Ucmak, insanın en eski ruyalarından biri olduğundan tarihcesi milattan oncelere dayanır. Bu devirlerde, Cinlilerin elde dondurulerek ucurulan bir oyuncak yaptıkları bilinmektedir.





İzleyen yıllarda, 1485 yılında Leonardo da Vinci�nin insan gucuyle hareket etmesini tasarladığı cizimlerine kadar, kayıtlara gecen başka bir calışmaya rastlanmamıştır.




Leonardo Da Vinci�nin Helikopteri, 1485











1784�de Fransızlar Cin oyuncağından esinlenerek birbirine ters yonde donen iki rotorun dikey bir şaftla merkezlenerek birleştirilmesiyle ucabilen bir model yapmışlardır. Bu duzeneğin tahriki şafta sarılan sicimin hızla cekilmesiyle sağlanıyordu.




Fransız oyuncağı, 1784


1800�lerde konuyla ilgilenenlerden biri olan Fransız Gustave De Ponton yaptığı modellerine Latince ��heliko�� (Spiral) ve ��pteron�� (Kanat) adlarını birleştirerek �helikopteres� adını verdi ve genel bir kabul gordu.



Wright kardeşlerin 1903�deki başarılı ucuşundan 4 yıl sonra 1907�de Breguet Richer�in yaptığı 40 beygirlik bir motor tarafından tahrik edilen dort rotorlu bi-plane formundaki helikopterinin 40 saniye havada kalabildiği iddia edilmişti. Arac oldukca dengesiz olduğundan havadayken dengesini sağlanmasına yardım edecek dort kişiye ihtiyac duyuluyordu. Bu deneme helikopterle yapılan ilk insanlı ucuş olarak kayıtlara gecmiş olmakla birlikte, insan gucu katkısı hala tartışmalıdır.





Breguet Richer, 1907



Paul Cornu 1907�de tandem rotorlu 24 beygirlik bir motorla calışan aracıyla yaptığı denemede 20 saniye havada kalmayı başarmıştı. Fakat, arac yere konarken meydana gelen kazada alev aldı. Bu deneme yardım almadan yapılan ilk helikopter ucuşu olarak genel bir kabul gorur.





Paul Cornu, 1907



1922�de Rus gocmen George De Bothezat Amerikan Kara Kuvvetlerinin desteğini alarak, pilot haricinde 3 kişi taşıyabilen o zamana kadar olan makinaların en buyuğunu yaptı. Yapılan arac 4 rotorluydu, fotoğraftan da gorulduğu gibi yolcular icin bir konfor soz konusu değildi.





George De Bothezat, 1922



1923�de İspanyol Juan De La Cierva imal edip ucurduğu �Autogiro� adı verilen bir hava aracını literature eklemiştir. Bu aracla, doner kanat kullanarak İngiliz kanalını gecen ilk kişi olmuştur. Autogiro�lar pervane ve rotorun tek bir motorla tahrik edildiği araclardır.





Autogiro, 1923



1935�de Lois Brequet�in helikopteri, koaksiyel yapıda ve gunumuzdekilere oldukca benzeyen pal dizaynı ile 44 kilometrelik bir ucuşu

gercekleştirebilmişti.





Lois Brequet, 1935



Igor Skorsky 1939�da, gunumuz helikopterlerinin oncusu sayılabilecek, guncel standartların ilklerini barındıran VS-300 modelini başarıyla denedi .




Igor Skorsky, 1939



Bu modelle ana rotorla kuyruk rotorunun koordineli olarak tahrikini sağlayabilmiş, daha sonra da pitch kontrol unitesini eklemeyi başarmıştı.





Skorsky, pitch kontrol uniteli modeli

Genel Helikopter Bilgileri ve Performans Problemleri



Helikopterlerde donen ana rotorun urettiği dengelenmesi gereken moment, ana problemlerden biridir. Bu moment helikopter govdesini rotorun donuş yonunun tersine olmak uzere dondurmeye calışır. Bu zorluk başlangıcta ters yonde donen diğer bir rotorla dengelenmiş bunun sonucu olarak değişik gorunumde modeller imal edilmiştir.







Skorsky tarafından uygulanan, kuyruk ve ana rotorun koordineli calıştığı, ve gunumuzde de en yaygın kullanıma sahip olan bu tur yine de bazı problemlerle karşı karşıyadır.













Helikopterin sahip olduğu ucuş yeteneğiyle haliyle aşamayacağı bir performans sınırı vardır.







