν ελικόπτερα, καθώς βασικά μπορούν μόνο να αιωρούνται (αλλά με μεγάλη ακρίβεια και σταθερότητα χάρη στα εξελιγμένα ηλεκτρονικά τους και επικοινωνία με GPS) επειδή οι έλικές τους δεν είναι στροφεία, δεν μπορούν δηλαδή να αλλάξουν βήμα και οι αλλαγές κατεύθυνσης γίνονται μόνο με διαφοροποίηση στην ταχύτητα των κινητήρων των ελίκων. 
Καθώς τα multicopters είναι εύκολα στη χρήση τους, πέρα από τις βιντεοσκοπήσεις κάποιες εταιρείες σκέφτονται τη χρήση τους για παράδοση πακέτων «κατ’ οίκον», οπότε μάλλον θα υπάρξει συμφόρηση στους ουρανούς και ενδεχομένως προκύψουν και προβλήματα ασφαλείας. Μάλιστα πρόσφατα (Απρίλιος 2016), η ολλανδική αστυνομία εκπαιδεύει αετούς (τα πουλιά), για να καταρρίπτουν drones που θα θεωρηθούν επικίνδυνα, ή ύποπτα για τρομοκρατικές ενέργειες.
Τέλος, μια ακόμα διαφορά μεταξύ ελικοπτέρων και αεροπλάνων (για τους παρατηρητικούς), είναι ότι ο κυβερνήτης στο αεροπλάνο ασχέτως μεγέθους, κάθεται αριστερά, ενώ στο ελικόπτερο δεξιά.

Ο λόγος είναι ότι στα αεροδρόμια ο κύκλος για την προσγείωση των αεροπλάνων είναι παραδοσιακά αριστερόστροφος, οπότε η αριστερή θέση παρέχει καλύτερη ορατότητα.

Τα ελικόπτερα όμως προσεγγίζουν συνήθως κατ’ ευθείαν, και επί πλέον ο (κατά κανόνα δεξιόχειρας) κυβερνήτης από τη δεξιά θέση κάνει καλύτερη χρήση των χεριών του, μια και το ελικόπτερο φροντίζει να του τα κρατά συνεχώς απασχολημένα!

Η καλύτερη εικόνα που μπορεί να αντικρύσει ένας ναυαγός. Τα σύγχρονα ελικόπτερα διάσωσης όχι μόνο μπορούν να σταθεροποιηθούν αυτόματα πάνω από ένα σημείο, αλλά εφόσον βρίσκονται πάνω από πλοίο σε θαλασσοταραχή μπορούν να συγχρονιστούν και με το σκαμπανέβασμα του πλοίου, διατηρώντας σταθερή την απόστασή τους από το κατάστρωμα.

Στην εικόνα φαίνονται οι βασικές απαιτήσεις για να κερδηθεί το βραβείο Sikorsky των 250.000$, για αιώρηση ελικοπτέρου με μυική δύναμη. Το βραβείο, που είχε αθλοθετηθεί το 1980, κερδήθηκε μόλις στις 13/6/2013 από την ομάδα του πανεπιστημίου του Τορόντο με τη συσκευή «Atlas» που σκιαγραφείται στην εικόνα, καταδεικνύοντας τον απαιτητικό μηχανισμό του ελικοπτέρου σε ισχύ και έλεγχο. Για σύγκριση, το αντίστοιχο βραβείο Kremer για πτήση αεροπλάνου με μυική δύναμη που αθλοθετήθηκε το 1959, κερδήθηκε το 1977 .

  

Ένα ελικόπτερο μπορεί να εκτελέσει ακροβατικά, αλλά απαιτείται ειδική κατασκευή, πλούσιος χορηγός και τολμηρός πιλότος!

Γ. Μεταξάς