مبانی طراحی هلیکوپتر آیرودینامیک و سیستم ها

ارتفاع محل نصب روتور دم
نبايد بالاتر از محل دوران ملخ باشد تا پيچيدگي سيستم گردنه روتور و وزن آن به حداقل برسد.
بايد بالا باشد تا فاصله كافي با زمين داشته باشد تعادل و پايداري آن در پرواز مستقيم افزايش يابد و در هنگام پرواز ايستائي انحراف جانبي هليكوپتر به حداقل برسد.اگر روتوردم در سمت قسمت انتهائي دم هليكوپتر قرار داشته باشد در مسير سيستم گردنده هاي آن تنها به يك جعبه دنده نياز پيدا مي كنيم (جعبه دنده 90درجه)با اين همه پائين بودن (در يك راستا بودن با محور دوران )روتور با معايبي همراه است كه خطر آفرين بودن آن براي خدمه اي كه در روي زمين ودر اطراف آن كار مي كنند و نيز برخورد آن با زمين هنگامي كه هليكوپتر كاملا نزديك به سطح زمين پرواز مي كند از آن جمله است.
اگر محل نصب آن در نقطه اي بالاتر از محور دوران مستقر بر روي دم مثلا در بالاي سكان عمودي انتهاي دم باشد مجبور مي شويم يك جعبه دنده ديگر به آن اضافه نمائيم كه با جريمه افزايش هزينه و وزن هليكوپتر همراه خواهد بود. (اين جعبه دنده اضافي به جعبه دنده مياني معروف است.)
ارتفاع محل نصب روتور در ميزان انحراف جانبي هليكوپتر كه براي اصلاح تعادل آن در پرواز ايستائي بوجود مي آيد نيز تاثير مي گذارد در پرواز ايستائي تقريبا همه هليكوپترها ي تك روتوره كه روتور اصلي آنها در جهت مخالف عقربه هاي ساعت مي چرخند ارابه فرود سمت چپ پائين تر از ارابه فرود سمت راست قرار مي گيرد .دليل اين امر آنست كه تراست بطرف راست روتوردم بايد بوسيله منحرف شدن توپي اصلي بسمت چپ متعادل گردد. علاوه بر وزن ناخالص هليكوپتر و نيروي تراست حاصل از ملخ دم ميزان انحراف بدنه هليكوپتر به دو پارامتر فيزيكي ديگر بستگي دارد كه يكي ميزان فاصله لولا از محور عمودي روتور اصلي و ديگري ميان ارتفاع محل نصب روتور دم نسبت به روتور اصلي و مركز ثقل هليكوپتر مي باشد.
در تصوير اول يك مورد عمومي به نمايش گذاشته شده است كه در آن لولاي ملخ با محور عمودي روتور اندكي فاصله دارد و روتور دم بين روتوراصلي و مركز ثقل هليكوپتر (از نظر ارتفاع )قرار گرفته است. در اين مورد بدنه اندكي كج  مي شود. سه مورد ديگر نيزدر تصوير نمايش داده شده است. در يكي از واد پارامترها طوري بكار گرفته شده كه دربدنه هيچگونه كجي حاصل نمي شود. به اين ترتيب كه روتور اين هليكوپتر ازنوع الاكلنگي بوده و روتور دم به اندازه كاي بالا قرار دارد. در دو مورد ديگر بدنه به اندازه صفحه فرضي چرخش نوك روتور اصلي كج مي شود .طراحان براي به حداقل رساندن ميزان كجي بدنه(درپرواز)محورعمودي روتور را طوري انتخاب مي كنند كه بعد ازنصب داراي اندكي كجي تعديل كننده باشد. اندازه اين كجي رامي توان بگونه اي انتخاب نمود كه براي يك وزن ناخالص متوسط مطلوب بوده ودرغيرآن نيز چندان زيانبار نباشد
بعضي از هليكوپترها از پايداري سمتي ضعيفي برخوردارهستندو دماغه بطورمداوم تمايل دارد از وضعيت قبلي خود منحرف گردد. بدون شك يكي ازدلايل بوجود آمدن اين حالت هواي آشفته ايست كه از برخورد توپي و بدنه هليكوپتر با هوا بوجود مي آيد و روتور دم و سكان متعادل سازعمودي دم را احاطه مي كند.
در عكسبرداري كه از يك هليكوپتر سم پاشي در حال سم پاشي صورت گرفت معلوم گرديد كه دليل ديگر نقيصه فوق را بايد در تركيب ميدان جريان هواي قسمت انتهائي هليكوپتر زماني كه تحت تاثير جريانهاي حلقوي حاصل از نوك تيغه روتور اصلي قرار مي گيرد جستجو كنيم .
جرياني كه نزديك به قسمت زيرين ناحيه “ويك” قرار دارد بسمت بيرون و جرياني كه درقسمت فوقاني آن برقرار است بسمت داخل هدايت مي شود .
اگر روتور دم پائين قرار داشته باشد در ناحيه اي از جريان “واگرائي ” هوا قرار مي گيرد واز لحاظ تغييرات متعادل ساز زاويه حمله ضعيف تر عمل نموده كارآيي آن كمتر خواهد بود. بنابراين اگر روتور دم بالا قرار داشته باشد اثرات تعادلي آن بدون شك افزايش خواهد يافت.
