Helikopter

Helikopter (bahasa Inggeris: Helicoptercode: en is deprecated ) ialah sejenis pesawat udara yang diangkat dan didorong menggunakan satu atau lebih pemutar mendatar. Helikopter telah dikelaskan sebagai pesawat sayap putar untuk membezakannya dengan pesawat sayap kaku yang biasa. Perkataan "helikopter" berasal daripada gabungan perkataan Yunani, heliks dan pteron (sayap). Helikopter pemutar tunggal serta terkawal penuh yang dikeluarkan secara besar-besaran buat pertama kali dibina oleh Igor Sikorsky pada tahun 1942.

Helikopter lebih kompleks berbanding pesawat kepak kaku, dan mempunyai kos pengendalian dan kos operasi yang lebih tinggi. Helikopter juga mempunyai kelajuan yang rendah berbanding pesawat kepak kaku serta mempunyai jarak penerbangan yang lebih dekat. Daya angkatan helikopter juga terhad. Tetapi helikopter boleh dikendalikan untuk melakukan pergerakan yang tidak mungkin dibuat oleh pesawat kepak kaku , seperti terbang terkatung-katung di atas sesuatu tempat, terbang ke arah belakang dan berlepas serta mendarat secara menegak.

Tertakluk kepada kemudahan pengisian minyak dan pengehadan beban berat, helikopter boleh terbang ke mana sahaja dan boleh mendarat di mana-mana pelantar yang hanya mempunyai ruang legar dua kali ganda keluasan rotor helikopter tersebut.

Berbanding dengan pesawat rotor miring (tilt rotor) seperti pesawat V-22 Osprey dan pesawat V/STOL seperti AV-8 Harrier, helikopter lebih efisien dari segi penggunaan bahan api dan daya angkatan. Helikopter boleh mengangkat beban hampir dua kali beratnya sendiri, dan menggunakan bahan api yang lebih kurang semasa terkatung-katung dan juga lebih murah untuk dikendalikan. Tetapi helikopter kalah dari segi kelajuan berbanding pesawat lain disebabkan oleh kekangan-kekangan fizikal .

Sekitar tahun 1490, Leonardo Da Vinci telah mengilhamkan satu pesawat terbang yang boleh membawa manusia, tetapi tiada mesin yang berjaya dibawa untuk menyatakan ilham tersebut. Perkembangan helikopter hanya berjaya digerakkan semula dalam abad ke-20 dengan wujudnya enjin piston yang ringan dan berkuasa untuk mengangkat dan mendorong penerbangan helikopter.

Perintis seperti Jan Bahyl, Oszkár Asbóth, Louis Breguet, Paul Cornu, Emile Berliner, Ogneslav Kostovic Stepanovic dan Igor Sikorsky mempelopori pembangunan helikopter tetapi Juan de la Cierva berjaya membina dan menerbangkan sebuah autogiro dalam tahun 1923. Konfigurasi ini menjadi asas kepada rekaan helikopter moden.

dalam tahun 1916 di Buenos Aires, Raúl Pateras de Pescara berjaya menunjukkan penerbangan terkawal sebuah helikopter, tetapi beliau tidak berjaya mengembangkan idea itu selanjutnya. Dalam tahun 1931, saintis Soviet bernama Boris Yuriev and Alexei Cheremukhin memulakan eksperimen dengan helikopter TsAGI 1-EA yang mempunyai satu rotor pengangkat di hadapan dan satu rotor anti-kilas di bahagian belakang. Pesawat itu berjaya mencapai ketinggian 605 meter pada 14 Ogos 1932.

Syarikat Jerman Focke-Wulf membina pesawat FW-61 yang mempunyai kawalan sempurna dan membuatkan penerbangan sulung dalam tahun 1936. helikopter digunakan oleh tentera Jerman dalam bilangan kecil-kecilan semasa Perang Dunia II. Pesawat seperti Flettner FL 282 Kolibri digunakan semasa peperangan di Laut Mediterranean.

