انواع بالگردها

دسته بندی براساس مشخصات ملخ: امروزه بالگردها را با توجه به وضعیت ملخ آنها، میتوان به دو دسته کلی تقسیم کرد: 1- بالگردهای داری یک ملخ اصلی 2- بالگردهای داری بیش از یک ملخ اصلی

1- بالگردهای داری یک ملخ اصلی: این بالگردها مجوعه ای از طیف وسیعی از بالگردها میباشند که مشخصه اصلی آنها این میباشد که این بالگردها داری یک ملخ اصلی میباشند که وظیفه ایجاد نیروهای بالابرنده و جلوبرنده و هچنین کنترل حرکات پیچشی بالگرد را بر عهده دارد، این سری از بالگردها برحسب مکانیسمی که به منظور خنثی کردن نیروی گشتاور حاصل از چرخش ملخ اصلی در آنها به کار رفته است به 4 زیرمجوعه طبقه بندی می شوند که عبارتند از:

آ) بالگردهای با طراحی متداول (conventional tail rotor system): این نوع طراحی بالگرد، در میان تمامی انواع طراحی بالگردها، متداولترین نوع طراحی محسوب میشود و نام دیگر آن، طراحی بالگرد بر پایه ملخ دمی ضدگشتاور میباشد. در این مدل بالگردها به منظور خنثی کردن نیروی گشتاور حاصل از چرخش ملخ اصلی بالگرد، یک ملخ در ناحیه دم بالگرد بطور عمود بر ملخ اصلی نصب شده است و نیروی جلوبرنده که توسط ملخ دمی ایجاد میشود در خلاف جهت نیروی گشتاور حاصل از چرخش ملخ اصلی بوده و آن را خنثی میکند. (در ادامه با اصول طراحی این مدل از بالگردها بیشتر آشنا خواهیم شد)

بالگرد 214 با طراحی ملخ دمی متداول

ب) بالگردهای دارای ملخ دمی ducted fan: در این نوع بالگردها ملخ دمی در داخل یک محفظه قرار دارد و ملخ دمی دارای تعداد بیشتری پره میباشد که کوتاه تر ار نوع قبلی هستند و با سرعت بیشتری نسبت به نوع قبلی میچرخند. این نوع طراحی ملخ دمی دو مزیت عمده دارد که عبارتند از: 1- ایمنی بیشتر بدلیل کاهش احتمال برخورد اشیا با پره های ملخ و همچنین کاهش احتمال دررفتگی پره های ملخ دمی، 2- کارایی آیرودینامیکی بهتر بدلیل زیادتر بودن تعداد پره ها. در این این مدل از طراحی بالگرد ، مکانیسم خنثی سازی گشتاور حاصل از چرخش ملخ اصلی مشابه با ملخهای دمی متداول میباشد.