سرعت سر تيغه روتور دم 
ملخ دم از لحاظ ملاحظات آئروديناميكي نسبت به روتور اصلي داراي اهميت كمتري مي باشدبنابراين انتخاب ميزان سرعت نوك تيغه هاي آن به هميت نسبي آن از لحاظ صدا و وزن مربوط مي شود.از آنجا كه گوش انسان در مقابل اصوات با فركانسهاي بالااز حساسيت بيشتري نسبت به فركانسهاي پائين برخوردارمي باشدمي بينيم كه گر چه ملخ دم انرژي كمتري را به هوا القا مي كند ولي صداي حاصل از آن بيش ازصداي روتوراصلي بگوش مي رسد(لاا قل در فواصل نزديك چنين است)بنابراين داشتن سرعت كم (سرعت نوك اندك )براي روتور دم مطلوبست ولي از طرف ديگر در مقايسه با روتور دم كم سرعت نوعي كه سرعت نوك آن سريع مي باشد به مساحت (سطح)كمتري نياز داشته گشتاور كمتري در سيستم گردنده هاي آن اعمال مي كند و حاصل آن دستيابي به روتوري است كه داراي وزن كمتري مي باشد. در طرحهاي هليكوپتري موجود سرعت انواع ملخهاي روتور دم از 527 پا درثانيه (160متر در ثانيه )براي هليكوپتر انتخابي مك دانل داگاس سري كه 500 md-هليكوپتري با روتور دم چهار تيغه ايست تا 739 پا در ثانيه براي هليكوپتر كبري S 1-AHساخت كمپاني بل متغير مي باشد.
مساحت سطح ملخ و مقطع ماهيواره 
وقتي قطر و ميزان سرعت دوراني سر ملخ روتور تعيين گرديد مساحت سطح آن موضوع قابل تغييري نمي باشد بلكه اندازه آن با توجه به ميزان تراستي كه روتور دم بايد ايجاد كند تا وظيفه ضد گشتاوري خود را بانجام رساند و همزمان در بدترين شرايط پروازي هدايت سمتي مطلوبي نيز ارائه نمايد مقدار ثابت و معيني خواهد بود.اين مقدارتا حدي شكل ماهيواره اي ملخ نيز بستگي دارد .  اساس انتخاب شكل ماهيواره اي ملخ روتور دم مشابه همان اصولي است كه درروتور اصلي رعايت مي شود و همان مشكلات  مشابه را  نيز به همراه دارد. يك ماهيواره نازك و پهن براي به حداقل رساندن شكلات تراكم پذيري در سمت پيش رو در سرعتهاي بالا مطلوبست ولي يك ماهيواره ضخيم و پر انحنا براي به حداقل رساندن مشكلات حاصل از واماندگي در طرف پس رو سودمند مي باشد. از آنجا كه تيغه هاي روتوردم كوتاهتر ودر نتيجه ازلحاظ مقاومت پيچشي مستحكم تر از تيغه هاي روتور اصلي مي باشد خطر قرارگرفتن آن درمعرض گشتاور هاي حركتي”حول محور عرضي”كمتر بوده در نتيجه طراحان دوست دارندازماهيواره هاي ضخيم استفاده كنند تا مزيت و توانائيهاي برتر آن در ايجاد نيروي براي ماكزيموم بهره مندشوند.
تعيين و انتخاب مساحت كل سطح ملخ روتوربايد باتوجه به ميزان تغييرات نيروي موتور (ودرنتيجه نيروي ضد گشتاوري مورد نياز هليكوپتر )كه با تغيير ارتفاع پروازي هليكوپتر صورت مي گيرد انجام پذيرد. ويژگي اين طراحي بايد با نيروي اوج گيري عمودي تمام عيار چه در سطح دريا يعني جائي كه قدرت موتور بالاست و چه در ارتفاع بالا جائي كه غلظت هوا پائين است منطبق باشد. روتور دم بدون مواجه شدن با واماندگي بايد قادر باشد تراست كافي ايجاد كند تا بتواند نيروي ضد گشتاوري لازم را باده درصد دامنه اضافي براي مانورهاي پروازي توليد نمايد.
تعداد ملخ ها
-بايد كم باشد تا هزينه ساخت به حداقل برسد.
-بايد زياد باشد تا “افت كارآئي”سرآن به حداقل برسد.
تصميم بعدي طراح تقسيم مساحت مورد لزوم ملخ ها بين تعداد واقعي آنها مي باشد. هر اندازه تعداد ملخ ها كم باشد هزينه ساخت وتعمير و نگهداري آن نيز كاهش مي يابد ولي اگر حاصل اين كار سبب كوتاه شدن بيش از حد آنها شود امكان دارد تلفات بيش ازحد نوك موجب تنزل در ميزان كارآئي آن گرددبيشتر طراحان بايد تعداد ملخهارا طوري انتخاب كنند كه حاصل آن داشتن ملخهائي باشد كه”نسبت طول به عرض تيغه”بين 5و9گردد.
پيچش
-بايد زياد باشد تا پرواز ايستائي هليكوپتر بخوبي صورت پذيرد.
-بايد كم باشد تا روند ساخت آن آسان شود و تغييرات تراست درحالت برخورد با جريانات حلقوي هوا به حداقل برسد.
پيچش زياد از لحاظ بهبود كيفيت پرواز ايستائي و نيز در تاخير انداختن واماندگي در ملخ پس رو درسرعت بالا درست همانند ملخ اصلي سودمند است. اما دادن پيچش ممكن است روند ساخت ملخ كوتاه دم را با پيچيدگي روبرو سازد ودر پرواز جانبي بسمت چپ(در هليكوپترهائي كه روتور اصلي مخالف جهت عقربه هاي ساعت مي چرخد .هنگامي كه روتور در حالت برخورد با جريانات حلقوي هوا قرار دارد پايداري و حفظ جهت هليكوپتر را با دشواري روبرو نمايد.