Di Amerika, Igor Sikorsky berjaya mengeluarkan secara besar-besaran pesawat Sikorsky XR-4 mulai bulan Mei 1942. model tentera dikeluarkan untuk Tentera Darat Amerika Syarikat dan digunakan di Burma untuk membuat kerja-kerja menyelamat. Unit tentera British pertama dilengkapkan dengan helikopter adalah Sekolah Latihan Helikopter di RAF Andover pada bulan Januari 1945 dengan 9 buah helikopter Sikorsky R-4B Hoverfly.

Helikopter Bell 47 rekaan Arthur Young adalah helikopter pertama dilesenkan pihak berkuasa penerbangan untuk kegunaan awam. Dua dekad kemudian, helikopter Bell 206 Jet Ranger menjadi helikopter awam paling berjaya.

Masalah yang dihadapi oleh pereka helikopter adalah mendapatkan enjin yang cukup berkuasa untuk memberikan daya angkatan semasa helikopter terkatung-katung kerana ianya memerlukan ketumpatan kuasa enjin yang tinggi. Perkembangan dalam bahan api dan teknologi enjin selepas tahun 1950 melonjakkan reka bentuk pembinaan helikopter. Kemunculan enjin turboshaft membawa kepada pembangunan helikopter yang lebih besar, lebih laju dan lebih berprestasi. Kini enjin turboshaft digunakan dalam hampir kesemua helikopter.

Terdapat beberapa susun atur untuk rotor helikopter. Susun atur Sikorsky paling digunakan oleh hampir 95% helikopter yang dikeluarkan. Memutarkan rotor menyebabkan kilas (torque) dalam arah yang bertentangan, dan sekiranya tidak ditimbangkan akan menyebabkan helikopter berpusing seperti gasing. Susun atur Sikorsky menggunakan rotor kecil di belakang helikopter untuk mengimbangkan kils yang dihasilkan oleh rotor utama, dan apabila dorongan yang dihasilkan oleh rotor ekor ini mengimbangi kilas yang dihasilkan rotor utama, badan helikopter tidak akan berpusing.

Kadangkala bilah rotor ekor helikopter tidak dijarakkan pada sudut yang serata tetapi disusun seperti huruf “X” seperti helikopter AH-64 Apache kerana dikatakan boleh mengurangkan tahap bunyi. Sebenarnya sebab utama penyusunan sebegitu adalah untuk memudahkan susunan kawalan pic. Sebilangan helikopter seperti Eurocopter EC120 mempunyai rotor ekor yang diletakkan dalam sebuah gelungan, (dipanggil fenestron). Walaupun kurang efisien, susun atur ini menjanakan tahap bunyi yang berkurangan dengan susun atur biasa.

Jumlah kasau yang diperlukan untuk menahan helikopter daripada berputar agak besar, kira-kira 55 hingga 65 daripada jumlah kuasa yang dikeluarkan oleh enjin. Rotor ekor tidak membantu daya angkatan helikopter dan sekadar mengawal kilas yang dijanakan oleh rotor utama. Untuk mengurangkan pembaziran tenaga ini, penstabil tegak diatur pada satu sudut yang menjana tenaga yang membantu mengimbangi kilas rotor utama ini. Pada kelajuan yang tinggi, tenaga yang dijana oleh susunan penstabil tegak ini boleh mengimbangi terus kilas yang dikeluarkan oleh rotor utama. Membolehkan kuasa lebih ditujukan untuk penerbangan hadapan. Ini selalunya dipanggil arus gelinciran

Banyak helikopter tentera mempunyai sayap kontot yang membantu menjanakan daya angkatan semasa penerbangan depan. Sayap kontot ini juga digunakan untuk tempat pemasangan senjata.

