A TOTO VÍTE? Jak se jednorotorový vrtulník obejde bez vrtulky vzadu

Vyrovnávací rotor klasického jednorotorového vrtulníku je náchylný na poškození a navíc i potenciálně životu nebezpečný. Podívejme se, jak se konstruktérům jednorotorových vrtulníků dařilo vyrovnávacímu rotoru vyhýbat.

Vrtulník SO.1221 Djinn se systémem Cold tips se vyráběl sériově.

Otázka Proč některé jednorotorové vrtulníky nemají vyrovnávací vrtulku?

Stručná odpověď

Důvody, proč některé jednorotorové vrtulníky nemají vyrovnávací vrtulku, mohou být tři. Buď mají vyrovnávací rotor nahrazený jiným řešením se stejnou funkcí, které nemusí být na první pohled patrné. Nebo jejich pohonná soustava nevytváří reakční moment. Nebo nejde o úplně „čistokrevný“ vrtulník.

Možnost svislého vzletu a přistání zajímala konstruktéry hned po zvládnutí řízeného letu. První úspěšný pokus o vzlet se uskutečnil již v roce 1906. Rychlejšímu vývoji vrtulníku bránilo zpočátku několik okolností: absence dostatečně výkonné pohonné jednotky, vyřešení systému řízení a kompenzace reakčního momentu.

Reakční moment vzniká v důsledku třetího Newtonova zákonu o akci a reakci, který říká, že každá akce vyvolává stejně velkou reakci opačného směru. V praxi to znamená, že když se roztočí hřídel motoru (lhostejno zda spalovacího nebo elektrického), což je akce, reakce má tendenci otáčet „pouzdrem“ motoru stejně velkou silou na opačnou stranu. Kdo by měl pochybnosti, ať si zapne doma například ruční vrtačku.

U vrtulníků se děje totéž mezi rotorem a „zbytkem“ vrtulníku. Dokud stojí na zemi, je většinou třecí odpor podvozku větší než reakční síla, takže se prakticky nic neděje. V okamžiku odlepení od země se stane totéž, jako byste vrtačku pustili z ruky. Trup vrtulníku se začne otáčet opačným směrem než rotor. Existují v zásadě čtyři způsoby, jak tomu zabránit:

• Použít dva rotory, jejichž reakční moment se vyrovná. Na jejich vzájemné poloze příliš nezáleží. Mohou být vedle sebe (transverse), za sebou (tandem), nad sebou (coaxial) nebo se prolínat (synchrocopter). Musí se otáčet opačným směrem.
• Použít jeden hlavní rotor a na dostatečně dlouhé páce vyrovnávací rotor, který vytváří sílu a kompenzuje reakční moment. Laicky řečeno, je to jako by malé letadélko táhlo ocas vrtulníku proti směru otáčení hlavního rotoru.
• Použít jiný systém, který funkci vyrovnávacího rotoru nahradí.
• Použít takový pohon, který reakční moment nevytváří.

Nás budou zajímat poslední dvě varianty a jejich praktická uplatnění.

Bez rotoru již v názvu

NOTAR vrtulník MD 900 Explorer

Asi nejběžnější systém je NOTAR (No Tail Rotor), který má absenci ocasního rotoru přímo v názvu. NOTAR vyvinula firma Hughes s cílem snížit hlučnost a zvýšit bezpečnost vrtulníků. Její OH-6 Cayuse a celá řada MD-500 jsou malé vrtulníky, používané ozbrojenými silami k průzkumu, kde piloti často využívají úkryt mezi stromy. Civilní verze se používají při opravách vysokých vedení nebo při záchranářských pracích. Ve všech těchto případech je omezení hladiny hluku a snížení rizika poškození ocasního rotoru nebo ohrožení lidí na zemi kolizí s ocasním rotorem vítané.

Systém NOTAR není tak jednoduchý, jak na první pohled vypadá. Využívá dva principy: trysku, do které proudí vzduch z dmychadla, a Coandův efekt. Otočná tryska je dobře patrná na konci tlustého ocasního nosníku a její funce je celkem prostá, proud vzduchu působí stejně jako vyrovnávací rotor a „tlačí“ ocasní nosník proti nebo po směru působení reakčního momentu. Tah trysky se reguluje změnou geometrie lopatek dmychadla.

Méně patrné jsou dvě podélné štěrbiny na pravé straně nosníku. Jimi proudí vzduch z dmychadla směrem dolů, strhává vzduch proudící kolem vnější strany nosníku a vytváří přídavnou sílu. Tento efekt, kdy proud kapaliny „kopíruje“ zakřivený povrch, popsal rumunský vědec a vynálezce Henri Marie Coanda již v roce 1910. Přesto trvalo firmě Hughes odladění celého systému tři roky. Nyní patří vrtulníky MD-520N, MD-600N a MD-900 Explorer mezi nejtišší na světě. V Německu postavila firma Jung v roce 2008 prototyp vrtulníku, lehký vrtulník Youngcopter Neo, také využívající systém NOTAR. Do výroby se však nedostal.

Schéma funkce NOTAR, červeně je vyznačen proud vzduchu způsobený Coandovým efektem.

Eliminace reakčního momentu proudem vzduchu z boční trysky není žádná novinka. Již v roce 1945 byl v Británii zalétaný experimentální vrtulník Cierva W.4 "Drainpipe“. Ohřátý vzduch od ventilátoru zajišťujícího nucené chlazení motoru, byl vedený ocasním nosníkem k zahnuté trysce na levé straně. Vychylováním pedálů pilot reguloval geometrii lopatek ventilátoru a tím i tah trysky. Vrtulník byl zničen při nehodě v roce 1946.