گام ماكزيموم
بايد فقط تا اندازه اي باشد كه بتواند در تمام شرايط پروازي قابليت مانور مورد نياز را فراهم آورد نه بيشتر گام ماكزيموم همان پارامتريست كه دربحراني ترين شرايط پروازي در برابر گشتاور روتور اصلي مقابله مي كند وبه هليكوپتر اجازه دور زدن مي دهد. اين شرايط پروازي براي اغلب  هليكوپترها هنگام پرواز جانبي در بالاترين حد وزن ناخالص و ارتفاع پروازي رخ مي دهد يعني زماني كه در آن گام روتوربايد تا آن حد زياد باشد كه بتواند تراست مورد نياز را توليد و همزمان زيادي جريان هواي حاصل از سرعت جانبي را تعديل نمايد.
اگر روتور دم با كنترل گام زياد طراحي شود توقف هليكوپتر هنگامي كه در پرواز ايستائي سريعا در جهتي در حال دور زدن است كه جهت گشتاور ملخ اصلي در همان جهت بدورانش كمك مي كند مشكل خواهد بود.
براي تغيير جهت (دور زدن )در جهت موافق گشتاور روتور اصلي گام تيغه هاي روتور دم بايد كم باشد. اگر عمل تغيير جهت (دور زدن)با بكار گيري گام مخالف و ماكزيموم ناگهان متوقف گردد زاويه حمله بطور زود گذر (لحظه اي)با زاويه گام آن برابر خواهد بود. چرا كه شكل گيري سرعت  القائي خود نياز به گذشت مقداري زمان دارد .اگر زاويه حمله ماهيواره بيش از زاويه واماندگي آن باشد روتور دم لحظه اي نياز به نيروي فوق العاده زياد شايد بيش از آن ميزاني كه سيستم موتور قادر به ارائه آنست پيدا خواهد كرد.
جهت چرخش
طراحان در دوره قبل از دهه 1960 جهت چرخش روتور رادرهر جهتي كه دلخواهشان بود انتخاب مي كردند. از آن به بعد نتايج حاصل از تعدادي پروژه هاي هليكوپتري نشان دادكهراه درست و يك راه غلط براي چرخش روتور دم وجود دارد. راه درست اينست كه تيغه اي كه نزديك تر از همه به روتور اصلي قرار دارد بطرف بالا چرخش نمايد. بنا به دلايلي كه هنوز هم شناخته نشده است چرخش در اين جهت نوسانات تراست روتور دم را در پرواز جانبي هنگامي كه در حالت برخوردبا جريانات حلقوي هوا چرخش دارد به حداقل مي رساند. پيروي از اين روش از آنجا كه روتور دم “ويك “روتور اصلي را قطع مينمايد موجب به حداقل رسيدن صداي حاصل از آن در پرواز مستقيم مي گردد.
انواع كششي و انواع فشاري
در اغلب هليكوپترها ي مدرن براي كمك به حفظ تعادل سمتي روتور دم از يك سكان عمودي استفاده شده است. براي اينكه اين هردو مجموعه (روتور دم و سكان عمودي)از كارائي بهتري برخوردار باشند بايد در انتهاي دم هليكوپتر نصب گردند ولي اگر بيش از حد به يكديگر نزديك باشند امكان دارد بر يكديگر تاثير گذاشته صدمه ببيند .
. ازطرف ديگر اگر بيش از حد از يكديگر فاصله داشته باشند مجمومه سنگيني را بوجود خواهند آورد. در پرواز ايستائي مسئله تاثير گذا ري مزبور بستگي به اين دارد كه روتور دم در كدام سمت سكان قرار داشته باشد. باين معني كه آيا موجب وزش باد بر روي باله بشود يا هوا را از اطراف آن بمكد. از آنجا سرعت القائي زير روتور دم از بالاي آن زياد تر است اگر روتور موجب دميدن باد بطرف سكان گردد نيروي پساي سكان بيشتر خواهد شد. اين امر موجب كاهش تراست خالص و موثر روتور دم (تراست مورد نياز براي برآوردن نياز ضد گشتاوري آن )مي گردد.
در هليكوپترهائي كه چرخش روتور اصلي شان در جهت مخالف عقربه هاي ساعت مي باشدروتور دم از نوع فشاري بوده ودر سمت چپ سكان عمودي دم نصب ميگردد. تقريبا تمامي روتورهاي دم از نوع فشاري هستند. از استثناهاي عمده مي توان هليكوپتر سيكورسكيS-70A يا Uh-60Aو مدل هاي بعدي هليكوپتر بل مدل uh-1sوAh-1Sرانام برد. طراحان هليكوپتر S-70aچرخش روتور را طوري طراحي كرده اند كه مقداري از تراست توليدي آن صرف كمك به ايجاد نيروي برا در قسمت انتهائي (دم)هليكوپتر مي گردد. براي فراهم آوردن فاصله بين روتور و باله عمودي دم بدون اينكه شفت روتور دم بلند انتخاب شود نوع كششي آن مورد استفاده قرار مي گيرد .در مورد هليكوپتربل تركيب روتور دم در خط توليد با تغيير جهت چرخش آن از جهت غلط به جهت صحيح اصلاح گرديد.
چرخش روتور در اين هليكوپتر بسادگي با تغيير محل نصب آن از سمت چپ به سمت راست سكان عمودي دم صورت پذيرفت ظاهرا روسها نيز به حل مشكل دست يافتند و راه حل كمپاني بل رادر مورد سري هليكوپترهاي 17وmi8و نيز در مورد هليكوپتر “هيند”(MI-24)برگزيدند ودر تمامي اين هليكوپترها جاي روتور دم را تغيير داده از سمت چپ به سمت راست انتقال دادند(البته روتور اصلي اين هليكوپترها به روش روسي يعني موافق عقربه هاي ساعت مي چرخد.)
