Kopteri rootorid (0)

Rootorid
Eesti Lennuakadeemia
Kopteri  lennudünaamika 
•  Kopter on õhust raskem õhusõiduk millel 
tõstejõu ja tõmbejõu tekitamiseks 
kasutatakse tõstepropellerit (rootorit) mille 
abil ta saab tekitada tõstejõudu, seista 
paigal maapinnakohal ja  liikuda  piloodile 
vajalikus  suunas.
Bell 260
Kopteri aerodünaamilised ja 
lennudünaamilised alused
• Kopteri rootori ülesandeks on tekitada 
aerodünaamilist tõstejõudu ja tõmbejõudu.
• Kui tõstepropeller asetseb oma  teljega  
pikki  õhusõiduki Y1 telge ja puudub  tema 
liikumine X1 ; Z1 ;  telgede suunas siis  
aerodünaamiline jõud T on suunatud pikki 
Y1  telge.
Kopteri aerodünaamilised ja 
lennudünaamilised alused
• Kui õhuvoog on suunatud rootorile  mingi nurga 
all  siis aerodünaamiline jõud T moodustab Y1 
teljega mingi nurga. 
• Aerodünaamilise jõu T moodustaja  Y oleks si s 
tõstejõud ja on suunatud perpendikulaarselt 
li kumise ki  ruse  vektoriga. 
• Teine T moodustaja P oleks sellele juhul 
tõmbejõu  vektor  ja  suunatud helikopteri lennu 
suunas ning  ekvivalentne  lennuki tõmbejõuga.
• Takistusjõud Q tekitatakse helikopteri  kere  
takistusega, telikute takistusega, ja tagumise 
propelleri takistusega 
Rootori arvestatava  ketta  pindala
Kopteri aerodünaamilised ja 
lennudünaamilised alused
Rootori labade  viibutusliigutused
• Toimuvad labade li kumisel ümber horisontaalse 
kinnitussõlme õhuvoo li kumisel tõstepropellerile.
• Labal , mis liigub õhuvoo  kiirusele  vastu,  
suureneb profiili pinnal õhuvoo ki rus ja selle 
tulemusena suureneb ka tõstejõu  muutuja   vektor  
ehk rootori  laba  profi li tõstejõud. 
• Rootori laba jäikus ei ole ühesugune kogu tema 
ulatuses ja ka tõstejõud on erinev laba pikkuse 
ulatuses.
• Rootori laba paindub ülespoole ja selle 
tulemusena kohtumisnurk väheneb ja väheneb 
ka tõstejõud.
Rootori labade viibutusliigutused
α                        ΔY     Y 
              
Δα
V
Laba liikumine kopteri liikumissuunas
Rootori labade viibutusliigutused
ΔY    Y
α
Δα
Rootori laba li kumine kopteri liikumisele vastupidises suunas
Rootori labade viibutusliigutused
∀ ∆α – laba kohtumisnurga muutus; V – kopteri li kumise 
kiirus
• Labal , mis li gub tagasi ehk õhuvoo suunas  õhuvoo 
li kumiskiirus väheneb. 
• Sel e tulemusel profi lil tõstejõuvektori suurus väheneb. 
Laba li gub al apoole ja tema kohtumisnurk suureneb. 
• Mida suurem on lennukiirus seda suurem on ka 
kohtumisnurkade erinevus. Teatud lennukiirusel tekib 
al alangeval labal turbulentne õhuvoog, mis on 
takistuseks edasise ki ruse suurendamisel.
•  Mõnedel helikopterite tüüpidel kasutatakse tehnilise 
lahendusena väikest ti ba, mis kinnitub kerele.
. Kohtumisnurga α ja  koonuse  
asendi muutmise  kinemaatika
Laba asendi muutumine pöördetasapinnas
Kinnitussõrm
Laba kinnitus
Laba asendi
Pöördemomendi
muutus vertikaaltasandis
Ülekande võll
α  regulaator
Koonuse regulaator
Kohtumisnurga α ja koonuse 
asendi muutmise kinemaatika
• Laba asendi muutumine pöördetasapinnas 
• Kinnitussõrm
• Laba kinnitus 
• Laba asendi muutus vertikaaltasandis α regulaator 
Koonuse regulaator 
• Pöördemomendi
• Ülekande võl
• Pöörlev koonus tekitatakse tõstepropel eri  labadega , mis 
on šarni rselt kinnitatud propel eri sõlme külge  ja 
aerodünaamiliste jõudude mõjutusel on propel eri  labad  
painutatud üles Y1 telje suunal.
