Bij het vliegen met modelhelikopters spelen dezelfde natuurlijke elementen een rol als bij hun grotere broers.
Misschien is het leuk om eens even te kijken hoe dit globaal in zijn werk gaat zonder verder diep in te gaan op de techniek die nodig is om dit te verwezenlijken . Hoe dit dan verder technisch ingevuld kan worden en wat U daar voor nodig hebt kunt U dan weer terug vinden op de vervolgpagina's van de site.

 

Voor alle duidelijkheid:
Het gaat hier dus niet zozeer om de techniek die wordt toegepast bij de heli's waar een ander gedeelte van de site over gaat maar de opzet is een meer algemeen inzicht te geven in hoe een heli zich gedraagt in zijn natuurlijke omgeving en omgekeerd hoe de natuurelementen het gedrag van de heli kunnen beïnvloeden.

De definitie van een heli:

Als eerste denk ik dat we eerst eens moeten kijken wat we nu eigenlijk bedoelen als we het over een helikopter hebben, en hoe we dit dus definiëren.
Laat ik maar eens een poging doen:
1:) Een helikopter of ook wel hefschroefvliegtuig genoemd heeft als eerste kenmerk een hoofdrotor bestaande uit meerdere rotorbladen die een schroefvormige beweging door de lucht maken.

     

De hoek waaronder dit plaats vindt t.o.v. de luchtstroom noemen we de invalshoek van de bladen.
2:) De opwaartse kracht die hieruit voorvloeit zal altijd groter moeten kunnen zijn dan het gewicht van de helikopter om te kunnen stijgen.
3:) Als de hoofdrotor aangedreven via de hoofdrotoras door een motor, zal een helikopter ook altijd een tegengestelde kracht voor de romp nodig hebben om niet ongewild om zijn as te gaan draaien.
4:) De krachten op en vanuit de heli zelf moeten beheersbaar zijn om hem bestuurbaar te maken.
 

Het rotorblad is basis van een vliegende heli:
Een rotor zonder bladen zal niet werken.
Een rotor bezit een of meerdere bladen die de zelfde basis werking bezitten als een vliegtuig vleugel.
Het blad t.o.v. de inkomende luchtstroom zorgt voor een tweedeling die gedeeltelijk over en gedeeltelijk onder de vleugel door gaat.
Afhankelijk van de invalshoek en luchtsnelheid vindt een drukverdeling plaats aan boven en onderzijde van de vleugel.
Aan de onderzijde wordt de lucht samengedrukt en ontstaat een langzamere luchtstroom met overdruk die de vleugel naar boven drukt.
Aan de bovenzijde ontstaat het omgekeerde en versneld de lucht omdat de luchtmoleculen de neiging hebben de kromming te blijven volgen (Coanda effect).
Hierdoor ontstaat een snellere luchtstroom met een lagere luchtdruk.
Is de inkomende luchtsnelheid groot genoeg en wordt de invalshoek niet te groot dan is dit de basis voor een goed werkende vleugel.
Het kan echter ook verkeerd gaan.
Is nu de luchtsnelheid te laag en / of wordt de invalshoek te groot,ontstaat de volgende situatie:
 De luchtstroom aan de bovenzijde kan het profiel niet meer kan volgen.
Hierdoor ontstaan luchtwervelingen die dusdanig gericht zijn dat de achterzijde van de vleugel omlaag gedrukt wordt en is hij z.g. "overtrokken".
(Meer uitleg hierover vind U desgewenst op een andere pagina m.b.t. "Helitechniek hoofdstuk hoofdrotor")

 

 

Het gedrag van de heli in de lucht:
Dat een heli in de lucht nogal wat lucht in beweging zet is misschien niet altijd zo direct zichtbaar, maar als het zichtbaar zou zijn ..........

Afhankelijk van de toestand van de heli in de lucht komen er dus ook verschillende krachten voor waardoor de heli doet wat we zien.
Deze toestand kunnen we in verschillende situaties weergeven.