نوع اتصال روتوردم 
چگونگي اتصال ملخها و توپي به شفت روتور دم از تصميمهائي است كه طراح بايد در روند طراحي خويش اتخاذ نمايد. در پرواز مستقيم به جلو روتور دم مي خواهد فلپ نمايد واين حركتي است كه در همه طرحهاي هليكوپتري بايد به روتور دم داده شود چرا كه بتجربه ثابت گرديد كه جلوگيري از آن عملا غير ممكن است . ساده ترين راه آنست كه براي روتورهاي دو ملخه ازيك مفصل الاكلنگي ودر انواع چند ملخي براي هر ملخ يك لولاي (مفصل )جداگانه انتخاب گردد. در هليكوپتر مك دانل داگلاس مدل AH-64Aاز يك روتور دم چهار تيغه اي استفاده شده است ولي عملا داراي دو روتور دو تيغه اي و الاكلنگي است كه با فاصله شش اينچ از يكديگر قرار گرفته اند.
اغلب روتورها ي (دم)به تعدادي كوپلينگ مكانيكي مجهز گرديده است كه هنگام فلپ كردن گام ملخ را نيز تغيير مي دهد. انجام اين كار با اريبي قرار دادن لولاي فلپ كننده يا با قرار دادن نقطه اتصال” شاخك تغيير دهنده گام”و “ميله تغيير دهنده گام “خارج از محور لولا صورت مي گيرد.
اين كوپلينگ اصطلاحا كوپلينگ “دلتاسه “خوانده مي شود. اين اصطلاح توسط طراحان اتوجايرو انتخاب و براي نامگذاري و مشخص نمودن چندين نوع از انواع كوپلينگ هاي مربوط به روتورهاي متحرك ابداع گرديده است. اگر بر اثر فلپ روتور بطرف بالا گام آن افزايش يابد به آن كوپلينگ “دلتاسه ي “مثبت مي گويند. هردو نوع مثبت و منفي آن در روتور ها بكار مي رود. ليكن معمولا نوع منفي آن بيشتر مورد استفاده قرار مي گيرد. علت عمده بكارگيري هر كدام از اين كوپلينگ هاي دلتاسه چه مثبت وچه منفي آن اينست كه استفاده ازآن موجب سادگي درآرايش و طرح سيستم كنترل فرامين مي شود و امكان تداخل مكانيكي كاهش مي يابد و نيز وزن مجموعه سبكتر مي گردد. دليل ديگر بكارگيري آن اينست كه اين نوع لولا با تغيير و دور ساختن فركانس طبيعي ملخ ازحالت تشديد(رزناس)موجب كاهش دربارهاي لحظه اي (ضربه اي)ملخ روتور مي گردد.
تعداد زيادي از روتورهاي دم امروزي فاقد هر گونه لولاي مكانيكي بوده ولي داراي محورهاي قابل انعطاف بوده واز جنس مواد مركب ساخته شده اند تا انعطاف لازم را براي به حداقل رساندن گشتاورها و بارهاي آن داشته باشند.براي اين گونه هليكوپترها بكارگيري كوپلينگ هاي “دلتاسه”مناسب براي حفظ تعادل آن در بعضي از حالتهاي ديناميكي اهميت پيدا مي كند.
روتورهاي اريبي 
طراحان كمپاني سيكورسكي از روتورهائي براي دم هليكوپترهاي S-70وch-53Eاستفاده نموده اند كه 20درجه بطرف پائين و چپ بطور اريبي قرار دارد. علت اين كار آنست كه بتواند از مولفه بالا برنده تراست روتور دم براي كمك به بالا نگهداشتن هليكوپتر در پرواز ايستائي استفاده و بدين وسيله در تنظيم و اصلاح نقيصه عقب بودن مركز ثقل هليكوپتر كمك نمايند. عيب اين كار آنست كه حركت پدال توليد نوعي گشتاور حركتي حول محور عرضي مي نمايد كه بايد با استفاده از “رها كننده هاي مكانيكي “كه استادانه در مسير سيستم كنترل فرامين تعبيه مي شودبطريقي تعديل گردد.
انواع ديگر سيستم هاي ضد گشتاوري 
نوع فنستروني:روتور دم وقتي در حال چرخش است براي پرسنلي كه در روي زمين مشغول كار هستند و براي هليكوپترهاي مجاور خطرآفرين مي باشد و اگربمانعي برخورد نمايد خودش نيز صدمه مي بيند. علاوه بر آن روتور دم باعث بوجود آمدن علائم راداري زياد مي گردد. اگر بتوانيم آنرا از لحاظ اندازه كوچكتر بسازيم.
قسمتهائي از سازه دم محصور نمائيم اين مشكلات به حداقل خواهد رسيد. تلاش بسياري براي رسيدن به اين مقصود صورت پذيرفته ولي تاكنون تنها نوعي از آن كه به مرحله توليد رسيده “فنستروني”مي باشد كه بوسيله كمپاني آئرواسپشيا ل فرانسه بر روي هليكوپترهاي “غزال”و “دوفين”مورد استفاده قرار گرفته است. (فنسترون نوعي پنجره كوچك و دايره اي شكل است كه در خانه هاي فرانسوي بكار مي رود.)
