D i p l o m o v á p r á c ePavel Čoupek 2006/07

��

Z a d á n í

Z a d á n í

��

P r o h l á š e n í

Prohlášení

Prohlašuji,žetutodiplomovouprácijsemvypracovalzcelasamostatně.Veškerouliteraturuiostatníinformačnízdroje,zkterýchjsempodobuzpraco-váníčerpal,jsemuvedlvseznamupoužitéliteratury.

PavelČoupek

��

��

P o d ě k o v á n í

Poděkování :

Předevšímbychrádpoděkoval,vedoucímuméprácepanuakademic-kémusochařiMiroslavoviZvonkovi,ArtD.apanuakademickémusochařiLadi-slavoviKřenkovi,ArtD.zajejichcennérady,připomínkyapodněty,kterýmimipomáhalivprůběhuceléprácenamémdiplomovémprojektu.Dálepakbychrádpoděkovalvšempedagogůmaexternímvyučujícímoboruprůmyslovéhodesignuvestrojírenství,kteřímiochotněpomáhalivprůběhuméhostudia.Závěremděkujivšemmýmpřátelům,zajejichpsychickoupodporuazajímavépostřehykmédiplomovépráci.

��

��

A n o t a c e

Anotace

Diplomováprácesezabývánávrhemdesignuazákladnímkoncepčnímuspořádánímultralehkéhelikoptéry.Vprácijsouzohledněnyizásadnítechnickéaergonomickéfaktory,kterépřímoovlivňujíjaktvarcentrálnígondoly,takicelko-vouprostorovoudispozicistroje.Prácenenízamýšlenajakoreálnýprojektprosériovouprodukci,alesnažímsevnínastínitmožnýbudoucívývojkonstrukcekategorieultralehkýchvrtulníků.Tatodokumentacejetématickyrozčleněnanatřizákladníčásti,vekterýchjsoustručněpopsánykonstrukčníatechnicképrvky,základníergonomickécharakte-ristikyasamotnýdesignérskývývojtohotoultralehkéhovrtulníku.

Annotation

Thisdiplomaworkshandleswithdesignandbasicconceptual layoutofanultralighthelicopter.Workconcernsbasictechnologicalprinciplesandergoni-mical factors,whichdirectly influencebothshapingof thecentralgondolaandoverallspacearrangementofthemachine.Thisworkisn’tintendedasarealprojectforbatchproduction,Itriedtosketchoutpossiblefuturedevelopementinconstructionofultralighthelicoptersingeneral.

Thisdocumentationissectionedbytopicsintothreebacisparts.Inthesethreepartstherearebrieflydescibedconstructionalandtechnologicalelements,basicergonomicalcharacteristicsanddesignaspectsofthisultralighthelicopter.

O b s a h

1010

Obsah:

1.Úvod 13

2.Technika 15 2.1 Základnírozměry 16 2.2 Určenístroje 17 2.3 Základníkoncepcestroje 17 2.4. Rotorovýsystém 18 2.5. Pohonnájednotka 19 2.6. Výfukovásoustava 20 2.7. Palivovásoustava 20 2.8. Reduktory 20 2.9. Transmisnísoustava 20 2.10. Nosnáskořepina 22 2.11. Aerodynamickéstabilizátory 23 2.12. Přistávacízařízení 24 2.13. Řízení 25 2.14. Pilotníprostor 26 2.15. Letovévýkony 27

3.Ergonomie 29

3.1.Výhled 30 3.2.Ovladače 31 3.3.Sdělovače 33 3.4.Hluk 34 3.4.1.Hlukvinteriéru 34 3.4.2.Hlukovéemisestrojedoexteriéru 34 3.5.Nástupasezení 38 3.6.Záchrannýsystémstroje 40 3.7.Transport 40 3.8.Celkovépůsobenístrojenaokolí 40

1111

Obsah:

4.Designérskývývoj 43

4.1.Konstrukčníschémataadesignvrtulníků 44 4.2.Cíleprojektu 51 4.3.Základnítvarovánístrojeaprvnínávrhy 52 4.4.Návrhtvarování 54 4.5.Barevnéřešenístroje 57