Selain susun atur Sikorsky, terdapat susun atur alternatif menggunakan dua rotor besar. Susun atur ini memberikan penjimatan berat pesawat kerana tidak perlukan rotor dan bum ekor. Dua rotor ini dibuatkan supaya berpusing dengan arah bertentangan supaya kilas yang dijana oleh satu rotor akan meluputkan kilas yang dijana oleh rotor yang lagi satu. Tetapi susun atur ini memerlukan perkakasan yang lebih kompleks berbanding dengan susun atur Sikorsky dan digunakan oleh helikopter yang mempunyai peranan khusus sahaja.

Susun atur satu paksi menggunakan susunan di mana dua rotor ditindan satu di atas yang lain di atas fiuslaj dan berkongsi gandar utama. Syarikat Kamov menggunakan susun atur ini dalam pesawat mereka seperti Kamov Ka-50 "Hokum". Oleh kerana helikopetr dwirotor satu paksi ini boleh bertahan dalam keadaan angin sisi, helikopter ini amat sesuai penggunaannya di atas kapal-kapal yang mempunyai ruang yang sempit.

Susun atur pemutar iring (tandem rotor) adalah susunan di mana dua rotor utama diletakkan di hujung fiuslaj helikopter, seperti yang digunakan untuk rekaan Boeing CH-47 Chinook. Helikopter ini boleh mengangkat muatan 14 ton. Helikopter seperti ini amat berguna untuk kegunaan logistik ketenteraan kerana kegunaan tanjakan membolehkan keluar masuk cara mudah ke dalam helikopter jenis ini. Oleh kerana rotor utama diletakkan tinggi di atas fiuslaj, gangguan kotoran seperti debu da kerikil dikurangkan. Tetapi helikopter dengan susun atur pemutar iring mempunyai ketangkasan terhad dan memerlukan juru terbang yang cukup berpengalaman kerana rentang rotor yang besar memungkinkan rotor berlanggar dengan objek lain ketika mendarat dan berlepas. Dalam tahun 2001, sebuah helikopter CH-47 Chinook Korea Selatan berlanggar sebuah jambatan semasa satu siaran langsung. [1]

Dalam tahun 1980-an, McDonnell Douglas menguji susun atur yang tidak menggunakan rotor ekor, dipanggil NOTAR (NO Tail Rotor). Sistem ini menggunakan penyaluran udara kelajuan tinggi ke bum ekor dan membasmi kesan kilas rotor utama menggunakan kesan Coandă.

Helikopter jenis Hibrid menggabungkan ciri-ciri helikopter dengan ciri-ciri pesawat sayap tetap. Antara rekaan yang menggunakan susun atur sebegini adalah Fairey Rotodyne yang diuji dalam tahun 1960-an tetapi tidak dikeluarkan secara komersial. Rekaan moden adalah pesawat V-22 Osprey keluaran Bell Boeing, yang menggunakan dua rotor yang boleh diubah kedudukan jajarannya untuk membolehkan pesawat ini berlepas dan mendarat seperti helikopter dan terbang sebagai sebuah pesawat sayap tetap. Pesawat V-22 Osprey telah dipesan oleh Kor Marin Amerika Syarikat dan akan memasuki perkhidmatan peringkat skuadron sedikit masa lagi.

Seperti mana pesawat sayap tetap, helikopter juga bergantung kepada prinsip di mana udara yang bergerak lebih laju di atas permukaan atas bilah rotor berbanding kelajuan udara yang mengalir di permukaan sebelah bawah bilah rotor tersebut akan menyebabkan daya angkatan disebabkan perbezaan tekanan di antara kedua permukaan tersebut. Tetapi, lebih banyak daya angkatan dihasilkan, lebih banyak seretan dihasilkan oleh vorteks hujung sayap. Rotor helikopter boleh dilihat sebagai sayap yang berputar