با درآوردن سوراخ به شكل مجرا طراحان مي توانند از كارائي و مزيتي كه مشابه يك روتور با قطر بزرگ مي باشد استفاده نمايند چرا كه لبه كانال فشار استانيكي كمي را ايجاد مي كند و اين فشار به نيروي ايجاد شده توسط فن اضافه مي شود. جمع كل نيرو و قدرتي كه بايد اين نيرو (نيروي ايجاد شده بوسيله چرخش فن يا بر اثر لبه مجرا)را بوجود آورد متناسب با انرژي حاصله در حالت “ويك”كامل مي باشد.روتور مرسوم (معمولي )داراي ويكي است كه نياز به مقداري فاصله دارد تا به اندازه قطر نهائي خود كه 70درصد اندازه آن را تشكيل مي دهد در جريان هوا انقباض حاصل نمايد.
با قرار دادن مجرا در اطراف روتور اين “ويك”در داخل مجرا كامل شده و تحت انقباض بيشتر بطرف پائين قرار نمي گيرد. روتور فنستروني مي تواند در شرايط قدرت مصرفي يكسان تراستي معادل يك روتور معمولي كه از لحاظ اندازه 30درصد از آن بزرگتر است توليد نمايد. اگر ايت نوع رابا روتوري كه بيش از حد به سكان عمودي نزديك و گرفتار مزاحمت و ممانعت حاصل ازآن مي باشد مقايسه كنيم و يا اگر براي انبساط” ويك”   مجراي آن را اندكي اگرا بسازيم مي بينيم كه سودمندي آن از ميزان فوق نيز افزون مي گردد.
طراحان كمپاني “آئروايپشيال “مدعي هستند كه روتور فنستروني را با توجه به جنبه هائي كه در بالا آمده است مي توان از نظر اندازه 50درصدكوچكتر از روتورهاي معمولي ساخت اين طراحان تا به امروز حتي فن هاي با قطر كوچكتر از آن را نيز ساخته و به اين طريق نيروي مصرفي را كه صرف چرخاندن روتور دم مي شود تقليل داده اند.
ولي از آنجا كه محصور كردن يك فن بسيار بزرگ كه بتواند معادل روتور دم كارائي داشته باشد كاري دشوار است تصميم گيري براي طراح اينكه چه نوعي از آنرا برگزيند نيز دشوار مي شود. دستيابي به ايمني يعني از دست دادن كارائي .به همين دليل كمپاني آئرواسپشيال در هليكوپتر AS-350خود مدلي كه بعد از هليكوپتر “دوفين”ساخته شد بجاي استفاده از فنسترون از روتوردم معمولي استفاده نموده است.
هر اندازه قطر فنسترون بزرگتر باشد براي توليد تراست نياز به نيروي مصرفي كمتري دارد. الگوي عملي اين مسئله را مي توان در هليكوپتر دوفين مدلHH-65Aكه كمپاني آئرواسپشيال براي گارد ساحلي امريكا ساخته است .
. قرارداد اصلي براي هليكوپتري ازاين مدل يعني دوفين -2 بود كه طبق استاندارهاي ارتشي وتجاري قبلا طراحي شده ولي معلوم گرديد كه كارائي آن درپرواز ايستائي ضعيف است.كمپاني آئرواسپشيالاين مشكل را با افزودن قطر فن از 35 اينچ (از 89 سانتي متر به 109 سانتي متر )حل نمود و بدين طبق توانست 260پوند (118كيلوگرم)به بار مفيد آن در پرواز ايستائي بيافزايد و كارآيي آن را بهبود بخشد نامي كه كمپاني براي هليكوپتر HH-65Aانتخاب نمود SA336G1 مي باشد.
براساس تئوري براي اينكه فنسترون در پرواز ايستائي داراي كارائي كافي باشد عمق كانال بايدحداقل 20درصد قطر فن باشد .اين امر به معناي مواجه بودن با مشكل در آوردن اين قسمت از دم به شكل آئروديناميكي و دستيابي به پساي اندك مي باشد. اشكال ديگر آنست كه عبور جريان هوا به داخل و خروج از مجرا در پرواز مستقيم مضر بوده و موجب كاهش در كارائي هليكوپتر مي گردد. بهمين دليل است كه فنسترون هميشه بطور يكپارچه بخشي از سكان عمودي دم را كه بطرز دقيقي قوسي شكل ساخته شده تشكيل مي دهد و وظيفه تعديل گشتاور پيچشي حاصل از روتور اصلي را نيز در پرواز مستقيم بعهده دارد .بااين كار هليكوپتر از مزيت كاهش بار ملخهاي روتور و سيستم گردنده ها برخوردار بوده و نتيجه آن افزايش عمر اين قطعات خواهد بود.
نصب فن در داخل دم هليكوپتر
روش ديگر براي كاهش خطرات ناشي از سيستم ضد ترك (گشتاور پيچشي )و تقليل علائم راداريحاصل از آن نظريه بكار گيري دمي است كه تحت فشار هوا قرار دارد. كمپاني مك دانل داگلاس چنين سيستمي را ابداع نمود و آن را “نوتار”يعني هليكوپتر بدون روتور دم ناميد. اين سيستم ازيك فن با گام قابل تغيير كه درست در جعبه دنده اصلي نصب مي گردد تشكيل يافته است. فن هوا را از داخل قسمت دم تو خالي هليكوپتر به يك نازل كه داراي پره هاي چرخان با زاويه 90 درجه مي باشد مي فرستد. عكس العمل وزش هوا در مقابل پره ها يك نيروي ضد ترك را بوجود مي آورد. گام فن و نيز اندازه خروجي نازل هردو به وسيله حركت پدال ها توسط خلبان قابل كنترل است. در پرواز ايستائي وسيله ديگري كه كنترل چرخش دم هليكوپتر نام دارد با اين سيستم همكاري مي نمايد. روش كار ايجاد انحراف در “ويك”حاصل از روتور اصلي ودر حال عبور از دم هليكوپتر مي باشد كه ازطريق صفحات هواي درحال وزش ازدو شكاف كه درسمت راست و پائين دم قراردارد صورت مي گيرد.  شيپوره هاي هوا تقريبا بطور مماسي بطرف سطح دم مي رود و لايه هاي سطحي هوا را آهسته بسمت راست مي كشد و با اين كار جدائي آن را به تاخير مي اندازد و كل جريان و يك را بسمت چپ مي پيچاند. اين پيچش باعث ايجاد مكشي در سمت راست دم مي شود كه تقريبا معادل 3/2  نيروي ضد ترك (گشتاور پيچشي )لازم براي پرواز ايستائي مي باشد. در پرواز مستقيم كه دم تحت تاثير و يك روتور اصلي قرار ندارد نيروهاي (ضد گشتاوري )از فواره هاي منحرف شونده و سكان عمودي و قوسي شكل انتهاي دم حاصل مي گردد.