De zwevende heli :
Laten we als voorbeeld maar eens beginnen met een in de lucht stil hangende heli.
Bij een zwevende in de lucht stil hangende heli komen een aantal krachten voor om dit voor elkaar te krijgen.
Zetten we dit in een tekening vanachter de heli gezien dan zien we bij een zwevende heli het volgende:

     

Omdat de heli stil hangt kan het niet anders zijn dat de verschillende krachten die aanwezig zijn bij de heli elkaar opheffen.
De luchtstroom door de rotor veroorzaakt een opwaartse kracht (lift A en B).
Dit betekend dat het gewicht van de heli (C) gecompenseerd wordt door de totale lift van blad A + B.
De aandrijving van de motor naar de hoofdrotor zorgt voor een tegengestelde kracht (E) in de andere richting dan de hoofdrotor op draait die een luchtweerstand ondervind.
Hierdoor wil de romp de andere kant op gaan draaien dan de hoofdrotor doet.
Deze kracht (E) moet gecompenseerd worden (wil de heli stil hangen) door de heckrotor die dan de tegengestelde kracht (D) levert.
De luchtstroom door de rotor veroorzaakt aan de onderzijde een hogere luchtdruk en aan de bovenzijde een lagere druk.
De drukverschillen zijn bepalend voor de hoeveelheid lift van de heli.
Zo zal er dus als een heli vlak boven de grond vliegt onder de heli een hogere druk ontstaan omdat de lucht onder de heli meer wordt samengeperst  als dat de heli hoger vliegt.
Hierdoor is er dus in die situatie minder opwaartse kracht nodig  om de heli vliegende te houden.
De heli glijd dan op een soort luchtkussen en wordt ook slechter bestuurbaar, dit noemen we het z.g. "grondeffect".

Een stijgende of dalende heli:
Een stijgende of dalende heli wil dus zeggen om maar in de zelfde termen te blijven dat de hoofdrotor voor het stijgen meer en voor het dalen minder lift leverd.
Dit kan je op twee manieren doen:
1:   Je kan met een gelijkblijvend hoofdrotor toerental de invalshoek vergroten of verkleinen waardoor er meer of minder lift ontstaat.
Op deze manier werken de meeste heli's, ook hun grotere broers.
2:   De tweede manier wat minder voorkomt maar technisch eenvoudiger te maken is, is het variëren van het hoofdrotor toerental met een gelijkblijvende invalshoek.

De luchtverplaatsing onder de heli ziet er bij een in de lucht stil hangende heli uit zoals op het onderstaande plaatje.


De lucht verplaatst zich spiraalvormig naar beneden.
Goed om te weten:
Daalt een heli te snel recht naar beneden dan kan hij in de problemen komen omdat hij dan in zijn eigen neerwaartse luchtstroom terecht komt.

De vooruit vliegende heli :
Wil een heli vooruit vliegen dan moeten sommige krachten anders worden dan de stil hangende heli om dit voor elkaar te krijgen.
Dit kan op twee verschillende manieren, afhankelijk van de constructie van de heli.
De meest voorkomende manier is door de rotor aan de achter zijde meer lift te laten leveren dan aan de voorzijde waardoor dan de voorwaartse beweging ontstaat.
 

      

Dit gebeurd dan doordat er een mogelijkheid geconstrueerd is om de rotorbladen tijdens het roteren te verstellen, zodat er aan de voorzijde minder en aan de achterzijde meer lift ontstaat.
Dus bij elk gedeelte van de rotatiecirkel is het mogelijk de hoek te verstellen en dus de lift en dus ook de richting waar de heli naar toe wil gaan te beïnvloeden (te besturen).
Dit noemt men met een moeilijke benaming "cyclic pitch control" of periodieke bladverstelling.
Door het monteren van een z.g. tuimelschijf wordt het mogelijk de hoeken van de bladen mee te laten kantelen met een bestuurbare hoek van de tuimelschijf.
De tuimelschijf is zo geconstrueerd dat hij alle kanten op kan kantelen.
Daardoor wordt het mogelijk de rotor alle kanten op te besturen.
Hieronder is een schematisch voorbeeld weergegeven.


      

Een tweede manier van besturen is het compleet kantelen van de rotor.
De rotor blijft hierbij overal evenveel lift leveren maar de heli wil omdat de rotor ook een beetje naar voren is gekanteld ook naar voren bewegen.

Het effect van het voorwaarts vliegen:
Het effect van het voorwaarts vliegen vind je ook terug in de hoek van de bladen (pitch of invalshoek) t.o.v. de instromende lucht.
De de voorwaartse beweging wordt de hoek van de instromende lucht t.o.v. de bladen als het ware vergroot waardoor de heli met een kleinere invals hoek toch op de zelfde hoogte kan blijven.
Bij plotselinge windvlagen (instroom variaties) zal dus ook de hoogte gaan variëren.