5.Závěr 61

6.Použitáliteratura 63

7.Seznampříloh 65

8.Náhledyposterů 67

O b s a h

1�1�

1313

1 Úvod

Tatoprůvodnízprávadiplomovéprácenavazujenamouanalytickoupráci,vekterésezabývámvznikemahistoriímoderníchvrtulníků,jejichkonstrukčnímřešenímavneposlednířadětakéjejichdesignemaergonomií.Tutoprácijsemřešilvrámcipředdiplomovéhoprojektu. V mém diplomovém projektu se zabývám návrhem designu ultralehkéhelikoptéry.Tento úkol řeším s ohledemna dnešní technické a technologickémožnostivoblastileteckýchtechnologiíveliceprogresivně. Vnitřní technické celky jsempoužil z již dnesběžněvyráběnýchstrojů,čímžjsemzískalzákladstroje,kterýjsemdáletvarověupraviltak,abychvyzdvihljehonetradičníkoncepciapodpořiltímtotonetradičnítvarovéřešení. Cílemmépráce,jenavrhnoutnetradičníatvarověneotřeléřešenídesignustroje,kterýbysvoukoncepcíauspořádánímjednotlivýchkonstrukčníchcelkůpůsobilvelicedynamickýmaexpresivnímdojmem. Designérskýnávrh jesicenavržensohledemne technickéa technolo-gickémožnosti dnešní letecké výroby, přestoalenemůžeposloužit přímoprovýrobunovéhofunkčníhostroje.Posloužíspíšjakoalternativaaukazatelsměru,kterýmbysemohlubíratvývojkategorieultralehkýchvrtulníků.

Ú v o d

1414

1�1�

Te c h n i k a

2 Technika

Ultralehkáhelikoptéra.Jednáseoletounsrotujícínosnouplochou,kterávytvářípotřebnývztlaknutnýprolet.Nosnýrotorjevletutrvalepoháněnvlastnípohonnoujednotku.Rotorovýsystémmusíumožnitbezpečnépřistáníivpřípaděvýpadkupohonuvjakékolivletovéfázi. Hmotnost jeprokategoriiultralehkýchstrojůomezenana380kg.Kvůlitomutoomezeníjsoutytostrojevpraxikonstruoványjakojednomístné.

Te c h n i k a

1�1�

2.1 Základní rozměry

M 1:50 obr.2.1Základnípohledyarozměry

Te c h n i k a

1�1�

2.2 Určení stroje Rozhodl jsemsenavrhnoutultralehkouhelikoptéru,která jeurčenaprorekreačníprovoznamalýchklubovýchletištích.Strojjejednomístnýajenavržentak,abypilotovizaručilmaximálnímožnýpožitekzvolnéholetu.Netradičníkoncepceuspořádánírotoruakabinynavícpodtrhujesportovnícha-raktertohotostroje.Souladvšechtěchtodetailůpilotoviumožnídokonaléspor-tovnívyžitíaupoutápozornostnakaždéleteckéakci.Vžádnémpřípaděseovšemnejednáodopravníprostředek,určenýkekaždo-dennímcestám.Ktomutostrojnebylnavržen.Ultralehkéletounyjemožnépro-vozovatpouzezadobrýchpovětrnostníchpodmínekadobréviditelnosti,protojekaždodenníprovoztohotostrojevyloučen.Zahoršíchpovětrnostníchpodmínekmohoulétatstrojevyššíchhmotnostníchtříd,kterédokážíhoršímupočasívzdo-rovat.

2.3 Základní koncepce stroje

Přinávrhustrojejsemsesnažilvnéstdojehokonstrukceinovativníprvkya využít netradiční koncepce nosného systému.Dále jsem se rozhodl, využítveškerýchvýhodmoderníchpohonnýchjednotekakompositníchmateriálů,cožmiumožnilocelouskořepinustrojejemněaerodynamickytvarovataoptimalizo-vattakjejítvarvsouladusostatnímitechnologickýmicelkystroje.Vkonečnémdůsledku,jsemtakmohlpropůjčittétonetradičníkonstrukcipředpokladyvysoké-hovýkonupřiminimálníhmotnosti,tudížvysokéhospodárnostiprovozu.