Ustte hoverdaki(uzunlamasına eksen yonunde hızın olmadığı durum) bir helikopterin palindeki basınc dağılımı gorulmektedir. Bu koşullarda pal uzerindeki hava hızı aynıdır ve problem oluşturmamaktadır. Basınc dağılımı hızın karesiyle doğru orantılıdır ve rotor şaftı merkezli bir parabol olacak şekilde bir dağılım oluşturur. İleri doğru hızlanıldığında hızın karesiyle oluşacak değişimler sonucu aşağıdaki şekilde gorulen dağılım meydana













gelir. Arac hareket halindeyken konrolu zor olduğundan pilotun devamlı olarak mudahalesi gerekir. Ornek olarak alınan 100/saat millik bir seyahat hızında hareket yonunde devam eden palin uc hızı 500 mil/saat, hareket yonune ters yonde devam eden palde de 300 mil/saat olması sonucu, hareket yonundeki palin ters yonde hareket eden kısmına gore uc misli fazla taşıma oluşturmasına ve performansı sınırlayan roll(yuvarlanma) momenti oluşumuna neden olacaktır.



Buna ilk cozum olarak, donme eksenine dik yonde serbestliğe sahip kokten menteşeli pal bağlantısı duşunulmuştur.











Hareket yonunde ilerleyen pal taşıma artışı sonucu yukarı hareket eder boylece taşıma ve doğurduğu moment azalabilir. Rotor uzerindeki merkezkac kuvvetinin aerodinamik kuvvetinden cok buyuk olması aşırı acıları onler ve bu hareketi sınırlar. Ayrıca periyodik bir şekilde hızın yuksek olduğu paldeki hucum acısı bir mekanizmayla duşurulurken, hızın duşuk olduğu diğer uctaki palde artırılması ile her iki yonde oluşacak kuvvetler farkı azaltılır.





Swash Plate





Boylece performans daha da iyileştirilebilir.







Ustte ana rotorun tasarlanan şekilde hareket etmesini sağlayan, hem periyodik hem de kollektif acı kontrol kumandalı �Swash Plate� mekanizması gorulmektedir. Bu parca gunumuz helikopterlerinin buyuk bir coğunluğunda kullanılmaktadır.



Geri gelen paldeki hucum acısı belli bir limite kadar artırılabilir(stall). Aracın hızı artırıldığında bu paldeki bağıl hız duşer ve hucum acısının daha da artırılmasını zorunlu kılar. Limit, palin stall olmasıdır. Ufak bir bolgenin stall olması buyuk bir probleme yol acmayabilir. Fakat artan hız ile buyuyen stall bolgesi kumandalar icin gereken kuvveti ve titreşimleri artırır. Ters yonde hareket eden palin stall�ı hareket ile yonundeki palin otorotasyonu(palin rotoru beslemesi) helikopterin performans sınırlarını belirler. Helikopterlerin hız sınırı 1986�da Westland Lynx�in kırdığı rekorla halen 216 mil/saat tir. Bu hız (gerekli merkezkac kuvveti icin yeterli hız), araca yalnızca ucakların yapabildiği Loop manevrasını yapma imkanı da sağlar.



Bu sınır hıza ana rotor kesiti ve plan şeklinde yapılan ilave iyileştirme ve yenilikler sonucu ulaşılabilmiştir.







Westland Lynx Ana Rotor Pali





Westland Lynx Ana Rotor Pal Kesiti



Helikopterin artan hızıyla birlikte buyuk bir taşıma kaybı da soz konusudur. Performansı geliştirmek amacıyla helikoptere eklenen taşımaya yardımcı kanatlar, yardımcı tepki ilavesi gibi ilaveler aracı karma bir modele(VTOL/STOL) donuşturur.





Wesland Lynx Loop manevrasında



Tek rotorlu helikopterlerde ucuş esnasında oluşan torkun dengelenme zorunluluğu kuyruk rotorunu zorunlu bir eleman yapmaktadır. Kuyruk rotoru ruzgarla etkileşimin, ana rotorun, kuyruk ve yer etkisinin neden olduğu karmaşık bir aerodinamik ortamda calışır. Oldukca girdaplı, darbeli yukler altında calıştıklarından omurleri kısa olur. Bu şartlar altında titreşim ve gurultu kaynağıdırlar.







Calışırken hem yakınındaki butun cisimler icin hem de kendisi icin tehlike oluştururlar. Kuyruk rotorunun neden olduğu helikopter arıza ve kazaları onemli bir yuzdeye sahiptir. Ayrıca ucuş sırasındaki gurultunun onemli bir kısmının da nedenidirler. Problemli gorulen bu cozumler sonucu iki yeni anti-tork sistemi daha duşunulmuştur.