De heli bewegingen naar andere richtingen en de gebruikte benamingen hiervoor:
Door op de eerder vermelde manieren de rotor te besturen, zijn dus ook de andere vliegrichtingen van de heli te besturen.
Ook dan krijgen we te maken met het hierboven vermelde effect.
Samengevat kan dus via de hoofdrotor dus de vliegrichtingen om vooruit, achterui, links, rechts en hoog - laag aangestuurd worden en heeft een verplaatsing anders dan in de hoogte ook altijd een effect op de hoogte aansturing al is dit soms gering bij minimale verplaatsing.
De benaming die hierbij meestal gebruikt worden zijn als volgt:
De kantelbeweging om de heli  vooruit en achteruit laten vliegen heet de "Nick-beweging".
De kantel beweging die de heli maakt om de heli naar links en rechts laten vliegen heet de "Roll-beweging".
De aansturing om de heli te laten stijgen of dalen heet de "Pitch-aansturing".
Een beweging die nu nog niet genoemd is, is de staat besturing ook wel "Heck-aansturing" genoemd.
Hierover meer in het vervolg verhaal.
Hieronder zijn de stuurbewegingen nog eens getekend met de bij behorende bewegingen die de heli maakt.



De staart beweging:
Wat nog onvoldoende in dit verhaal naar voren is gekomen is de beweging van de staart en hiermede besturen van het verdraaien om de hoofdrotoras.
Zoals al eerder bij de heli-definitie is aangegeven ontstaat bij het aandrijven van de hoofrotor via de hoofdrotoras een kracht in de tegengestelde richting als de hoofdrotor draait.
Dit wordt ook wel het motorkoppel genoemd.
Omdat deze kracht aanwezig is zal de romp van de heli ook de tegengestelde kant op willen draaien als de hoofdrotor beweegt.
Dit verschijnsel moet dus gecompenseerd worden.
Ook hierbij kunnen we denken aan meerdere methode en invloeden die hierbij een rol spelen.

De heck(staart) rotor:
Door een (heck) rotor te maken die een zijwaartse kracht genereert bestaat de mogelijkheid de benodigde tegengestelde kracht te leveren.
De tegenkracht moet hierbij echter wel regelbaar zijn, wil de staart bestuurbaar blijven.
Hiervoor bestaat de mogelijkheid dit via een overbrenging te doen zodat de heckrotor door de hoofdmotor aangedreven wordt.
Door de hoek van de heckrotor bladen te kunnen aansturen kan je dan een grotere of kleinere kracht verkrijgen en dus de staart besturen.
Je krijgt dan b.v. een mechaniek zoals hieronder weergegeven.



Een andere mogelijkheid is een aparte motor voor de heckrotor.
Hierbij kan je dan b.v. het toerental instelbaar maken en op die manier de staart besturen.

De NOTAR-heli:
Een andere manier die je ook tegen komt zijn heli's die ogenschijnlijk geen tegenkoppel hebben omdat er geen staartrotor zichtbaar is.
Echter schijn bedriegt omdat hierbij gebruik gemaakt wordt van een inwendige staartmortor die een tegendruk d.m.v. luchtdruk produceerd.

De tegenkracht wordt in zijn totaliteit geleverd door de inwendig opgebouwde druk en neerwaartse luchtstroom van de hoofdrotor samen.

Als we als uitgangspunt weer even de in de lucht stil hangende heli kiezen, dan is het verhaal tot op heden compleet.
Gaan we nu b.v. een voorwaartse vliegbeweging maken komt er nog een een extra compensatie kracht voor de staart bij kijken die afkomstig is van het verticale staartvlak.
Door de voorwaartse beweging gaat dit vlak werken als een windvaan en levert op die manier een gedeelte van de benodigde compensatie kracht.


Het besturen van een heli tijdens het vliegen:
Wil een heli dus bestuurbaar zijn dan hebben we de volgende stuur bewegingen die gelijktijdig moeten worden uitgevoerd.
U kunt dit terug vinden in de tekening van de stuurbewegingen.
1: De roll- beweging (links -rechts)
2: De nick- beweging (voor - achter)
3: De pitch (hoog - laag)
4: De staart (links - rechts)
Het vliegen met een (model)heli vereist dat deze 4 aanstuurfuncties tegelijkertijd moeten worden uitgevoerd.
Dit geeft tevens de moeilijkheid van het helivliegen weer iets wat op zijn beurt natuurlijk weer de uitdaging voor het leren heli vliegen vergroot.


Een globaal idee gekregen van hoe zo'n heli zich in de lucht gedraagt ?
Wilt U verder weten hoe zo'n heli werkt ?

Ga dan verder naar een ander gedeelte van deze site over de basiswerking van een modelheli.




Voor info kunt natuurlijk ook altijd even mailen naar het mailadres op de hoofdpagina.

Naar de hoofdpagina.