Konstrukcijsemsesnažilnavrhnoutvelicekompaktní.Tímjsemsesnažilmini-malizovatprostornutnýprohangárovánístrojeanenáročnýtransport.Taktokon-struovanouhelikoptéruneníproblémpřepravovatnapřívěsnémvozíkuzaosob-nímautomobilem.

obr.2.2Základníkoncepcestroje

Te c h n i k a

1�1�

2.4. Rotorový systém

Sohledemkurčenístrojejsemserozhodlvkonstrukcivyužítkoaxiálníhoprotiběžnéhonosnéhorotoru.Tenmáoprotiklasickémujednomotorovémusys-témusvyrovnávacívrtulkouvýhoduvtom,ženenítřebavyrovnávatmomentyvzniklénataktouspořádanémnosnémsystému.Koaxiálnírotortotižsámžádnépřídavnémomentynevyvozuje.Točivýmomentodhorníhorotorujevtomtopřípaděvykompenzovánmomentemoddolníhorotoru,kterýmávpřípaděprotiběžnéhochoduopačnýčinekavýsled-nicetěchtomomentůjevideálnímpřípaděnulová.Prořízenístrojekolemsvisléosysevyužívářízenéhoovlivněnípoměrumomen-tůmezirotoryatovyvolářízenourotaciklemtétoosy.Taktokoncipovanýrotorovýsystémjenavícvelicekompaktníaoprotijednomo-torovémuuspořádánínavícúčinnější.Promůjstrojjsemnavrhlkoaxiálnínosnýrotorspřímořízenourotorovouhlavousetřemilistynakaždémrotoru.Průměrnosnýchrotorůje5000mm.Řízenírotorovéhlavyjezajištěnodvojitoudeskoucyklikyastandardnímpřepá-kováním,jakévyužíváfirmaKamovusvýchstrojů.TotokonstrukčníuspořádáníjejižpraxíodzkoušenoapoužívásetéměřuvšechstrojůznačkyKamov.Nejznámějšíjsoujejichvojenskévrtulníky,aletatotovárnavyvíjí imalécivilnístrojeadokonce i jedenstrojultralehkékategorie,viz.obr.2.3.

obr.2.3UltralehkýkoaxiálnívrtulníkKamovKumertau[7]

Te c h n i k a

1�1�

2.5. Pohonná jednotka

Jakozdrojpropulsnísíly,jsemserozhodlpoužítdnesjižběžněpoužíva-néhospalovacíhoturbohřídelovéhomotoruojmenovitémvýkonu100KW.Tentopohon vynikáminimální hmotností a vysokým výkonem.Pohonná jednotka jesloženazjednéaxiálníspalovacíturbínyasoustavyreduktorů.Samotnáturbínajeaxiálníhotypusvícestupňovýmaxiálnímkompresoremadvo-jitýmvolnýmturbínovýmkolemuloženýmvevýstupnítrysce.Odtohotovolnéhoturbínovéhokola,kteréjeroztáčenoproudemspalinzvýstupnítryskyturbínyjepřessoustavureduktorůpoháněnrotorovýsystém.Turbohřídelovýmotorsvol-nouturbínkoujednesstandardnímřešenímtaktokoncipovanýchpohonůaoprotijednohřídelovým turbínámdosahuje lepší účinnosti a vrtulníku zajišťujehladšídoběhrotoruavyššíbezpečnostvpřípaděporuchysamotnéturbíny.Taktokon-cipovanýpohonnavícnemusíobsahovatnouzovéoddělenírotoruodpohonnéjednotky.Vpraxijeprotentoúčelvyužívánaodstřediváspojka.