بالگرد کاموف-60 با طراحی ملخ دمی Ducted fan

ج) بالگردهای با طراحی فاقد ملخ دمی (NOTAR System = No Tail Rotor System): این مدل از بالگردها فاقد ملخ دمی هستند و به طرتحی NOTAR مشهور هستند. در این مدل بالگردها، مکانیسم خاصی برای خنثی سازی نیروی گشتاور حاصل از چرخش ملخ اصلی در آنها به کار رفته است. در این مدل بالگردها دم بالگرد (tail beam) بصورت توخالی و مجرا مانند طراحی شده است و در ابتدای آن و در قسمت بالایی آن و در نزدیکی ملخ اصلی، یک دریچه وجود دارد تا هوایی را که ملخ اصلی بالگرد رو به پایین حرکت میدهد به داخل مجرای دم هدایت کند و وارد دم شود، در زیر دریچه ورودی هوا، یک فن مکنده قرار دارد تا حجم بالایی از جریان هوا را با فشار زیاد وارد دم بالگرد کند، در کناره سمت راست دم دریچه هایی وجود دارد که موجب میشود که هوایی که از نواحی ابتدایی وارد دم شده است به بیرون از دم بالگرد خارج شود. هنگام خارج شدن هوا از دم بالگرد، این هوا با جریان هوای ناشی از چرخش ملخ اصلی که دور دم را احاطه کرده است برخورد میکند و باعث ایجاد پدیده ای فیزیکی به نام اثر کوآندا (coanda effect) میشود. این اثر موجب آن میشود که نیرویی ناشی از برخورد این دو جریان هوا ایجاد شود که جهت آن موافق جهت چرخش ملخ اصلی بالگرد میباشد و از آنجایی که گشتاور ایجاد شده توسط ملخ اصلی در خلاف جهت حرکت ملخ اصلی هست، پس این دو نیرو در خلاف جهت هم هستند و همدیگر را خنثی میکنند. دلیل ایجاد این نیرو این است که هوای خارج شده از داخل دم به محض خروج از دم بالگرد با جریان هوای ناشی از چرخش ملخ اصلی برخورد میکند و از زیر دم به سمت چپ دم هدایت میشود و در نتیجه فشار هوا در سمت چپ دم بالگرد بیشتر از فشار هوای سمت راست دم میشود و این فشار هوای اضافی سبب ایجاد نیرویی به سمت راست بالگرد میشود و از آنجایی که جهت نیروی گشتاور حاصل از چرخش ملخ اصلی در ناحیه دم بالگرد به سمت چپ است، این دو نیرو در خلاف جهت هم بوده و همدیگر را خنثی میکنند. همچنین در انتهای دم بالگرد دریچه دیگری وجود دارد که قابل تنظیم است و هرچه این دریچه بیشتر باز شود هوای خروجی از انتهای دم بیشتر شده و تراکم هوا در سمت چپ دم افطایش پیدا کرده و فشار هوا در این ناحیه بالاتر میرود و نیروی ایجاد شده بیشتر میشود و عکس این قضیه هم صادق است، اگر دریچه اتنهایی دم کمتر باز شود، هوای خروجی از انتهای دم کاهش پیدا کرده و در نتیجه میزان فشار هوا در سمت چپ ناحیه دمی کاهش پیدا کرده و نیروی ضدگشتاور کاهش میابد. این دریچه قابلیت این را دارد تا با کمتر و یا بیشتر کردن هوای خروجی از انتهای دم، نسبت نیروی ضدگشتاور ایجاده شده توسط پدیده کوآندا، به نیروی گشتاور حاصل از چرخش ملخ اصلی را کنترل کرده و در صورت زیادتر شدن هر یک از این دو نیرو نسبت به دیگری، توازن نیروها به هم خورده و باعث گردش دم بالگرد در جهت نیروی بیشتر و گردش دماغه بالگرد در خلاف جهت نیروی بیشتر، میشود. قسمت دیگری که در این بالگردها وجود دارد پایدار کنده عمودی واقع شده در انتهای دم میباشد که وظیفه پایدار کردن بالگرد در سرعتهای بالا را دارد. این بالگردها از مزیتهایی همچون تولید صدای بسیار کمتر و ارتعاشات بسیار پایینتر برخوردار هستند و ایمنی بسیار بالاتری را نیز فراهم میکنند حتی در برخی منابع به عنوان ایمن ترین نوع بالگرد معرفی شده اند. دلیل صدای کمتر در این مدل بالگردها این است که بخش عمده ای از صدای ایجاد شده در بالگردها با طراحی متداول مربوط است به برخورد جریان هوای ناشی از چرخش ملخ اصلی با ملخ دمی بالگرد، و از آنجایی که این مدل بالگردها فاقد ملخ دمی هستند پس در نتیجه این صدا حذف خواهد شد.

بالگرد MD-500 نمونه ای از بالگردهای NOTAR

دریچه انتهای دم یک بالگرد NOTAR

بقه مطالب به همراه عکس بیشتر در ادامه مطلب.......

                                                                    به نام خدا

مقدمه: هلیکوپتر گونه ای از وسیله پروازی ملخ دار است که نیروی جلوبرنده (thrust) و بالابرنده (lift) آن توسط ملخهایش ایجاد میشود. این وسیله پروازی ویژگیهای منحصر به فردی از جمله نشست و برخاست عمودی، پرواز ایستا (hover)، پرواز رو به عقب و چرخش در یک نقطه بدون نیاز به حرکت رو به جلو را دارد. این ویژگیها باعث شده است تا حتی هواپیماهای عمودپرواز هم نتوانند وظایف بالگرد را انجام دهند و جایگزین آن بشوند.

واژه هلیکوپتر برگرفته از واژه فرانسوی (hélicoptère)بوده و ریشه اصلی این واژه مربوط میشود به ترکیب دو واژه یونانی (ἕλιξ - helix/helik) به معنی چرخان و pteron) (πτερόν - به معنی بال میباشد. در زبان انگلیسی علاوه بر واژه هلیکوپتر این وسیله با چهار لقب دیگر نیز خوانده میشود که عبارتند از: chopper- helo- heli- whirlybird.

در ایران نیز فرهنگستان زبان فارسی ابتدا واژه چرخبال را به عنوان معادل فارسی واژه هلیکوپتر انتخاب کرد ولی به مرور زمان کلمه بالگرد جای چرخبال را در منابع نوشتاری و گفتاری رسمی کشور گرفت، البته در بین عموم مردم، هنوز همان واژه هلیکوپتر بیشتر استعمال میشود. با انتخاب واژه چرخبال و بالگرد انتقاداتی نسبت به این انتخابها صورت گرفت که بیشتر بر این موضوع متمرکز بودند که ملخ هلیکوپتر میچرخد و نه بال آن! ولی درصورت بررسی ساختار هلیکوپتر میتوان نتیجه گرفت که ملخ هلیکوپتر در واقع ایفاکننده نقش بال در هواپیما است و این دو کلمه جانشینهای مناسبی برای جایگزینی با واژه هلیکوپتر هستند. در هوانیروز نیز به هواپیماهایی مثل TC و سسنا، اصطلاح پرنده بال ثابت اطلاق میشود.

تاریخچه: نخستین گزارشها مبنی بر پرواز عمودی برمیگردد به 400 سال قبل از میلاد مسیح که کودکان چینی با وسیله ای به اسم bamboo بازی میکردند. در این وسیله یک ملخ با چرخش سریع خود برای لحظاتی نیروی لازم برای حرکت به بالا و غلبه بر وزن بارخارجی را تامین میکرد.

