Helikopterler önemli uçan araçlardan biridir. Döner kanatları sayesinde piste ihtiyaç duymadan dikey iniş ve kalkış yapabilirler. Havada asılı kalabilirler. Havada bir yöne 360 derece manevra yapabilirler. Peki bunların arkasında yatan mekanik nedir?
Damla Kanat Profili
Helikopter palleri taşıma kuvveti oluşturmak için ‘‘airfoil’’ denilen damla şeklindeki kanat prensibini kullanır. Hava, kanatla temas edince kanadın üst ve alt kısmından geçmek üzere ikiye ayrılır. Kanadın tasarımı gereği havanın, kanadın üst kısmında gideceği mesafe uzun olduğu için burada hızı artar çünkü alt kısımda bulunan hava ile aynı anda kanadın sonuna varması lazımdır. Üst kısımdaki havanın hızı artığından dolayı burada basınç düşer. Havanın her zaman yüksek basınçtan düşük basınca akması kriteri dolayısıyla kanatlarda bir taşıma (kaldırma) kuvveti oluşur. Bu sistem uçaklarda da aynı şekilde meydana gelir.
Tahrik Sistemi
Paller dönüş hareketi için gerekli olan gücü ise turboşaft motorundan alırlar. Bu motorun ana görevi şaft işi üretmek yani bir mili döndürmektir. Çalışma prensibi kısaca şu şekildedir; motorun girişindeki kompresör, havayı sıkıştırır ve basıncını yükseltir. Sıkışmış hava yanma odasında yakıtla karıştırılarak yakılır. Sıcak egzoz gazı yanma odasının arkasındaki türbinleri döndürür ve egzozdan dışarı atılır. Motorda iki grup türbin vardır, birinci grup türbin kompresörü döndürerek ona enerji sağlar. İkinci grup ise pallere giden rotoru döndürür. Açısal momentumdan kaynaklanabilecek dengesizlikleri yenmek adına bu iki türbin ters yönde dönerler.
Helikopterler İstenen Yöne Nasıl Giderler?
Peki helikopterler istenen yöne nasıl giderler? Anlaşılması gayet basit olan yönlendirme sisteminin arkasında harika bir mühendislik çalışması yatmaktadır. Helikopterin sağa, sola veya geriye gitmesi için pallerin istenen yöne meyil etmesi yeterlidir. Bu sayede, pallerin oluşturduğu dikey kuvvet yerçekimini dengeler, yere yatay olan kuvvet ise itki oluşturur.
Yönlendirme sisteminin arkasındaki mühendislik ise şu şekildedir; taşıma kuvveti pallerin açısının havadaki hareket doğrultusuna göre değişir ve bu açıya hücum açısı denir. Hücum açısı arttıkça taşıma kuvveti de artar. Yani, eğer bir pal belirli bir hücum açısındayken diğer pal farklı bir hücum açısındaysa bu pallere farklı taşıma kuvvetleri etki eder. Paller arasındaki taşıma kuvveti farkları helikopterin sağa, sola, ileri veya geri yönlenmesini sağlayan bir tork oluşturur.
Bu demek ki, rotor dönerken pallerin açısı sürekli değişir ve belirli bir konumda her palin hücum açısı aynı olur. Biraz karmaşık olan bu hareket mekanizmasını sağlamak için rotoru inceleyelim.
Yukarıdaki şekillerde bir rotorun üzerindeki parçalar açıkça gözükmektedir. Soldaki fotoğrafta altta bulunan kahverengi kısım alt eğilebilen plaka olarak adlandırılır. Bu plaka dönmez fakat dört farklı noktadan eğilebilir ve yukarı, aşağı hareket edebilir. Bu plaka bir rulmanla üst eğilebilen plakaya bağlanır. Böylece, üstteki parça alttaki parçayla beraber eğilip hareket edebilirken aynı zamanda alt parçadan bağımsız şekilde kendi ekseni etrafında dönebilir. Üst eğik plaka rotor miline bir sürücü ile bağlanır ve bu sayede üst plaka her zaman pallerle beraber döner. Paller ise kontrol çubuklarıyla üst eğilebilen plakaya bağlanır. Sistem bundan ibarettir. Bu mekanizma sayesinde, alt parçayı eğerek pallerin belirli konumda sürekli aynı hücum açısına sahip olması sağlanır ve resimde görüldüğü gibi tork oluşturulur.
Torkun Yönü Helikopterin Hareketini Nasıl Etkiler?
Şimdi ise oluşan torkun yönü helikopterin hareketini nasıl etkiler ona bakalım. Öne doğru oluşan bir tork hepimize helikopteri ileri yönlendirecek gibi gelir değil mi? Aslında bu helikopteri sol yatırır. Buna sebep olan etki, jiroskopik devinimdir. Bu etki, fizikte hepimizin bildiği Newton’un 2. Yasasından gelir. Newton’un 2. Yasasına göre kuvvet, doğrusal momentumun zamana göre değişimidir. Benzer şekilde, tork da açısal momentumun zamana göre değişimidir. Şimdi, pallerin açısal momentum vektörünü dik yani yukarı doğru düşünelim, helikopterin sola doğru yatması halinde bu vektör yine dik olup sola meyilli olacaktır. Bu iki vektörü çıkardığımızda sola doğru bir tork ihtiyacı olduğu anlaşılır. Fakat, devinim hareketinden dolayı uygulamamız gereken tork öne doğrudur. Bunun için rotorun ön kısmını negatif arka kısmını iste pozitif hücum açısında tutmamız gerekecektir. Bu olayı daha rahat anlamak için fizik derslerinden öğrendiğimiz sağ el kuralını kullanabiliriz. Baş parmak gitmek istediğimiz yön olursa, dört parmağımız uygulamamız gereken torkun yönünü gösterir. Fakat, yukarı veya aşağı yönlendirme için plakayı eğmeden yukarı ve aşağıya hareket ettirmek yeterli olacaktır.
Kuyruk Rotoru
Ayrıca, tek rotorlu helikopterlerde dengeyi sağlamak için kuyruk rotoruna ihtiyaç duyulur. Kuyruk rotorsuz helikopter kendi ekseni etrafında kontrolsüz bir şekilde döner. Bunun nedeni, Newton’un 3. Yasası olan etki-tepki yasasıdır. Rotorun dönmesi, motordan gelen milin ucundaki dişlinin kuvveti rotordaki dişliye aktarması ile olur. Etki- tepki yasasına göre rotor dişlisi motor dişlisine ters yönde ve eşit büyüklükte bir kuvvet uygular. Bu kuvvet, helikopteri pallerin döndüğü yönün tersine döndürmeye çalışır. Kuyruk rotoru ise bu kuvveti dengeler. Chinook gibi ardışık iki rotorlu helikopterlerde kuyruk rotoruna ihtiyaç yoktur.
İşte bir mühendislik harikası olan helikopterlerin nasıl uçtuğunun arkasındaki etmenler kısaca bu şekildedir.