Kawalan penerbangan pesawat sayap tetap menggunakan permukaan kawalan yang dilaraskan untuk mencapai perubahan hala, tinggi dan oleng pesawat. Tetapi dengan helikopter, kawalan penerbangan berbeza sama sekali. Untuk kawalan anggul (pitch) dan oleng, sudut potong (angle of attack) rotor utama diubah untuk menjanakan perbezaan daya angkatan rotor di bahagian-bahagian rotor tersebut, Daya angkat yang lebih di belakang sayap rotor akan menyebabkan helikopter tersebut terbang ke hadapan, penambahan di sebelah kiri bilah rotor akan menyebabkan helikopter membelok ke kanan. Pengubahan tahap anggul ini membolehkan helikopter digerakkan ke hadapan dan belakang serta dari kiri ke kanan.

Untuk kawalan pic ataupun olengan, sudut bilah rotor utama diubahkan atau dikitarkan (Bah. Inggeris : cycled) semasa bilah itu berpusing untuk mewujudkan satu perbezaan daya angkatan di bahagian-bahagian yang berbeza. Daya angkatan yang lebih di bahagian belakang rotor akan menyebabkan helikopter tersebut akan membolehkannya terbang ke hadapan, sementara daya angkatan yang berlebihan di sebelah kiri akan mengakibatkan helikopter bergerak ke sebelah kanan. Helikopter digerakkan sedemikian, dengan mengubahkan kawalan pic bilah rotor utamanya.

Kawalan rewang (yaw) pula dibuat dengan mengubahkan daya tarikan yang dikeluarkan oleh rotor ekor yang memberikan kawalan antikilas (anti-torque). Ini dikawal menggunakan kaki dengan memijak satu daripada dua injak kemudi ataupun pedal kemudi (rudder pedal), seperti alat kawalan kemudi kapal terbang sayap tetap.

Tuas Kolektif kawalan pic mengawal pic secara kolektif dengan mengubah sudut potong (angle of attack) bilah rotor helikopter. Apabila sudut potong bilah rotor ditambah, bilah rotor akan memberikan daya angkatan yang lebih. Pengawal kolektif biasanya diletakkan di sebelah kiri juru terbang. Penambahan kolektif dan pendikit (throttle) menyebabkan helikopter menaik.

Helikopter yang menggunakan dua rotor utama juga menggunakan prinsip kawalan yang sama, dengan beberapa perbezaan. Helikopter yang mempunyai rotor iring (CH-47 Chinook) mengawal pergerakan rewang dengan mengenakan kitaran kiri dan kanan kepada rotor, yang menyebabkan badan helikopter membuat rewang di atas paksinya. Untuk terbang ke hadapan, sudut potong bilah rotor diubah untuk memberikan daya angkatan yang lebih di rotor belakang dan daya angkatan yang kurang sedikit di rotor hadapan, menyebabkan badan helikopter terjongket he hadapan (ataupun ke belakang sekiranya perkara sebaliknya dilakukan). Kawalan rotor iring lebih jitu dan membolehkan helikopter rotor iring menjalankan kerja-kerja mengangkat dengan lebih efisien dan boleh mengangkat muatan yang lebih berat.

Perekaan yang menggunakan dua rotor dengan satu paksi (Co-axial rotor) menggunakan perbezaan kolektif untuk mendapatkan kawalan rewang. Ini menambahkan seretan dan menjanakan kilas pada satu rotor sementara mengurangkan seretan (dan kilas) di rotor yang lagi satu. Oleh kerana rotor berpusing dalam arah yang berlawanan, perbezaan ini menyebabkan helikopter berpusing.

Kawalan pendikit membolehkan perubahan kepada kuasa mutlak yang dikeluarkan oleh enjin. Kuasa yang dihasilkan oleh enjin disalurkan kepada rotor melalui satu sistem gear (transmission) .

