Helikopterexperten krijgen dikwijls de vraag waarom de snelheid van helikopters eigenlijk begrenst is tot 300 à 350 km/u. Het antwoord is niet eenvoudig maar een expert probeerde het voor ons op een verstaanbare wijze uit te leggen.
In deze volgorde zijn dit de problemen welke hogere snelheden onmogelijk maken bij een conventionele helikopter.
Het 'stallen' van het terugkerende rotorblad
- Als helikopters vooruit vliegen winnen de rotorbladen die in dezelfde richting (naar voor) van de helikopter draaien de luchtsnelheid en de rotorbladen die naar achter draaien verliezen de luchtsnelheid. In het jargon noemt men dit verschijnsel: Retreating Blade Stall'
- Bij hogere snelheden dan 300 à 350 km/u zullen de rotorbladen die naar achter draaien 'stallen' (geen lift meer genereren) vanwege onvoldoende luchtstroom.
- Een dergelijke situatie veroorzaakt:
- Ernstige trillingen
- Zwaar lift-onevenwicht
- Kans op verlies van controle over de helikopter
De samendrukbaarheid van de vooruit draaiend rotorbladen
- Terwijl de terugkerende rotorbladen 'stallen', nadert het vooruit draaiende rotorblad transsone snelheden van bijna 'Mach 1' aan de tip van het rotorblad. In het jargon noemt men dit verschijnsel: 'Advancing Blade Compressibility'
- Een dergelijke situatie veroorzaakt:
- Schokgolven
- Toename luchtweerstand
- Lawaai en trillingen
- Structurele overbelasting
Samen met de terugkerende rotorbladstalling vormt dit een aerodynamische "snelheidsmuur" bij 300 à 350 km/u voor traditionele helikopters. Bijkomende problemen aan deze snelheden zijn:
Rotormast en weerstand
- De hoofdrotor en rotormast genereren een enorme aerodynamische weerstand bij hoge voorwaartse snelheden. In tegenstelling tot vaste vleugels zijn draaiende rotors niet gestroomlijnd en creëren ze door een "parachute-effect" een hoge weerstand .
Beperkingen in transmissie- en bladontwerp
- Traditionele helikopters gebruiken tandwielkasten om de motor, de hoofdrotor en de startrotor te verbinden. Hoge snelheden betekenen meer koppel, een hoger toerental en meer belasting van de bladen en mast. Trillingen en vermoeidheid vormen belangrijke ontwerpbeperkingen bij hoge snelheid.
Het is dus duidelijk dat het conventionele helikopterontwerp nooit sneller dan +/- 325 km/u zal kunnen vliegen. Maar het snelheidsrecord van een helikopter is thans in handen van het Airbus X3 prototype, die 472 km/u vloog. Maar deze 'niet conventionele' helikopter is uitgerust met twee propellers die voor de voorwaartse snelheid zorgen en zo de aerodynamische problematiek oplossen.
Maar ook tiltrotors, zoals de Osprey of andere prototypes zoals de S-97 Raider of de SB-1 Defiant vliegen veel sneller dan 315 km/u maar worden niet als helikopters geclassificeerd.
De snelste 'conventionele' helikopters zijn de Leonardo AW101 à 309 km/u, de Russian Mi-35M à 310 km/u en de Boeing Chinook à 315 km/u.
Foto en video van het Airbus X3 prototype © Airbus Helicopters
Video:
