هلیکوپتر چگونه کار می کند؟

هلیکوپترها یا بالگردها، ماشین های پرنده همه کاره هستند. قابلیت های هلیکوپتر به خلبان اجازه می دهد تا در آسمان به صورت سه بعدی حرکت کند؛ کاری که هواپیماها قادر به انجام آن نیستند. اگر تا به حال سوار هلیکوپتر شده باشید، حتماً از توانایی های شگفت انگیز آن در مانور به وَجد آمده اید. البته کنترل و هدایت یک وسیله در فضای سه بعدی مشکل است و خلبانان هلیکوپترها باید دوره های آموزشی بسیاری را طی کنند تا بتوانند مهارت کافی برای پرواز و هدایت آن کسب نمایند.

هلیکوپتر وسیله نقلیه موتوری جدیدی است که عملیات و خدماتی که می تواند انجام دهد از تمام وسائل نقلیه دیگر دلچسب تر است. این ماشین می تواند عمودی بالا برود و پایین بیاید و به پهلوی راست یا چپ و هم به جلو با هر سرعتی که خلبان میل دارد در حدود قدرت موتور خود پرواز کند و حتی قادر است در فضا به عقب حرکت نماید.

هلیکوپتر همچنین می تواند در فضای کوچکی که تنها کمی بزرگتر از شعاع پروانه های آن باشد، پایین بیاید و همان جا دوباره پرواز کند. گاراژ آن ممکن است روی پشت بام آسفالتی باشد و از همان جا بلند شود و به جای خود برگردد. هلیکوپتر در واقع در میان وسائل حمل و نقل، شکاف بین وسائل نقلیه زمینی با وسائل نقلیه هوایی یعنی هواپیما را پُر کرده است و می تواند خود را با هر نوع شرایط وفق دهد. هلیکوپتر قدرت خود را از پروانه ها یا بال های دَوّار کسب می کند که هم سبب بلند شدن آن از زمین و هم باعث حرکت آن به سمتی است که هدایت می شود. این وسیله می تواند با اطمینان، بدون خطر و بدون بکار بردن نیرویی؛ یعنی در حال خاموشی موتور بواسطه همان حرکت اتوماتیک تیغه ها آهسته به زمین فرود آید.

در این مقاله شما می توانید با پیچیدگی ها و کنترل هلیکوپتر و نحوه کارکرد اجزاء آن آشنا شوید.

تاریخچه

اولین بار چینی ها در 400 سال بعد از میلاد طرح اصلی ساخت هلیکوپتر را برای اسباب بازی های فرزندان شان بکار بردند. لئوناردو داوینچی نیز از افرادی بود که طرح هایی از هلیکوپتر را ارائه داد، ولی نتوانست از حرکت بخش اصلی بدنه به دور خود جلوگیری کند.

کلمه هلیکوپتر (Helicopter) را اولین بار در سال 1861، یک دانشمند فرانسوی که اولین مدل کوچک با موتور بخار را ساخت، بکار برد. اولین پرواز موفقیت آمیز نیز در سال 1907 در فرانسه البته با یک ماکت کوچک انجام شد که در این پرواز، هلیکوپترِ مدل به مدت 20 ثانیه در ارتفاع 30 سانتیمتری سطح زمین معلق ماند.

در دهه 1940 و همزمان با پیشرفت در ساخت موتورهای هم محور (موتورهایی که در آن نیروی پیشران و پَسران هر دو ملخ از طریق یک موتور تولید می شود) اولین هلیکوپتر برای استفاده نظامی ساخته شد و اولین پرواز آن در سال 1942 در آمریکا با موفقیت صورت گرفت که آن را دو خلبان تا ارتفاع یک کیلومتری زمین و به مدت یک دقیقه بالا بردند.

مقایسه نحوه حرکت در وسائل نقلیه

برای درک نحوه کار هلیکوپترها و آشنایی با پیچیدگی های پرواز با آن، بهتر است ابتدا نحوه حرکت هلیکوپتر را با قطار، اتومبیل و هواپیما مقایسه کنیم.

• حرکت قطار تک بعدی است؛ یعنی فقط می تواند روی یک خط (ریل) به جلو و عقب حرکت کند. لوکوموتیوران تنها با یک دست و به کمک یک اهرم می تواند قطار را هدایت کند.
• اتومبیل علاوه بر حرکت به جلو و عقب می تواند به سمت چپ و راست نیز حرکت کند. بنابراین اتومبیل حرکت دو بعدی دارد. رانندگان با چرخاندن فرمان می توانند اتومبیل را در این جهت ها هدایت کنند.
• هدایت یک هواپیما بسیار مشکل تر از هدایت اتومبیل است و خلبانان باید دوره های آموزشی زیادی ببینند تا بتوانند با هواپیما پرواز کنند. هواپیماها در پنج جهت و تنها به سمت جلو می توانند حرکت کنند. هواپیماها علاوه بر حرکت به جلو و چپ و راست قابلیت پرواز به بالا و پایین را هم دارند و این همان بعد سوم است (حرکت سه بعدی). خلبان هواپیما می تواند به کمک یک فرمان و دو پدال (برای به حرکت در آوردن بالچه ها) هواپیما را هدایت کند.