Fenestron



Bunlardan ilki olan fenestron, Fransız �Aerospatiale� firması tarafından bulunan bir kuyruk rotoru turudur. Korunan kucuk bir rotorla (klasik kuyruk rotorunun yarısı kadar) geniş bir dikey kuyruktan oluşur.




Fenestron anti-tork sistemine sahip bir helikopter



Yere yakın ucuşlarda sağladığı emniyet ve duz ucuşlarda daha az guc ihtiyacı gerektirmesi onemli avantajlarındandır, araca yuksek manevra kabiliyeti ve yumuşak bir kontrol sağlar. Capı klasik yapıdaki kuyruk rotorlulara gore kucuk ve cevrelenmiş olduğundan gurultuye ve guc kaybına neden olan (% 2 civarında) olumsuzlukların onune gecilebilmiştir. Duz ucuşta hareket yonundeki denge ve kararlılık dikey kuyrukla sağlanabildiğinden, kuyruk rotoru icin harcanan gucten tasarruf edilebilmektedir. Fenestron icin gereken guc ana rotor icin harcananın % 1�i iken klasik turlerde bu % 3-5 aralığındadır. Uretim maliyetini artırmasına rağmen hafif ve orta sınıf helikopterler icin en iyi anti-tork sistemi olarak duşunulmektedir.




Notar, tepkili anti-tork sistemi



Diğer bir anti-tork sistemi olan Notar(No Tail Rotor), Mc Donald Douglas firmasınca yeni bir anti-tork sistemi olarak uygulamaya konmuştur. Turbinli motora bağlı fanla cekilen hava kuyruk boom�u icindeki kanal yoluyla, yuksek bir tepkiyle dışarıya verilir. Kuyruk rotoru gibi tehlikeye neden olacak hareketli bir parca bulundurmaz. Gurultu ve titreşim problemleri, bu sistemle hic olmadığı kadar iyileştirilebilir. Yalnız, en yuksek maliyet oluşturan anti-tork sistemidir.




Anti-tork oluşturan havanın tepki oluşturması




Notar anti-tork sistemine sahip bir helikopter



Helikopterler, 200 knot�a yakın hızlarda buyuk surukleme kuvvetlerine maruz kalabilirler. Kendileriyle aynı buyuklukteki bir ucağa gore 10-15 kat daha fazla bir surukleme oluşturabilirler. Bu suruklemenin ucte biri rotor başı girdaplarından olmak uzere başlıca; govde suruklemesi, motor suruklemesi, ve iniş takımlarından kaynaklanır. Yine helikopter rotorunun aşağı doğru yonlendirdiği havanın oluşturduğu download �dikey sağanak� sonucu oluşturduğu surukleme yuku hız arttıkca helikopter ağırlığının % 5 ine ulaşabilir.



Duşuk hızlı egzos gazlarının rotor altındaki dairesel hareketli akımın icerisine girerek tekrar motor tarafından emilmesi de bir problemdir. Ozellikle hover ve duşuk hızlardayken artan giriş sıcaklığı motor performansını doğrudan etkilediği gibi giriş sıcaklığının dalgalanması torkta değişmeye konrol ve stablite(kararlılık) zorluklarına neden olmaktadır. Cozum icin egzost hızı artırıldığında ise yuksek motor cıkış basıncı hover performansını azaltmaktadır.



Artan seyahat hızlarında, ana rotor merkezi elemanlarının ve motor ve hava alığı dış yuzey geometrisinin sebep olduğu kararsız girdaplar dikey kuyrukta tekrarlı ve duzensiz momentler oluşturmaktadır. Bunları azaltmak icin ana rotor merkez kapağı �Beanie� ve akımı yonlendirmek icinde �Horse Collar� denilen elemanlar kullanılır.














Beanie




Horse Collar



Kokpit on camının govde ekseniyle buyuk acılar yaptığı durumlarda ana rotor on bolgesinde oluşacak duşuk basınctan dolayı upwash (yukarı yonde hava akımı) meydana gelebilir, ana rotorun govdeye yakın calıştığı durumlarda, bu olay daha da belirginleşir. Upwash bu bolgedeki hucum acısını artıracağından bolgesel stall�a neden olarak rahatsız edici titreşimlere ve taşıma kaybına sebep olur .







Helikopterlerden daha fazla performans almak amaclanırken oluşan sorunlar taşımaya yardımcı kanatlar, yardımcı tepki ilavesi gibi yontemlerle cozulmeye calışılmıştır. Butun bunlarda, karma modellerin(VTOL/STOL araclar) başlangıcını oluşturmuştur.

__________________