طراحي هليكوپتر براي مقابله با وضعيت هاي اضطراري
پرواز هليكوپتر معمولا در شرايط عادي و بدون مواجهه با مشكل صورت مي گيرد ولي هميشه چنين نيست. گاهي اوقات هليكوپتر در يك موقعيت غير عادي قرار مي گيرد و جان سرنشينان آن به مخاطره مي افتد. وضعيت هاي اضطراري ناشي از علل و عوامل گوناگوني است كه تعدادي همانند صدمات جنگي وارده بر اثر حملات دشمن يا اشتباه خلبان و برخورد هليكوپتر با زمين يا يك مانع ساخته دست بشر بوده و تعدادي ناشي از عوامل و شرايط طبيعي از قبيل يخ بندان مي باشد. تعدادي از اين موارد نيز به خرابي و از كار افتادن قطعات هليكوپتر مربوط مي شود كه بدلايلي هنگام پرواز از كار مي افتد و كاري را كه براي آن طراحي شده انجام نمي دهد.  مسائل و پيش بيني موارد اضطراري در مورد هليكوپتر نظامي در هنگام طراحي بايد با توجه به خواست خريدار صورت گيرد. اوست كه پيش بيني مي كند اين موارد تا چه حد بايد مد نظر قرار گيرد.
خريدار بايد بداند كه براي بر آوردن نياز هاي وي وزن و هزينه ساخت هليكوپتر افزايش مي يابد و نيز بايد بداند كه برآوردن آن خواسته در اندازه (ابعادي )هليكوپتر تاثير خواهد گذاشت و اگر بودجه اش محدود باشد تعداد كمتري هليكوپتر بدست خواهد آورد . در چنين مواردي كه انسان بر سر دو راهي قرار مي گيرد مي توان از اين ضرب المثل استفاده نمود “وقتي بين بد و بدتر بايد يكي را انتخاب كني بهتر است بد را انتخاب كني.”
وظيفه طراح ارائه شيوه هايي است كه ويژگي هاي مورد نظر خريدار را با حداقل هزينه و وزن بالقوه تامين نمايد. اكنون كه تقريبا يك سده تجربه پرواز مكانيكي را پشت سر گذاشته ايم اميدواريم بابيشتر حوادثي كه ميتواند براي يك هليكوپتر رخ دهد آشنا بوده واز راه حل هائي كه طراحان قبلي بعنوان بهترين فرصت خلبان جهت جلوگيري يا مقابله با يك وضعيت اضطراري عرضه كرده اند استفاده نمائيم.
به حداقل رساندن صدمات ناشي از جنگ 
هليكوپتر نظامي همانگونه كه از اسمشان پيداست در معرض شليك گلوله و پدافند قرار دارند. هدف نهائي طراح آسيب ناپذير نمودن هليكوپتر است و اگر اين امر امكان پذير و عملي نباشد لاقل بايد طرحي را ارائه نمايد كه خسلرت ناشي از تهاجم بر هليكوپتر بدون به مخاطره افتادن جان سر نشينان آن به حداقل رسانده شود و هليكوپتر بتواند به مقصد اصلي بر گردد يا سالم بر زمين فرود آيد. طرحي كه طراح عرضه مي كند بستگي به ميزان مخاطراتي دارد كه توسط خريدار مشخص مي شود. مثلا هليكوپتر”بلاكهاوك”سيكورسكي و “آپاچي مك دانل داگلاس”چنان طراحي شده اند كه اصابت يك گلوله 7/12 ميليمتري نتواند طوري بر آنها صدمه وارد سازد كه خلبان از اجرا و ادامه ماموريتش منصرف گردد. علاوه بر اين هدف ديگر از طراحي هليكوپتر آپاچي اين بود كه در صورت اصابت گلوله آتشبار 23 ميليمتري روسي خسارت چنداني بر آنها وارد نيايد. در مورد اول ميزان آسيب پذيري صفر و در مورد وضعيت دوم آسيب پذيري آنها ناچيز در نظر گرفته شده است. ناحيه آسيب پذير هليكوپتر از طريق آزمايش كليه اجزا سازه اي مهم و قطعات اصلي آن تعيين مي گردد و اين نكته را مشخص مي كند كه در صورت برخورد گلوله با هليكوپتر از تمام جهات در يك برد مشخص ميزان خسارت در آن تا چه اندازه خواهد بود. طراح براي رسيدن به اين مقصود مي تواند روشهاي گوناگوني را بر گزيند .مي تواند سازه هاي حساس و قطعات اصلي را باندازه كافي مستحكم بسازد طوريكه بدون واهمه در مقابل گلوله پايداري نموده به ماموريتش ادامه دهد. مي تواند جنس قطعه (قطعات)را از موادي بسازد كه عليرغم ايجاد سوراخ(در نتيجه اصابت گلوله )قطعه بار لازم را تحمل نمايد و نيز مي تواند يك قطعه حساس را در محلي قرار دهد(نصب نمايد)كه توسط قطعات غير حساس ديگر محافظت شود. طراح مي تواند از شيوه “چند گانه سازي”يا” جاگزيني”(روشي است كه در آن از يك يا چند وسيله مشابه در انجام يك كار بخصوص استفاده شود بطوريكه اگر يك قطعه با يك سيستم از كار بيافتد يا خراب شود ديگري بتواند همان كار را انجام دهد.