هلیکوپتر اما می تواند سه کار دیگری در فضای سه بعدی انجام دهد که هواپیما قادر به انجام آن نیست:

1. هلیکوپتر می تواند به سمت عقب پرواز کند.
2. می تواند در یک نقطه از آسمان ثابت بماند.
3. می تواند در هر حالتی حتی ثابت، دور خود بچرخد.

تفاوت های هلیکوپتر با هواپیما

1. هواپیما بواسطه بال های ثابت و قدرت موتور پروانه ای یا موتور جت، به پرواز در می آید. هلیکوپتر بلند شدن خود را مدیون تیغه های گردنده افقی است که بالای اتاقک خلبان نصب شده اند.
2. هواپیما برای اینکه در هوا بماند و سقوط نکند، باید همیشه سرعتی رو به جلو داشته باشد، اما هلیکوپتر محتاج به این سرعت نیست و می تواند در هوا ثابت بایستد.
3. هواپیما به نسبت بزرگی خود برای پرواز میدان بزرگی می خواهد و مانعی هم نباید در سر راهش باشد. هلیکوپتر محتاج به میدان پرواز نیست، مانعی هم سر راه خود ندارد چون عمودی بلند می شود.
4. هواپیما هنگام طوفان، خطر و تاریکی هوا میدان وسیعی لازم دارد و باید به طبقات بالاتر پرواز کند و احیاناً به خطر می افتد، اما هلیکوپتر هنگام خطر پایین تر آمده و در زیر طبقات ابر و طوفان به حرکت خود ادامه می دهد و در حال خاموشی (تاریکی) به سهولت به زمین می نشیند.

خدمات هلیکوپتر

به خاطر ویژگی های خاص پروازی بی رقیب هلیکوپترها، این وسیله کاربردهای گسترده ای دارد که از جمله آنها می توان موارد زیر را نام برد:

• مسافربری هوایی، حمل پست و کالاهای بازرگانی
• کمک به پلیس هنگام بروز حوادث و کنترل ترافیک و کمک به آتش نشانی برای خاموش کردن آتش در سطح گسترده
• نقشه برداری از اراضی و باغ ها و ساختمان ها
• خدمات پزشکی در زمان بروز اتفاقات ناگوار
• جابجایی وسائل سنگین وزن مانند سازه های ساختمانی و رادیویی
• مورد استفاده دیگر هلیکوپترها در جنگ است.
• همچنین این ماشین ها در صنعت توریسم نیز استفاده فراوانی دارند.

ساخت هلیکوپتر از قرن ها پیش ایده مخترعین و سایر افراد بشر بوده است و امروز نه تنها خدمات مختلفی انجام می دهند، بلکه برای حمل و نقل بازرگانی نیز کاربرد دارند. در آینده هلیکوپتر هم در جنگ هم در صلح، نقش درخشان تری خواهد داشت و روز به روز بیشتر جای خود را در میان وسائل حمل و نقل پیدا می کند.

نحوه پرواز هلیکوپتر

نیروی بالابر در هلیکوپتر، با چرخش افقی بال ها حول یک محور ثابت تولید می شود. بال های چرخشی هلیکوپتر، باریک تر و کوچکتر از بال های ثابت هواپیما هستند، چون باید به سرعت بچرخند و نیروی لازم برای بالا رفتن هلیکوپتر را تامین کنند. با چرخش سریع بال ها، هلیکوپتر به طرف بالا حرکت می کند، ولی به خاطر وجود نیروی گشتاور (عکس العمل نیروی چرخشی) بدنه هلیکوپتر در خلاف جهت چرخش بال ها، دور خود خواهد چرخید! برای غلبه بر نیروی گشتاور، در انتهای بدنه، بال های چرخشی کوچکی به صورت عمودی تعبیه شده که با چرخش آن، نیروی خلاف گشتاور تولید می شود تا هلیکوپتر در حالت تعادل در آسمان بماند.

داخل کابین یک اهرم کنترل جهت حرکت هلیکوپتر تعبیه شده که به کمک آن می توان محور بال ها را حرکت داد، بطوریکه با خم کردن محور بال ها به جلو علاوه بر نیروی بالا برنده، نیروی جلو برنده هم تولید خواهد شد و هلیکوپتر به طرف جلو پرواز خواهد کرد و بر عکس با خم کردن محور به طرف عقب، نیروی بالا برنده و عقب بر تولید می شود و هلیکوپتر به اصطلاح دنده عقب حرکت خواهد کرد. همچنین با خم کردن اهرم کنترل به طرفین، هلیکوپتر حول محور افقی به طرف چپ یا راست می چرخد.

