Veleučilište Velika Gorica

Ivan Kovač

Prijenos snage kod helikoptera

Seminarski rad

Velika Gorica, travanj 2014.

Sažetak

Tema ovog seminarskog rada je prijenos snage od pogonskog stroja do radnog

stroja kod helikoptera.

Pogonski stroj je najčešće mlazni motor i to turbovratilni (engl. turboshaft), ali

može biti i klipni (kod starijih modela). Snaga se preko vratila prenosi do radnog

stroja, a kod helikoptera to su najčešće dva rotora.

Sadržaj

1. Uvod .............................................................................................................. 1

2. Prijenos snage kod helikoptera ..................................................................... 3

2.1. Princip rada helikoptera .......................................................................... 3

2.2. Prijenos snage ........................................................................................ 4

3. Zaključak ....................................................................................................... 8

Literatura ................................................................................................................ 9

1

1. Uvod

1.1. Helikopter – naziv i razvoj

Helikopter (grč. ἕλιξ, spirala + πτερόν, pero, krilo, perje) je zrakoplov teži od zraka

koji stvara uzgon koristeći jedan ili više horizontalnih rotora, od kojih svaki ima dvije

ili više krakova (lopatica). Helikopter spada u red rotoplana ili žiroplana, odnosno

onih zrakoplova koji uzgon proizvode ne pomoću krila već pomoću rotora [1].

Slika 1: Bell 206 u sastavu Hrvatskog ratnog zrakoplovstva

Iako je razvoj autožira i ostalih rotoplana počeo i prije drugog svjetskog rata, kao

prvi pravi funkcionalni helikopter često se uzima njemački Focke-Wulf Fw 61 (slika 2).

Proizvedena su dva primjerka i nijedan nije preživio drugi svjetski rat.

Slika 2: Fw 611

1 Primjetiti sličnost s dizajnom autožira, no Fw 61 je imao pogonjene rotore i mogao je vertikalno

uzletjet uz pomoć njih, što je i demonstrirano u zatvorenom sportskom stadionu u Berlinu 1937.g.

2

Primat meĎutim uskoro preuzimaju SAD u čemu je svakako zaslužan i veliki

znanstvenik poljsko-rusko-ukrajinskog porijekla Igor Sikorsky. Njegov helikopter R4

je prvi masovnije proizvoĎen helikopter (131 primjerak, proizvoĎen od 1942.g do

1944.g). Njegov dizajn sa jednim glavnim i jednim repnim rotorom je do danas ostao

najrašireniji dizajn u konstrukciji helikoptera (slika 3).

Slika 3: Igor Sikorsky na helikopteru R4

1.2. Upotreba i namjena

U pedesetim godinama 20.st helikopter se počinje masovnije upotrebljavati,

prvenstveno u ratnom sukobu u Koreji kao sredstvo transporta ranjenika s bojišta.

Nakon toga, za iste namjene počinje se koristiti i u civilstvu. Za vrijeme Vijetnamskog

rata, helikopter (sad već pokretan turbinskim pogonom) se etablirao i kao vrlo važno

borbeno sredstvo podrške, a služio je i za transport ljudi, materijala i ranjenika po

neprohodnim džunglama tog terena.

Njegova upotreba danas je takoĎer vrlo raširena i raznolika kako u vojne tako i u

civilne svrhe, a jednako tako postoji i mnoštvo različitih konstrukcijskih riješenja,

najčešće u ovisnosti o smještaju i načinu djelovanja rotora.

Slika 4: Boeing CH-47 Chinook u obavljanju zadatka

3

2. Prijenos snage kod helikoptera

2.1. Princip rada helikoptera

Helikopteri dobivaju uzogon temeljem okretanja rotora. Pri rotacionom gibanju

rotora, kod klasičnog jednog glavnog rotora, u jednom smjeru nastaje uzgon (za

vertikalno gibanje), a pri mjenjanju kuta tog rotora nastaje i propulzivna sila (za

gibanje po horizontali). Uzgon i propulzivna sila zajedno čine potisnu silu.

Pri rotacionom gibanju rotora nastaje takoĎer i otporni okretni moment [1], koji

nastoji zavrtiti helikopter u smjeru suprotnom od smjera gibanja rotora. Zbog toga se

na zadnjem kraju helikoptera ugraĎuje jedan manji rotor koji za cilj ima neutralizaciju

otpornog okretnog momenta (engl. torque) glavnog rotora. Taj repni, manji rotor

(antirotor) stvara potisak (engl. thrust) u smjeru suprotnom od momenta i tako se on

neutralizira [3].

Slika 5: Odnos rotora i antirotora

Moment se može neutralizirati i izradom helikoptera sa dva jednaka rotora koji se

vrte u suprotnom smjeru; kao izvedba usporednih rotora, koaksijalna (slika 6) ili

tandem izvedba (slika 4).