البته اين سيستم ها مي توانند بطور موازي با هم كار كنند يا فقط از يك سيستم استفاده شود. يا در مورد سازه طوري ساخته مي شود كه اگر يك قسمت آن از بين برود ساير قسمتها بتوانند بارهاي لازم را تحمل نمايند)استفاده كند بطوريكه اگر يك قطعه خراب شود قطعه ديگر بتواند جايگزين آن گردد و نيز بعنوان چاره مي تواند قطعه را بايك حفاظ ضد گلوله بپوشاند. برخي از اين راه حلها به وزن يا هزينه ارتباط پيدا نمي كند بنابراين طراح بايد راه حل ها را بسيار با دقت انتخاب كند. ما در اين كتاب در رابطه با چگونگي انتخاب اين راه حلها طراحي هليكوپتر تهاجمي آپاچي AH-64Aساخت كمپاني مك دانل داگلاس را بعنوان نمونه انتخاب كرديم. طراحان اين هليكوپتر بعد از ارزيابي راه حلهاي مختلف باين نتيجه رسيدند كه چندين محل حساس روي ملخ اصلي و دم و سيستم هاي كنترل مربوط به آنها وجود دارد كه تنها راه حل عملي براي جلوگيري از صدمات ناشي از شليك گلوله 7/12 ميليمتري در آنها اينست كه اين قطعات از آلياژهاي مستحكم تري ساخته شود. اين قطعات شامل “ديرك عمودي روتور “(فلسفه طراحي كمپاني “هيوز”استفاده از ديرك عمودي ثابت و غير دوراني با شفت گردنده اي در داخل آن مي باشد. قسمت ثابت از شفت گردنده داخلي محافظت مي نمايد)عمل كننده هاي هيدروليكي كنترل فرامين و مكانيزم بين آنها “سواش پليت”و متعلقات مربوط به آن اتصالات ملخ به توپي روتور و بازوهاي تغيير گام ملخ مي باشد. موادي كه در ساخت اين قطعات بكار رفته فولاد آلياژي معروف E.S.R-4340 مي باشد. اين فولاد بعلت درجه خلوصش مي تواند با عمليات حرارتي به درجه بالاي استحكام برسد و سختي خود را بخوبي حفظ نمايد.
پوسته گيريكس هاي ملخ دم از آلياژ آلومينيوم با استحكام بالا ساخته مي شود بطوريكه بتواند در مقابل گلوله هاي 7/12 ميليمتري مقاومت نمايند اين گير بكسها معمولا از روغن پر مي شود آنچنانكه اگر سوراخي در آنها ايجاد شود مقداري روغن در آنها باقي بماند. جعبه دنده اصلي هليكوپتر با روغن روانكاري مي شود وبه محفظه هاي روغن و فتيله هاي روغنكاري مخصوصي مجهز است كه در صورت بروز حادثه و خالي شدن روغن يا از كار افتادن پمپ روغن اجزاگردنده جعبه دنده روغنكاري شده بطوريكه بتواند براي مدت 30 دقيقه قدرت موتور را به ملخ انتقال دهد.ساير قطعات مانند شفت گرداننده ملخ دم و قطعات اصلي سازه (بدنه)هليكوپتر مذكور باندازه كافي بزرگ طراحي گرديد تا در صورت برخورد با يك گلوله 7/12 ميليمتري آنقدر مقطع سالم در آن باقي بماند كه بتواند قدرت تحمل بارهاي وارده را داشته باشد و پرواز را مختل نسازد .در ساير قسمتها از شيوه معروف به “چند گانه سازي”(جايگزيني)استفاده گرديد. از جمله موارديكه توسط ارتش آمريكا با سيستم “چند گانه سازي”پيش بيني شده استفاده از دو خلبان و دو موتور در هليكوپترهاي نظامي است. (البته اين مسئله هميشه به مرحله عمل در نمي آيد. مثلا در هليكوپتر تهاجمي قبلي نظير مدل “چي ني “لاكهيد يك موتور T-64جنرال الكتريك مد نظر بود و نيز در نوع جديد هليكوپتر تهاجمي LHXدر مرحله اول يك سر نشين در نظر گرفته شده بود.)در هليكوپتر آپاچي كابين دو نفره به دو قسمت بصورت پشت سر هم توسط يك صفحه شفاف پلاستيكي ضد گلوله از هم جدا شده تا بتواند ضربه حاصل از اصابت يك گلوله 23 ميليمتري را فقط در يك قسمت خنثي نمايد و نيز بتواند بعنوان يك ديواره محافظ از سرنشينان در هنگام وقوع حادثه و واژگون شدن هليكوپتر محافظت نمايد. در قسمتهاي زيرين و پهلوهاي صندلي خلبان و كمك خلبان (متصدي تسليحات)از صفحات ضد گلوله سراميكي استفاده شده است. هر دو كابين به وسايل و تجهيزات كنترل پرواز و و اينسترمنتهاي پروازي (بطور كامل و جداگانه)مجهز مي باشد بطوريكه هم خلبان و هم كمك خلبان مي توانند مستقلا هدايت هليكوپتر را بعهده بگيرند.