obr.2.4TurbohřídelovývrtulníkovýmotorARRIUS1A[10]

Te c h n i k a

�0�0

2.6. Výfuková soustava

Výfukovásoustavaturbohřídelovýchpohonůjepevnědanáanaladěnanaoptimálnívýkon.Protojevedenívýfukovýchplynůřešenooptimálnímzpůsobemtak,abyspalinyodcházelizmotoruscomožnánejmenšímodporem.Spalinytěchtomotorůdosahujíteplotykolem800stupňůC.Spalinyotaktovysokétep-lotěmohouvpřípadědelšíhoprouděnípopovrchukonstrukcepoškoditnosnoukonstrukcistroje,kterájevtomtopřípaděsamotnáskořepina.Protojedůležitézajistitsníženíjejichteplotyadůslednějeodvéstmimodrakstroje.Toho je v případěmé konstrukce dosaženo tak, že výstupní část výfukovéhopotrubí je směřována důsledněmimo drak stroje. Snížení teploty spalin jsemdosáhlumístěnímchladičespalinnavýstupvýfukovéhopotrubí.Tofungujenaprincipumísení horkých spalin s okolnímvzduchemve speciálně tvarovanémchladiči.Ten fungujenaprincipuvývěvy,proto si dokážesámpřisávat chladi-cívzduchadíkyvnitřním lamelám,kterézajistí turbulentníprouděnívchladičidojdekdůkladnémusmíseníhorkýchspalinschladnýmvzduchem.Tímdojdeksníženícelkovéteplotyspalinvystupujícíchzvýfukovéhosystému.

2.7. Palivová soustava

Turbopohonmávyššíspotřebupaliva,nežpístovýmotorostejnémjme-novitémvýkonu.Protojetřebapoužítvětšíchpalivovýchnádrží.Vrtulníkmácelkemtřipalivovénádrže.Hlavnínádržsenacházívzadníčástitru-povégondolyadalšídvěvedlejšíjsouumístěnyvaerodynamickýchstabilizáto-rech.Palivobybylopřiprovozupřečerpávánozpřídavnýchnádržídohlavnítak,abybylmotoruzajištěnoptimálnípřísunpalivavkaždémletovémrežimuavpří-paděporušeníjednéznádrží,dokázaldoletětnapalivoznepoškozenénádrže.

2.8. Reduktory

Uturbohřídelovýchpohonů jenutnévyužívatvícestupňovýchreduktorů.Turbínyvprovozudosahujívelmivysokýchotáček,až20000ot/min.dletypu,atyjetřebaredukovatnaasi500až800ot/min,kterýchdosahujenosnýrotor.Tytoreduktoryjsouvelminamáhanéajenutnéjeúčinněchladit.

2.9. Transmisní soustava

Ukoncepcehelikoptéryskoaxiálnímnosnýmrotoremjetransmisnísou-stavaredukovánapouzenarozvodtočivéhomomentukhlavnímurotoru.Tojevelikávýhodatétokoncepce,jelikožuklasickýchjednomotorovýchstrojůjeKar-bannáhonuzadnívrtulkyzdrojem technickýchporucha jevelicenáchylnýnavibrace.Jelikožjsempohonnoujednotkuumístildoblízkostinosnéhorotoru,jsoutrans-misemezireduktoryarotoremredukoványnaminimum.