Slika 6: Kamov Ka 50

4

2.2. Prijenos snage

2.2.1. Opće značajke prijenosa snage kod monorotora

Moderni helikopteri najčešće koriste turbovratilne motore za stvaranje snage na

vratilu turbine. Ta snaga se zatim prenosi vratilom preko spojke do reduktora, tamo

se broj okretaja smanjuje na potrebnu razinu (moment se istovremenom povećava)

koja je nužna za uzgon helikoptera. Nakon toga vratilom se snaga prenosi na glavu

rotora [3]. Istovremeno, dio snage se prenosi sistemom vratila do repnog rotora,

njegovog reduktora i konačno na sam repni rotor (slika 7).

Slika 7: Prijenos snage kod helikoptera Sikorsky S-55 [1]

Ovo je pojednostavljen prikaz kod modela S-55, što je jedan stariji model

helikoptera koji koristi klipni motor.

5

Slika 7: Aerospatiale SA 330 Puma

Moderni helikopteri koriste turbovratilne motore i to često po dva u paru.

Popularna francuska Puma takoĎer ima takvu konstrukciju.

GLAVA ROTORA

MEĐUVRATILO

REDUKTOR

TURBOVRATILNI MOTORI TIPA TURBOMECA TURBO III

Slika 8: Prikaz prijenosa snage kod Aerospatiale SA 330 Puma [1]

Kao orijentaciju valja napomenuti da srednja vrijednost snage koja se predaje

antirotoru (tj. repnom rotoru) iznosi kod ovog helikoptera 10% od ukupne snage koja

se predaje glavnom rotoru [1].

6

2.2.2. Funkcija spojke u prijenosu snage

U prijenosu snage od pogonske grupe do rotora, spojka je najčešće onaj faktor

koji dolazi neposredno nakon motora. Ona služi kako bi spojila odnosno odvojila dva

vratila, vratilo koje prenosi snagu od motora i vratilo koje prenosi snagu prema

pogonskom stroju. Spojka može raditi na suho ili uz pomoć nekog fluida (npr.žive).

Slika 9: Spojka [1]

2.2.3. Funkcija vratila u prijenosu snage

Vratila služe za prijenos snage i momenta uz pomoć rotacionog gibanja. Ona

podnose torzijska i često savojna opterećenja, a njihove dimenzije ovise o tome

kolika će ta opterećenja biti [2]. Vratila turbine i vratilo glavnog rotora ( vratilo koje

spaja glavu glavnog rotora i reduktor) su obično deblji od vratila i meĎuvratila koje

snagu odvode na repni rotor.

7

2.2.4. Funkcija reduktora u prijenosu snage

Reduktor služi pri smanjivanju broja okretaja sa vratila koje dolazi iz pogonskog

stroja, kako bi se na vratilu koje odlazi na radni stroj stvorio veći moment sa manjim

brojem okretaja. Odnos koji ovdje važi je P=T*ω .

VRATILO

REDUKTOR

Slika 10: Reduktor VR14 helikoptera Mi8-MTV i Mi-17 [4]

Reduktori se najčešće sastoje od velikog broja zupčanika kojima se postiže

smanjenje broja okretaja.

Slika 11 i 12: Reduktor za SE 3130 Alouette [1], Helikopter SE 3130

8

3. Zaključak

Ovim radom željelo se ukratko objasniti način rada helikoptera, te s time povezana

njegova konstrukcijska rješenja. Navedeni primjeri su većinom jednostavni

monorotori, meĎutim i za samu tu podgrupu postoje vrlo različite i brojne

konstrukcijske izvedbe, ovisno o godini nastanka, zemlji, namjeni i slično. Trenutno

monorotori čine veliku većinu žiroplana, a najvjerojatnije će tako ostati i u budućnosti.

Izvedbe birotora takoĎer su prisutne u svakodnevnoj uporabi (možda ne u

Hrvatskoj, ali svakako u svijetu pogotovo u bogatijim državama). Birotori su često

efikasniji zbog toga što nema utroška snage na stvaranje propulzive sile kako bi se

neutralizirao otoprni moment, već se sva snaga troši na uzgon. Njihova konstrukcija

je složenija (što često znači skuplja), pa se njima u ovom radu nije bavilo.

Postoje meĎutim još i koleopteri, konvertoplani, konvertopropulzori i još neke

manje česte izvedbe, čija praktična primjena nije uvijek sigurna, ali je za svakog

ljubitelja aeronautike njihova konstrukcija i mehanika leta vrlo zanimljiva.

9

Literatura

1. Miroslav Nenadović, Osnovi projektovanja i konstruisanja helikoptera ,Beograd

1982.g

2. Karl – Heinz Decker, Elementi strojeva, Tehnička knjiga Zagreb, 1987.g

3. Članak s Massachusetts Institute of Technology, s interneta,

http://web.mit.edu/2.972/www/reports/helicopter/helicopter.htm , svibanj 2012.g

4. Ruska trgovina helikopterima, prikaz članka s interneta

http://www.reductor-pm.ru/ , svibanj 2012.g