Tagumise  propeller
• Ülesandeks on tõstepropelleri poolt tekitatud  
reakti vse momendi  tasakaalustamine  ja 
lennusuuna  muutmine. 
• Ebasümmeetriline profi l
• Sümmeetriline profiil
• Tõstepropelleri profi lidest kasutatakse enamasti 
sümmeetrilist profiili kuna rõhutsentri asukoht 
muutub sellistel profi lidel vähe.
Rootori laba regulaatori töö põhimõte
Tõstejõu lisaväärtuse  ∆Y 
vähendamine vähendab koormusi 
mis  tekkivad  paindemomendist  laba 
konstruktsioonile ja samuti ka 
õhusõiduki vibratsiooni OY1Z1 
tasapinnas. Tõstejõu lisaväärtust on 
võimalik vähendada tõstepropelleri 
laba kohtumisnurga α muutmisega 
nii , et ∆Y oleks võimalikult väike. 
Selleks kasutatakse tõstepropelleri 
laba kohtumisnurga regulaatorit. 
Rootori laba raskustsentri asendi muutus
Rootori pöördetelg OY1Z1 tasapinnas
Kui raskustsentri asukoht 
Laba 
tuua võimalikult lähedale 
massits
pöördeteljele siis on 
enter
Δγ              PTS
sellega võimalik vähendada 
momenti mis tekkib  
tsükliliselt muutuvast 
suurusest  ∆Y
Rootori
Pöördetasa
nd
OX1Z1
Rootori laba raskustsentri asendi muutus
• Tõstejõu lisaväärtuse  ∆Y vähendamine 
vähendab koormusi mis tekkivas 
paindemomendist  laba konstruktsioonile ja 
samuti ka õhusõiduki vibratsiooni OY1Z1 
tasapinnas.
•  Tõstejõu lisaväärtust on võimalik vähendada 
tõstepropelleri laba kohtumisnurga α 
muutmisega nii , et ∆Y oleks võimalikult väike. 
Selleks kasutatakse tõstepropelleri laba 
kohtumisnurga regulaatorit. 
Kohtumisnurga regulaatori skeem
α  stabilisaator
Jõudude  asetus   rootoril kui 
tõmbejõud on risti 
OX1 teljega.
 Lüli
Pöördepinna 
stabilisaator
Mehhanismi 
võll
Moment laba raskustsentri 
asetuse  muutusest
Laba  kinnitustelg
Rootori pöördetelg
Labade 
Rootori kinnitussõlm
ulatus
Võll
Laba  kinnitustelg Labade ulatus Rootori pöördetelg Rootori 
kinnitussõlm Võll    MpPTS1Y1 
Kui raskustsentri asukoht tuua võimalikult lähedale 
pöördeteljele siis on sellega võimalik vähendada momenti mis 
tekkib tsükliliselt muutuvast suurusest ∆Y
Tõstejõu lisaväärtuse tsükliline 
graafik
tõstejõud ∆Y , mis 
sõltub pöörete 
∆Y
sagedusest ja 
kohtumisnurga 
muutumise regulaatori 
                                                                                                      
tööst
      t     
                                                                                                      
    t
Kopteri lennutingimused. 
• Kui kopteri tõstepropel eri poolt tekitatud tõmbejõud T 
võrdsustub tema kaaluga hakkab kopter hõljuma.
• Tõstepropel eri tõmbejõu suuna ja suuruse muutmiseks. 
toimitakse järgmiselt:
• Tõmbejõu T suuruse  muutmiseks muudetakse jõual ika 
võimsust ja sel ega tõstepropel eri sammu.
• See tähendab, et toimitakse ni  nagu lennuki propel eri 
korral säilitades pööretesageduse antud propel eri 
konstruktsioonile optimaalses vahemikus, muutes ainult 
jõual ika võimsust ja tõstepropel eri sammu  
(kohtumisnurka).
• Tõmbejõu T. suuna muutmiseks (sel eks et helikopter 
li guks lendurile vajalikus suunas) muudetakse koonuse 
kalde  suunda.
Kopteri lennutingimused.
•
Pöörlevat rootorit võib  vaadelda. kui pöörlevat ketast mis omab oma massi. 
Kui me muudame sellise koonuselise ketta asetust ruumis siis tekkib 
hüroskoopiline moment nii nagu lennuki propellerigi korral ja see kantakse 
üle rootorit kinnituskohtadele, kopteri kerele. Jõud mis kerele kantakse on 
ebasümmeetrilised. Selliseid jõude püütakse konstruktsioonis kas vältida või 
muuta nad võimalikult väikesteks.