Te c h n i k a

�1�1

obr.2.5Uloženívnitřníchkomponent-reduktory,transmiseavýfukovásoustava

obr.2.6Uloženívnitřníchkomponent-hlavnípalivovénádrže

Te c h n i k a

����

2.10. Nosná skořepina

Za základ a hlavní nosnou část celého stroje jsem si vybral jednolitousamonosnou skořepinovou konstrukci, provedenou z uhlíkových kompositníchmateriálů. Základní tvar pro tuto konstrukci jsem volil tvar vejce. Je to jedenznejideálnějších tvarů.Dosahujevysoképevnosticeléstrukturypřizachovánínízkéhmotnostiatakémávýbornéaerodynamickévlastnosti.Dotaktotvarovanéskořepinyjsemumístilveškerávnitřníústrojí.Tatoskořepinajezhotovenalaminovánímdonegativníformy.Základnímmateri-álemkonstrukce,jsouvysokopevnostníuhlíkovéaaramidovétkaniny,mezikte-réjevloženavoštinovákomůrkovávýztuha.Tytotkaninyjsouzapomocívakuaprosyceny vysokopevnostní pryskyřicí a následně vytvrzeny v peci za stáléhovakuování.Taktozhotovenáskořepinamávelmivysokoupevnostpřiminimálníhmotnosti.Jelikožjehlavnínosnoukonstrukcískořepina,jevelicevysokýpřed-pokladvysokébezpečnostiposádkypřipřípadnéhavárii.

obr.2.7NosnáskořepinavrtulníkuBell[11]

Te c h n i k a

2323

2.11. Aerodynamické stabilizátory

Vzhledemk tomu,žehelikoptéraskoaxiálnímnosnýmrotoremnemusímítdlouhouocasníčástprovyrovnáváníreakčníhomomentuodrotoru,takjsemtutočástzcelavynechalaponechalpouzemenšíaerodynamicképlochypostra-náchstroje,kterévrtulníkčástečněstabilizujípřidopřednémletu.Utaktokoncipovanéhostrojebytytostabilizátorysicemohlibýtvynechányúplně,alezvýšenístability letupřivysokýchdopřednýchrychlostechjevždyžádoucí.Tytoploškypomáhajíudržetkabinuspilotynatočenouprotisměruletuaumožnítakminimalizovatodporceléhostrojevletu.Stabilizacikabinypřivisuavmalýchrychlostechletuzajišťujeřídícíelektronika.

obr.2.8Aerodynamickéstabilizátory-pohlednazadníčáststroje

Te c h n i k a

2424

2.12. Přistávací zařízení

Jelikožjsemchtěldodržetmaximálníaerodynamickoučistotustroje,roz-hodl jsemsepoužít tříkolovýpodvozek,ukteréhovystupujevždypouzejednapolovinakolaztrupu.Tentopodvozekjeuloženpružněavybavenhydraulickýmitlumiči.Předníkolojenavícpropojížděnířízeno.Řízenítohotokolajeprovedenoelektrickýmservo-pohonem,kteréjespřaženosovladačemnožníhořízeníazaletuautomatickyvypínatelné.

obr.2.9Přistávacízařízení

Te c h n i k a

����

2.13. Řízení

Rotorováhlavajeovládánaelektroimpulsnímsystémemřízení.Tudížzdenenímechanickávazbameziovladačivpilotnímprostoruadeskoucykliky.Tutomechanickouvazbunahrazujíelektrickéservopohonyrotorovéhlavy,kteréovlá-dajídvojitoudeskucyklikyatímzajišťujířízenístroje.Použítíelektroimpulsníhořízenízajistíminimálnísílyvřízenía ideálníodezvuvrtulníkunapovelypilota.Veškeréletovérežimyjsounavíchlídányletovouavionikou,cožzajistíoptimálnístabilitustrojeaupozornípilotapřednalétnutímdoobratů,vekterýchbyhrozilopřekročeníbezpečnéletovéobálkyanedodrženíbezpečnostníhodiagramustro-je.Systémelektroimpulsníhořízenípomáhápilotovistabilizovatstrojvpřízemníturbulenciazazhoršenýchpovětrnostníchpodmínek.