بامبو

در قرن چهارم میلادی، شخصی چینی به نام جی هانگ نخستین ایده ها را برای پرواز با یک پرنده بال چرخان را ارایه داد. در نقاشیهای دوره رنسانس طرحهای این شخص مورد توجه نقاشان اروپایی قرار گرفته است.یکی از معروفترین اتفاقات در زمینه بالگرد مربوط میشود به تابلوی معروف لئوناردو داونچی نقاش مشهور ایتالیایی که در سال 1480 میلادی آن را رسم کرده و طراحی جالبی از یک بالگرد را داشت.

نقاشی لئوناردو داوینچی

در سال 1754 میخائیل لومونوسوف یک مدل کوچک از بالگرد با ملخهای هم محور را طراحی و تولید کرد، بزرگترین مشکل در طرحهای لئوناردو داونچی و میخائیل لومونوسوف این بود که نتوانستند راه حلی برای غلبه بر نیروی گشتاور ملخ ارائه دهند و در نتیجه بالگرد به دور خودش میچرخید.

طرح پیشنهادی میخائیل لومونوسوف

بعد از این طرحها چندین طرح دیگر نیز به مرحله تولید نمونه اولیه رسیدند ولی هیچکدام از آنها نتوانستند پرواز موفقی داشته باشند تا اینکه در سال 1907 میلادی شخصی فرانسوی با نام Paul Cornu توانست نخستین بالگرد سرنشین دار جهان را بسازد که پرواز موفق و آزاد داشته باشد. این بالگرد در 13 نوامبر سال 1907 میلادی توانست نخستین پرواز موفق خود را به انجام برساند. این بالگرد طی این پرواز توانست به مدت 20 ثانیه در ارتفاع 1 پایی از سطح زمین ( حدود 0.3 متر) باقی بماند. این بالگرد دارای یک موتور با قدرت 24 اسب بخار (18 کیلو وات) بود و نیروی لیفت توسط دو ملخ پشت سر هم با طول 6 متر که دارای چرخش خلاف جهت هم بودند تامین میشد. درواقع این نخستین باری بود که برای حل مشکل نیروی گشتاور حاصل از چرخش ملخ اصلی راه حل موفقی در یک بالگرد سرنشین دار به انجام رسید.

بالگرد Paul Curno

پس از ساخت این بالگرد چندین طرح موفق و ناموفق دیگر به تولید رسیدند ولی هیچ یک از این طرح ها نتوانستند به مرحله تولید صنعتی برسند تا اینکه شرکت صنایع هوایی سیکورسکی توانست نخستین بالگرد جهان را به تولید انبوه برساند و خود را به عنوان نخستین شرکت بالگرد ساز جهان معرفی کند. این بالگرد Sikorsky VS-300 نام گرفت، این بالگرد توسط آقای ایگور سیکورسکی مالک و موسس روسی-آمریکایی اینشرکت طراحی شده بود و دارای طراحی تیپیک و متداول مشابه اکثر بالگردهای امروزی، یعنی یک ملخ اصلی به علاوه یک ملخ دمی برای خنثی کردن نیروی گشتاور حاصل از چرخش ملخ اصلی بود. این بالگرد در 14 سپتامبر 1939 نخستین پرواز خود را انجام داد، این بالگرد تک موتوره دارای وزن 522 کیلوگرم بوده و در مدلهای مختلف به موتورهایی با قدرت 75 تا 150 اسب بخار مجهز شد. ویژگی جالب توجه این بالگرد این بود که نخستین بالگرد دوزیست جهان نیز میباشد. بالگرد V-4 و یا VS-316 گونه توسعه یافته بالگرد سیکورسکی VS-300 بود که با تیراژ 131 فروند تولید شد.

ایگور سیکورسکی در حال پرواز با بالگرد VS-300 – بالگرد VS-316 و یا R-4

بعد از شرکت سیکورسکی، شرکت بل با ارایه طرح بالگرد Bell-30 به عنوان دمین شرکت بالگرد ساز وارد این عرصه شد. 3 فروند از این بالگرد ساخته شد ولی این بالگرد بستری شد برای تولید بالگرد Bell-47 که با تیراژ 5600 فروند به تولید انبوه رسید.

                                                                بالگرد Bell-30 – بالگرد Bell-47

شرکت میل روسیه نیز در سال 1948 اولین بالگرد خود با نام Mil Mi-1 را به مرحله تولید انبوه رساند، این بالگرد در 23 مدل مختلف با تبراژ 2600 فروند به تولید انبوه رسید.

نمایی از بالگرد Mil Mi-1 و کابین بالگرد

این روند پیشرفت در صنایع بالگردسازی جهان ادامه پیدا کرد و انواع مختلف بالگرد با کاربریهای مختلف به مرور زمان توانستند جای خود را در زندگی انسان باز کنند بطوری که امروزه به ندرت کشوری را میتوان پبدا کرد که از بالگرد بهره مند نباشد.