•
Jõud muudavad ka rootori pöörlevate  labade asetust. 
•
Labad omavad massi ja laba asendi muutumisel muutub selle massi asetus 
ruumis. 
•
Esiteks toimub see teatud inertsusega ja kui massi asetust ruumis  on juba 
kord muudetud siis ta ei peatu mitte selles kohas kus me seda soovime 
     vaid liigub inertsjõudude tõttu edasi. 
Tekkib võnkumine ümber uue asendi. Rootori laba aga pöörleb samal ajal 
ümber oma telje ja selle tõttu tekkib täiendav kohtumisnurga muutumine,  
täiendav ∆YG mõjul. 
•
Selle vähendamiseks minimaalse suuruseni kasutatakse samu võtteid ja ka 
sama regulaatorit.
Hüroskoopiliste jõudune mõju 
tõstepropelleri asendi muutmisel
Muutes 
tõstepropelleri 
sammu muudame 
kohtumisnurka ja 
sellega ka 
tõmbejõudu 
Kopteri liikumissuuna muutmine
• Rootori omapöörete sagedus tähendaks tema kindlat 
pööretesagedust mil e tekitab temale suunatus õhuvoog. 
• Tõmbejõud T, mis sel e juures tekib on enamvähem 
võrdne ketta  takistusega.
• Pöördemoment jõual ikalt kantakse rootorile ja sel e 
tulemusel tekkiv  moment rootori kinnitussõlmedes 
püüab kopteri keret panna samuti pöörlema.
• Tõmbejõud, mis tekitatakse kopteri  sabas  asuva 
propel eriga kompenseerib kopteri jõual ika poolt 
tekitatud  ja kerele ülekantus momendi ja hoiab kopteri 
piloodi poolt valitud lennusuunal.
•  Muutes sabapropel eri sammu muudame me propel eri 
tõmbejõudu ja sel ega ka kopteri li kumissuunda.
Rootori ja sabapropelleri koostöö
Tõmme mille tekitab sabapropeller ei 
ole vajalik mitte ainult rootori 
pöördemomendi kompenseerimiseks 
vaid ka vasakule suunatud rootori 
vektori tasakaalustamiseks, kuna 
piloot peab kallutama rootorit veidi 
vasakule selleks, et ära hoida 
juhtimiskoormuse  suurenemist  üle 
ettevõtte poolt  lubatu  kuna 
aerodünaamilise jõudude summa võiv 
ületaks lubatu piiri. 
Summaarse tõstejõud määramisel, mida  rootor peab tekitama kopteri 
tõusuks maapinnalt peab arvestama õhutiheduse muutust kõrguse 
suurenemisega ja ka maapinna efekti olemasolu.
Õhutiheduse muutumise mõju
• Kahe rootori ja jõual ika  funktsioneerimine  sõltub 
õhutihedusest.
•  Õhutiheduse muutus muudab rootorile kantava energia 
hulka. 
• Tõstejõu tekitamise juures omab tõstejõukoefitsient CY  
ja keskkonna dünaamiline koormus määravat tähtsust.
•  Dünaamilise koormuse tekkimisel on üks osa 
õhutihedusel ja teine tõstepropel eri labasid läbiva 
õhuvoo kiiruse ruudul.  Y = CY ρ S. 
• Õhutihedus omab suurt mõju kopteri funktsioneerimisel  
ja piloot peab teadma  mil ine on koormus standardses ja 
mil ine reaalses kõrguses. 
• Sel eks, et kopter ei puruneks peab piloot arvestama 
õhutiheduse muutusega kõrguses ja sel ega muutuvat  
dünaamilist koormust kopterile . 
Kopteri hõljumine
• Kopteri hõljumisel maapinna kohal tuleks 
vaadelda kahte  varianti:
• Kõrgus millal kopter oma normaalse kaaluga on 
mõjutatud maapinnaefektist; 
∀ αY Laba liikumise tasand 
• Tõstepropellerit läbiva õhuvoo kiirusV1 
• Rootori pöörlemise ki rus V
• Kõrgus millal kopter oma normaalse kaaluga 
enam ei ole mõjutatud maapinna efektist;
Kopteri asetusel väljaspool 
maaefekti
Y
αY Laba liikumise tasand 
Rootorit läbiva õhuvoo 
Laba liikumise kiirus V1Rootori
tasand
pöörlemise kiirus V
Väljaspool maaefekti on 
Rootori pöörlemise 
maksimaalses nii V1 kui 
Tõstepropellerit 
kiirus V
ka nurk mis jääb 
läbiva õhuvoo 
kohtumisnurga ja laba 
kiirus
liikumise tasapinna 
V1 
vahele. 