obr.2.10Rotorováhlavaařízenídeskycykliky

Te c h n i k a

����

2.14. Pilotní prostor

Pilotníprostorjeumístěnvpředníčástitrupovégondoly.Zadníčásttrupu,kdejeumístěnapohonnájednotkaapalivovýsystém,jeoddělenaprotipožárnípřepážkou.Tachráníposádkuvpřípaděnehody.Pilotníprostorobsahujepouzečásti letovéavionikyaovladače řízení.Systémřízení jeelektroimpulsní, tudížnenítřebamechanickéhospojenímezirotorovoumechanikouařídícímiovlada-či.Převážnoučástpilotníhoprostoruzaplňujesedadlopilota,kteréjestavitelné.Spodníčásttohotoprostorutvoříhlavnínosnáskořepina.Překrytpilotníhoprostorujeřešenjakojednodílnývýlisekspolykarbonátu,kterýjeelektrickyodklápěcísměremvzhůru.Velký úhel otevření tohoto překrytu zajišťuje specielní otvíracímechanismus,kterýnejdřívevysunetentopolykarbonátovývýliseksměremvpředtak,abyneko-lidovalsokolníkonstrukcíapotéjejodklopísměremvzhůru.

obr.2.11Pilotníprostor

Te c h n i k a

����

2.15. Letové výkony

Vrtulník je navrženpro sportovní létání, z tohodůvodunení třeba, abystrojdosahovalvysokéhodostupu,doletuavysokéobratnosti.Nadruhéstraněmusídosahovatslušnédynamiky,abysipilotmohlvychutnatsportovnízážitekzvolnéholetu.Protojsemsohledemnatytoskutečnostinavrhltytoprovozníparametry.Maximálnírychlost300Km/hod.Maximálnídostup6000mnadhladinoumoře.Maximálnídovolenýprovoznínásobek+4G,-2GUžitečnáhmotnostjestanovenana150Kg.Tytoprovozníparametryzajistívysokoudynamikuletupřirozumnýchnárocíchnazkušenostpilota.

����

E r g o n o m i e

����

3 Ergonomie Umoderníchprůmyslovýchvýrobkůjenezbytné,zohlednitvkonstrukciveškeréergonomicképarametry.Přístupkonstruktérůkproblematiceergonomiesezaposlednídesetiletírapidnězměnil.Strojejsoukonstruoványtak,abymělypřinávrhupotřebyčlověkapřed-nost,předkonstrukčnímicelky,kterésemusípřizpůsobitjehopotřebám.Naprvnímmístěječlověkatechnikasemumusípřizpůsobitzakaždýchokol-ností,nikdynenaopak.Tentoprincipjenejvíceviditelnýunávrhůveškerýchdopravníchprostředků.Utěchtokonstrukcíseergonomickáhlediskazahrnujídokonstrukcejižvprvníchfázíchvývojestroje.Zvláštěuleteckýchkonstrukcímásprávněnavrženáergo-nomiezásadnívlivnabezpečnost.Vhodněergonomickynavrženýstrojneníjenopohodlípilotaasnadnémřízení.Celkovéřešeníergonomiemávelmivysokýpodílnaaktivníbezpečnostiposádkyletounu.Pokudmápilotoptimálnívýhledasprávněumístěnépilotnímísto,mámnohemlepšípřehlednadaktuálnípolohoustrojeamnohempřesnějihomůženavádětnazvolenémísto.Uvrtulníku je správnáorientacepilotavprostorunesmírnědůležitá,protoževrtulníksemůžepohybovatvšemisměryvprostoruapilotmusímítmožnostvkaždémletovémrežimupřesněurčitsvojípolohu.

E r g o n o m i e

3030

3.1. Výhled

Napilotníprostorvevrtulníkujsoukladenyspecifickénároky.Vrtulníkmáhlavnívýhoduoprotiklasickýmplošníkůmvtom,žemůževisetnamístěaope-rovatvnízkýchletovýchhladinách.Tomutoletovémurežimutakémusíodpoví-datkoncepceauspořádáníkokpitu.Abypilotmohludržetvrtulníkvnízkéleto-véhladiněstabilně,musísedobřeorientovatkdeavjaképolozesepohybujevprostoru.Ktomumusímítnějakéorientačníbody,nakterémusímítvýbornývýhled.Vpraxi se pilot orientuje podle krajiny a terénupod vrtulníkem.Protomusíbýtkabinapilotníhoprostoruznačněprosklenáapilotovimusízaručitvyni-kajícívýhled.Uméhostrojejsemoptimálnívýhledvyřešilrozměrnýmpřekrytemkabiny,kterýjeodklopnýsměremvzhůru.Podlahajepevnáatvořínosnoučástpilotníhopro-storu.Nejsouvnísiceumístěnyprůhledy,alesamotnápilotnígondolajeveliceúzkáatvarovánatak,žepilotoviumožňujekvalitnírozhledvšemisměry,bezzvý-šenénámahy.Bočníčástpřekrytujenavíctvarovánatak,žepilotpootočíhlavymáčástečnývýhledisměremvzad.