سه عمل كننده هيدروليكي سيستم كنترل فرامين براي ملخ اصلي و يك عمل كننده تكي براي ملخ دم اين هليكوپتر در نظر گرفته شده كه هركدام داراي “پيستون از نوع تاندومي”(تاندومي يا پشت سر هم از نوع جديد بوده واز نظر وزن بمراتب سبكتر از انواع قديمي آن مي باشد.)كه هريك توسط سيستم هيدروليكي مربوط به خود بكار مي افتد. پيستون عمل كننده هاي هيدروليكي شكننده هستند چنانكه اگر يكي از آنها صدمه ببيند شكسته شده وبه تكه هاي ريزي تبديل مي گردد تا مانع عملكرد بقيه سيستم نشود. پوسته اصلي عمل كننده هيدروليكي از استيل مقاوم (آي-اس-آر)ساخته شده تا بالاترين حد مقاومت را در زمان بروز حادثه داشته باشد. در هليكوپتر آپاچي يك سيستم “پشتيباني كنترل”فرامين نيز طراحي شده كه وظيفه كنترل فرامين با سيگنالهاي الكتريكي بين كابين و عمل كنندههاي هيدروليكي را اعم از اينكه سيستم مكانيكي كار بكند يا از كار افتاده باشد انجام مي دهد. شيوه طراحي “چند گانه سازي”(جايگزيني)در ملخهاي روتور اصلي نيز بكار رفته است كه شامل چهار اسپار (تيرك)تو خالي و يك ميله تعادل حامل بار در لبه حمله آن مي باشد. آزمايشات مقاومت در برابر گلوله نشان داده است كه گرچه يك گلوله 23 ميليمتري يك سوراخ بزرگ در آن ايجاد مي كند ولي ظرفيت بارپذيري ملخ را از بين نمي برد. اگر وتر مقطع تيغه كمتر از 21 اينچ (يا 53 سانتي متر)باشد هيچ اسپار ساخته شده باشيوه “چند گانه سازي”(جايگزيني )نمي تواند از عهده سوراخ 8 تا 10 اينچي (20تا 25 سانتي متري )كه گلوله 23 ميليمتري ميتواند ايجاد نمايد .
محافظت در مقابل برخورد با كابل
هنگام جنگ شليك گلوله هاي آتشبار دشمن براي هليكوپتر خطر آفرين است ولي هليكوپتر وسيله ايست كه هميشه در معرض برخورد با سيم يا كابل برق فشار قوي و غيره مي باشد. ازآنجا كه بيشترين استفاده از هليكوپتر در زمان جنگ در ارتفاع پائين و نزديك به سطوح زمين صورت مي گيرد حوادثي از قبيل برخورد آن با كابل امري عاديست. بمنظور كاهش چنين حوادثي دو راه حل وجود دارد :
يكي اينكه كاري كنيم كه هليكوپتر با كابل برخورد نكند و آن باين معني است كه خلبان از محل كابلها آگاه باشد و بسمت آن پرواز نكند. راه ديگر استفاده (تعبيه)سيستمي در هليكوپتر است كه محل يا نزديك شدن به كابلها را به خلبان هشداردهد. دومين راه احتمالا تابع يك راه حل علمي به شكل استفاده از يك سيستم رادار ويژه است كه از طريق تجزيه و تحليل قادر باشد با علائمي مسير دقيق كابلها را براي خلبان مشخص سازد. چندين طرح از نمونه اوليه چنين سيستمهايي به مرحله نمايش درآمده و ممكن است روزي به مرحله توليد هم برسد. راه حل ديگر در رابطه با كابلهاي حامل نيروي الكتريسيته جستجو و تشخيص آن از طريق ميدان مغناطيسي آنها مي باشد. راه ديگر براي كاهش حوادث ناشي از تصادم با كابل هدايت هليكوپتر از ميان كابلها و قطع سريع كابلها با استفاده از وسايلي است كه تيغه هائي با لبه تيز دارند و به بالا و پائين دماغه و ارابه فرود متصل مي باشند.
فرود اضطراري در آب
كليه حوادث ناشي از سقوط هليكوپتر فقط در خشكي رخ نمي دهد بلكه هليكوپترهائي كه براي عمليات در دريا در نظر گرفته شده اند نيز بايد فرود سالم داشته باشند. اين بدين معني است كه نه تنها بايد سازه هليكوپتر باندازه كافي قوي باشد كه در برابر بارهاي ناشي از برخورد با آب مقاومت نمايد بلكه در وضعيت خاصي از دريا بايد بتواند براي مدتي طولاني روي آب شناور باقي بماند تا از عمليات نجات اطمينان حاصل گردد. براي موارد
استثائي كه بدبختانه هليكوپتر در دريا غرق مي شود بايد وسايل و تجهيزاتي در آن وجود داشته باشد كه سر نشينان بتوانند سريعا از آن خارج شده و تمام لوازم نجات از دريا در در اختيار آنان قرار داشته باشد.
دربهاي خروج اضطراري بايد با چراغهائي مشخص شده و باندازه كافي بزرگ باشد تا افرادي كه لباس نجات پوشيده اند بتوانند از آن خارج شده خود را نجات دهند. با آزمايش هاي چندي معلوم گرديد كه اگر دربهاي اضطراري ظاهري بزرگ داشته باشد دو نفر همزمان سعي مي كنند ازآنخارج شوند كه در نتيجه در آن به تله افتاده (لاي درب گير مي كنند)و جان خود را از دست مي دهند.
نوسنده :ی-غفوریان همت پور