Kopteri asetus maaefekti tsoonis.
Laba 
Kiirus V1 ja nurk kohtumisnurga ja 
Y
liikumise laba liikumistasandi vahel on 
tasand määratletud . Maapinnaefekt  tekib 
siis, kui tõstepropellerit läbiv õhuvoog 
jõuab maapinnani ja tõustes üles 
tekitades täiendava tõstejõu. See 
Rootorit läbiva 
toimub siis kui kõrgus võrdub ühe 
õhuvoo kiirus 
rootori diameetriga. Kui kõrgus on alla 
V1
Rootori
rootori diameetrit siis peaks täiendav 
pöörlemise kiirus V
tõstejõud  märgatavalt mõjuma 
tõstejõudu.
See näide on populaarne moodsate 
turbiinkopterite korral kus õhutihedus ja 
maaefekt võimaldavad suurendada kopteri 
kaalu kuni poole võrra.
Maapinnaefekt
• Maapinnaefekt, nagu võika arvata, ei ole aluseks, mil e 
kaudu võika pehmendada al asuunatud jäika al a 
helikiitusega ki kuvat õhuvoogu. 
• Õhuvoog surutakse vastu maad ja sel isel madalal 
kõrgusel tõstejõud omab väikest mi nus komponenti. 
Järelikult rootori labade kohtumisnurk väheneb.
• See ei ole ainult summaarse kohtumisnurga 
vähenemine, kuna sel el ajal tõstejõu vektor veidi kõrval 
OY1  teljest  ja kasulik võimsus mis kantakse
•  rootorile on sama sel e tõttu on võimalik suurendada 
kasuliku kaalu peaks kopter tõusma kõrgemale.
Kopteri vertikaalne tõus ja langus
• Üheks nõudmiseks kopteri hõljumisel maakohal 
on tõstejõu ja kaalu võrdsus. 
• Kui piloot soovib tõusta vertikaalselt peab ta 
suurendama  rootori kõikide labade 
kohtumisnurka ja samal ajal suurendama 
jõuallika võimsust. 
• Sellega kasvab jõuallika poolt ülekantav 
pöördemoment ja piloot peab  vajutama 
pedaalile selleks, et muuta sabapropelleri  
(rootori) tõmmet, sest kopter hakkab pöörlema 
ümber OY1  telje.
Kopteri hõljumine
Kopteri liikumine õhus
Kui kopter hakkab liikuma mingil OX1 telje suunal 
tekkivad uued 
Probleemid:
Kui summerida edasiliikumise kiirus ja propelleri 
laba liikumise kiirus saame laba hüppelise 
ebaühtlase tõusu.
Edasi liikumisel laba  omab nüüd õhuvooliikumise 
kiirust mis summeerub kopteri kiirusest ja  laba 
enda liikumise kiirusest. (kui kopteri kiiruseks 
võtta 100 km/h siis parema laba tipus on see 500 
km/h)
Vasakpoolse laba  liikumiskiirus on  vastupidine  
kopteri liikumiskiirusele ja selle tõttu summaarne  
kiirus on laba otsas väiksem. ( meie ülesandes 
300km/h).
Kopteri liikumine õhus
• Mõlemad kiirused mõjutavad teineteist muutes kopteri 
telje asendit OY0 telje suhtes ruumis. 
• Ki ruste vahe võib muutuda aktuaalseks mõnes rootori 
laba osas kus õhuvoog li gub vastupidiselt kopteri 
li kumise suunale. Sel ine erinevus kopteri rootori 
erinevatel külgedel mõjutab rootori laba asendit.
• tekkib rootori parempoolse ja vasak  poolse  laba kiiruste 
erinevus. 
• Kui me ei taha muuta rootori labade kohtumisnurki si s 
tõstejõud mis produtseeritakse edasili kuva labaga on 
suurem kui tõstejõud tagasili kuval labal. 
• Tõstejõud on funktsioon aerodünaamilisest rõhust , mis 
suureneb õhu li kumiski ruse  ruudus .  
2
ρV
Y = C
Y
2
• Järelikult samuti suureneb ka rootori laba tõstejõud.
Kopteri liikumine õhus
• Kui kinnitada rootori labad hingedega rootori külge siis rootori 
käivitamisel tsentrifugaaljõud venitavad nad  sirgeks  ja iga laba 
toetudes hinge abil oma pesas rootori külge võtab oma asendi. 
