Helikopters, ook wel ‘hefschroefvliegtuigen’ of ‘wentelwieken’ genaamd, zijn een speciaal type vliegtuigen. Het grote voordeel van een helikopter boven de meeste vliegtuigen is dat een helikopter loodrecht kan opstijgen en landen, wat betekent dat er geen lange landingsbaan nodig is en je dus zo ongeveer overal kunt komen met een helikopter. Bovendien kan een helikopter in de lucht stil blijven hangen. In dit artikel en onderstaand filmpje leer je hoe een helikopter werkt.
De werking van de helikopterr
De werking van de helikopter
Een vliegtuig blijft in de lucht dankzij de vorm van de vleugels. Een helikopter vliegt dankzij hetzelfde principe, alleen zijn er geen vleugels die vast met de romp van de helikopter verbonden zijn, maar zit er bovenop de helikopter een zogenaamde rotor, die een aantal wieken heeft met dezelfde vorm als de vleugels van een vliegtuig (zie figuur 1). Als de rotor gaat draaien, beweegt er lucht langs de wieken, net zoals er lucht langs de vleugels van een vliegtuig beweegt als het gaat bewegen. Het principe waardoor de wieken de helikopter de lucht in tillen heet de Wet van Bernoulli. Die zegt (kort samengevat) het volgende:
In de figuren 1 en 2 zie je hoe dat werkt. Doordat de bovenkant van de wieken bol is en de onderkant vlak, beweegt de luchtlangs de bovenkant sneller langs de wiek. Dat leidt ertoe dat deze lucht minder hard tegen de wiek drukt dat de lucht aan de onderkant van de wiek. En als er van de onderkant harder geduwd wordt dan van de bovenkant, dan gaat de wiek omhoog, en als de hele rotor omhoog beweegt, gaat de helikopter uiteindelijk mee. Deze kracht noemen we de liftkracht .
Figuur 1: Impressie van een helikopter, de hoofd- en staartrotor zijn aangegeven.
Figuur 2: door de vorm van de wieken beweegt de lucht aan de bovenkant sneller (blauwe pijlen) dan de lucht aan de onderkant (groene pijlen). Daardoor is de luchtdruk van onder (pijl omhoog) groter dan de luchtdruk van boven (pijl omlaag).
De rotor is echter niet alleen maar bedoeld om de helikopter op te tillen. Als de helikopter schuin naar voren helt, dan zal de rotor de helikopter ook vooruit bewegen.Om te sturen met een helikopter kan de piloot de rotorwieken schuiner of minder schuin zetten. Hoe schuiner de wieken staan, des te groter is de liftkracht.
Twee rotoren
Maar met de ene hoofdrotor boven op de helikopter zijn we er nog niet. Zoals je in het filmpje al kon zien, is er een probleem bij deze techniek: Als de motor van de helikopter de hoofdrotor de ene kant op laat draaien, dan gaat de helikopter automatisch in tegengestelde richting draaien. Zodra de helikopter van de grond loskomt is er namelijk niets meer dat hem tegenhoudt. Met een rondtollende helikopter kom je natuurlijk nergens (en voor de piloot is het ook niet erg prettig), dus hiervoor heeft men een oplossing bedacht: een tweede rotor die de draaiing compenseert.De meeste helikopters hebben hiervoor een kleine staartrotor aan de achterkant van het toestel. Deze staat in tegenstelling tot de hoofdrotor horizontaal. In figuur 3 is weergegeven hoe dit werkt.
Figuur 3: Als de motor van de helikopter de wieken in de richting van de rode pijlen draait, zal de helikopter vanzelf een rotatie in tegengestelde richting gaan uitvoeren (groene pijl). De staartrotor ‘trekt’ de helikopter de andere kant op om deze draaiing te compenseren (gele pijl).
Maar er zijn ook andere manieren om dit probleem op te lossen. Er bestaan bijvoorbeeld grote transporthelikopters die twee hoofdrotoren hebben (een voor en een achter) die allebei in tegengestelde richting draaien, zodat de draaiingen die de helikopter hierdoor ‘wil’ uitvoeren elkaar opheffen. In figuur 4 zie je een voorbeeld van zo’n helikopter. Verder zijn er ook modellen die twee boven elkaar geplaatste hoofdrotoren hebben, die ook allebei in tegengestelde richting draaien.
Figuur 4: De zogenaamde Chinook-helikopter is een voorbeeld van een transporthelikopter met twee hoofdrotoren. Bron: Wikipedia
Autorotatie
Een interessant detail is dat een helikopter onder normale omstandigheden niet zomaar kan neerstorten als de motor uitvalt. Doordat de helikopter omlaag valt, worden de wieken in beweging gezet door de lucht die er langs blaast. Daardoor ontstaat er toch weer liftkracht, zodat de helikopter niet stuurloos naar de aarde valt. De piloot kan de helikopter dan in theorie toch nog veilig aan de grond zetten.