داخل کابین خلبان دو پدال هم تعبیه شده که بوسیله آنها، زاویه چرخش پروانه عقب هلیکوپتر تغییر می کند و باعث کم یا زیاد شدن نیروی غلبه بر گشتاور هلیکوپتر می شود. اگر پدال سمت چپ فشار داده شود، زاویه چرخش تیغه ها کم شده و به دنبال آن نیروی غلبه بر گشتاور هم کم خواهد شد و هلیکوپتر حول محور افقی به طرف چپ خواهد چرخید و بر عکس، اگر پدال سمت راست فشار داده شود، زاویه چرخش تیغه ها و به دنبال آن نیروی غلبه بر گشتاور زیاد خواهند شد و هلیکوپتر به طرف راست منحرف خواهد شد. بنابراین پروانه های عقب، علاوه بر مقابله با گشتاور چرخشی هلیکوپتر، وظیفه گردش به چپ یا راست هلیکوپتر را نیز بر عهده دارند.

برای کم و زیاد کردن ارتفاع نیز اهرم تنظیم ارتفاع در سمت چپ صندلی خلبان تعبیه شده که با چرخاندن این اهرم سرعت چرخش بال ها کم و زیاد خواهد شد. اگر سرعت چرخش بال ها زیاد شود، نیروی بالابر بر نیروی وزن غلبه می کند و هلیکوپتر به طرف بالا حرکت می کند و اگر سرعت چرخش بال ها کم شود، نیروی بالابر کمتری تولید خواهد شد و هلیکوپتر به طرف پایین حرکت می کند.

مهم ترین جزء هلیکوپتر روی محور بال ها قرار دارد. روی این محور دو صفحه (یکی متحرک و دیگری ثابت) قرار داده شده است که بین آنها بلبرینگ قرار دارد. وجود بلبرینگ باعث کم شدن اصطکاک به هنگام چرخش بین صفحات می شود. صفحه متحرک توسط میله هایی به تیغه های بال ها متصل شده و با چرخش محور اصلی و بال ها، صفحه متحرک هم می چرخد. میله های دیگری صفحه ثابت را به اهرم کنترل متصل کرده اند.

اگر خلبان بخواهد به طرف جلو، عقب و یا طرفین حرکت کند، اهرم کنترلی را به همان جهت خم می کند. در این حالت، یکی از میله های متصل به صفحه ثابت (در جهت مورد نظر) به طرف بالا می رود و صفحه ها را در همان جهت کج می کند.

چون تیغه های بال ها به محور وصل هستند، آنها نیز کج می شوند. با تغییر شکل عبور هوا از میان بال ها، نیروی جلو برنده، عقب برنده یا طرفینی تولید می شود و هلیکوپتر تغییر جهت می دهد.

انواع دیگر هلیکوپتر

بسته به نیاز، هلیکوپترهای متنوعی ساخته شده اند. یکی از این هلیکوپترها به نام شینوک (Chinook) که برای حمل و نقل تجهیزات نظامی ساخته شده در تصویر زیر دیده می شود. در این هلیکوپترها عوض بال چرخشی عقب (برای غلبه بر نیروی گشتاور) مجموعه بال دیگری به صورت افقی تعبیه کرده اند که بر خلاف جهت اولی می چرخد و نیروی گشتاور را خنثی می کند. به خاطر وجود دو مجموعه بال چرخشی، نیروی بالابر زیادی تولیدی می شود و این نوع هلیکوپترها، قدرت زیادی در حمل و جابجایی نفرات، محموله ها و خودروها دارند.

در شکل پایین نیز نوع دیگری از هلیکوپترها معروف به عقاب دریایی (Osprey) را می بینید. این وسیله که ترکیبی از هلیکوپتر و هواپیما است برای حمل تجهیزات و پاتک های میان بُرد ساخته شده است. این هلیکوپترها هم از دو مجموعه بال با جهت چرخش متفاوت برای خنثی کردن نیروی گشتاور ساخته شده اند. دو محور اصلی این هلیکوپترها به جای بال هواپیما هم عمل می کنند؛ به این صورت که ابتدا محورهای اصلی به شکل عمودی قرار دارند و با چرخش بال ها، هلیکوپتر به طرف بالا حرکت می کند و وقتی سرعت به اندازه کافی رسید، محورها شروع به چرخش 90 درجه ای به جلو می کنند تا هلیکوپتر به شکل هواپیما در آید و با سرعت به طرف جلو حرکت کند.

به دنیای هلیکوپترها خوش آمدید.

منابع

مقاله علمی و آموزشی «هلیکوپتر چگونه کار می کند؟»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری، ترجمه و نگارش هیئت تحریریه پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا مقاله وب سایت HowStuffWorks ترجمه شده توسط بهنام زاده به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.