• Kopteri tõusul rootori labad moodustavad oma võlli telje suhtes 
koonuse.
• Kui labad on vabad, si s nad li guvad iseseisvalt. Tõstejõus võib 
tõsta vaba laba üles. Samal ajal tema kohtumisnurk väheneb ja tõus 
peatub kuni toimub tõstejõu sel ine vähenemine, et  laba li gub  alla. 
Kui rootori laba li gub alla suureneb tema kohtumisnurk ja nüüd 
tekkib moment kus laba al a liikumine peatub ja tõstejõus 
suurenedes hakkab laba suunama üles. 
• Ni  toimub labade viibutus rootori pöörlemisel ümber  telje.
•  Probleemi on labade balansis  (erinev kaal; aerodünaamilised 
omaduses , konstruktsioonilised omadused,  painduvus  jms.) 
• See peab olema minimaalne. Tänapäeval kõik rootori on 
komplekteeritud ja häälestatud.
• Kasutatakse pooltäpseid rootoreid, mis reguleeritakse välja 
kohapeal ja täpseid rootoreid, millede labad on küllaltpaindlikud, et 
kõrvaldada  kõikumise fluktuatsioonid iseseisvalt.
Kopteri liikumine õhus
laba liikumisel alla 
kohtumisnurk suureneb.
Eemalduva laba liikumine alla 
on üks suurt kiirust piirav 
asjaolu. Kopteri liikumiskiirus 
suurendab eemalduva laba 
õhuvoo kiirust laba langedes 
muudab mõnevõrra 
kohtumisnurk. Alla  langeva  
laba täpne asuloht on muutlik  
ja sõltu erinevatest 
asjaoludest. 
Kopteri liikumine õhus
• Kogu ringist 270 – 300 kraadi eemalduv 
laba on meile vajalikus optimaalses 
vahemikus ja ainult 20 – 30 % labast 
langeb allapoole.  Kui laba langeb alla siis 
on tõstejõud kadunud ja tulemuseks 
toimub mõjutus kopteri konstruktsioonile 
vasakult poolt. Probleem on selles, et 
mõjutus toimun 90 kraadi kõrval ja selle 
tulemusel põhjustab see jõud kopteri 
esiosa kallutamist üles. 
Laba kiirus
Eemalduva 
laba languse 
piirkond
Y
YNEG
VMAX
Rootori 
joonkiirus
Kopteri liikumine õhus
Kopteri liikumine õhus
• Kui kopter hõljub maapinnakohal si s tema kaal 
võrdsustub tõstejõuga.
• Juhul kui kopter li gub mingis suunas maapinna 
kohal siis tema kaal ei võrdsustu enam 
tõstejõuga mida tekitab rootori koonus 
• tõsteõud koosneb kahest  komponendist  ja on 
alati suurem kopteri  kaalust .
• Al a langeva rootori laba mõju rootori poolt 
tekitatud tõstejõu suunale (Tõstejõu 
translatsioon ) 
Kopteri liikumine õhus
Kopteri liikumine õhus
• Kui kopter tahab hõljuvast asendist üle minna li kumisele 
mingis suunas siis tuleb piloodil pöörata rootori koonust 
sel eks et tekitada jõud YV  
•  Sel e jõu suurus peab ületama takistusjõu Q . Samal 
ajal  kopter langeb veidi. al apoole kus on õhutihedus 
suurem ja tekkib maapinna  efekt
• Sel eks, et peatada langus ja suurendada kiirust 
horisontaaltasapinnas tuleb kal utada rootorit veelgi. 
Mõlema vektori summeerimisel saame tõstejõu mis 
ületab kopterile mõjuva  gravitatsioonijõu. See on aga 
suurem kui kopteri kaal.
Kopteri liikumine õhus

Document Outline

• Slide 1
• Slide 2
• Slide 3
• Slide 4
• Slide 5
• Slide 6
• Slide 7
• Slide 8
• Slide 9
• Slide 10
• Slide 11
• Slide 12
• Slide 13
• Slide 14
• Slide 15
• Slide 16
• Slide 17
• Slide 18
• Slide 19
• Slide 20
• Slide 21
• Slide 22
• Slide 23
• Slide 24
• Slide 25
• Slide 26
• Slide 27
• Slide 28
• Slide 29
• Slide 30
• Slide 31
• Slide 32
• Slide 33
• Slide 34
• Slide 35
• Slide 36
• Slide 37
• Slide 38
• Slide 39
• Slide 40
• Slide 41
• Slide 42
• Slide 43
• Slide 44
• Slide 45
• Slide 46