Kawalan Pendikit adalah dengan cara memusingkan pemulas yang diletakkan di turus (column) kolektif (dipulas seperti kawalan pendikit pada motosikal). Kawalan putaran per minit (RPM) juga kritikal dalam pengawalan helikopter kerana rotor helikopter direka untuk beroperasi pada RPM tertentu. Untuk berat dan kelajuan tertentu, terdapat satu tahap RPM yang ideal (dipanggil Design-RPM). Pada hakikatnya, satu angka RPM yang lebih tinggi digunakan untuk meminimumkan keperluan resonans rekaan (resonance design requirements) dan untuk menambahkan margin keselamatan untuk menghindarkan tegun bilah rotor.

Tahap RPM yang berbeza hanya digunakan dalam keadaan autorotation untuk menambahkan tahap efisien rotor, satu ciri yang amat penting semasa kawalan tanpa kuasa enjin. Jika RPM terlalu rendah, bilah rotor akan menghadapi tegun dan ini akan menyebabkan seretan berlebihan dan memperlahankan lagi bilah rotor. Dengan bilah rotor semakin perlahan, daya emparan tidak lagi berupaya meluruskan bilah rotor dan “coning” berlebihan mengikut dan menyebabkan kegagalan malapetaka. Sebaliknya, sekiranya RPM terlalu tinggi, kerosakan boleh berlaku kepada hab rotor utama, pemindah kuasa dan kerosakan enjin daripada kelebihan daya yang dihasilkan. Dengan itu, RPM hendaklah dipastikan berada dalam julat yang agak sempit, hanya beberapa peratus. Juruterbang mesti mengimbangi RPM rotor dengan RPM enjin dan mengatasi masalah seretan ke atas sistem rotor. Helikopter yang menggunakan enjin turbin menggunakan bantuan gelung suap balik servo dalam pengawal enjin me untuk mengawal RPM rotor dan meringankan beban juruterbang.

Perubahan siklik akan mengubahkan pic bilah rotor secara kitaran, menyebabkan daya angkatan berubah-ubah merentasi satah ceper rotor. Perbezaan ini menyebabkan ceper rotor senget dan menyebabkan helikopter bergerak semasa penerbangan terkatung-katung (hover) ataupun bertukar attitude penerbangan ke hadapan. Lajur siklik biasanya ditempatkan di hadapan juruterbang. Siklik mengawal sudut bahagian plat damparan yang tidak bergerak. Ini mengawal sudut bahagian pat damparan yang bergerak. Bahagian yang bergerak berputar dengan bilah rotor dan bersambung dengan penukar sudut bilah rotor melalui penyambung, dengan satu penyambung bagi setiap bilah rotor. Bilah plat damparan tidak senget, kesemua bilah rotor berada di sudut kolektif (yang sama) dan apabila plat damparan disengetkan, penyambung menyebabkan berian pic di satu bahagian plat damparan dan tarikan pic di bahagian berlawanan dan menyebabkan helikopter condong mengikut pergerakan siklik. Semasa juruterbang menolak siklik ke hadapan, ceper rotor akan menyebabkan tujahan ke arah hadapan. Juruterbang helikopter juga perlu prihatin kepada kesan gegelung vorteks di mana helikopter di dalam keadaan terkatung-katung ataupun sedang menurun mengalami kesan akibat ribut angin yang dihasilkan oleh rotornya sendiri yang mengakibatkan golakan udara dan hilangan daya angkatan. Masalah ini paling ketara dengan pesawat V-22 Osprey

Dalam keadaan di mana helikopter kehilangan kuasa enjin, juruterbang menggunakan teknik dipanggil autorotation di mana dia melepaskan klac yang membebaskan rotor berpusing dengan sendiri membolehkan juruterbang tersebut menguasai pergerakan helikopter walaupun ketiadaan kuasa enjin. Ini membolehkan juruterbang membuat pendaratan kecemasan dengan syarat dia mempunyai ketinggian dan kelajuan hadapan yang mencukupi.