obr.3.1Výhledovéúhlyazornápole

E r g o n o m i e

3131

3.2. Ovladače

Vrtulníksemůžepohybovatlibovolněvprostoruvšemisměry.Tatojehovýhodasenegativněprojevujepřiřízení.Tojevporovnánísřízenímklasické-hoplošníkupoměrněnáročnějšínapilotážapilotmusíbýtneustálevestřehuakorigovatsprávnýsměrpohybu.Uplošníkujeřízeníjednoduššívtomsmyslu,žesepohybujestálevpředapilotřídí„pouze“směr,rychlostasprávnouvýškuletu.Kdežtovrtulníkjeužzesvéhoprincipuvelicenestabilní.Přiletumásnahusepodleúhluanastaveníkolektivníhořízenírotorovéhlavystáčetkolemsvisléosyaměnítímisvůjnáklon.Totovšemusípilotkorigovatsprávnýmizásahydořízeníapřitomdodržovatkurz,rychlostavýškuletu.Moderníkonstrukcerotoro-véhlavyapiezoelektrickégyroskopyvespojenísmodernímiřídícímisystémyjižpilotážznačněusnadňují,avšaknapilotajsoukladenystálevelkénároky.Prořízenívrtulníkumápilotvkokpitučtyřizákladníovládacíprvky.Klonění,klo-pení,nastaveníúhlukolektivuanatáčenístrojekolemsvisléosy.Kloněníaklopenívrtulníkuseovládápomocíhlavníhokniplu,který jeumístěntak,abyjejmohlpilotovládatpravourukou.Vmémpřípadějepoužitoelektroim-pulsníhořízeníadíkytomujemožnéjakoovladačpoužítmalýjoystick,kterýjeumístěnpopravéstraněkokpitunamalébočníkonzole,kterájestavitelnápodlepotřebypilotaajeonimožnépohodlněopřítpředloktíruky.Tímmápilotzaručensnadnýdosahnatentoovladačavysokýkomfortpřiovládání.Zpětnávazbaovladačejeřešenapomocívibračníchčlenůvovladači.Tozaručípilotovicitlivouzpětnouvazbunaodezvyvřízeníaposkytujevysokoupřesnostacitpřiřízeníiběhemprudkýchzásahůdořízení.Pohybemknipluvpřed,čivzadovládápilotklopení.Kloněníjeovládánopohy-bemkniplunastrany.Natáčenístrojekolemsvisléosy,seovládánožnímřízením.To je realizovánopomocídvojicespřaženýchpedálůajeopětřešenojakoelektroimpulsní.Sešláp-nutímpravéhopedálusestrojzačneotáčetpodélsvisléosynapravoustranu,přisešlápnutílevéhonaopak.Nožnířízeníjenutnéovládatvelicecitlivě.Úhelnastaveníkolektivníhořízeníseovládápákou,kteroumápilotumístěnounalevéstraněuhranysedákuaovládájejlevourukou.Ovládáním„kolektivu“seřídístoupáníaklesánístroje.Sezměnouúhlunáběhukolektivusetakérovnoměrněmusíotvíratpřípusťmoto-ru,jinakbypokleslyotáčkyhlavníhorotoru,strojbysestalneovladatelnýmazřítilbysekzemi.Opřípusťmotoruseovšempilotstaratnemusí.Vletutotořídíintegrovanýřídícísystém, který se stará o dodržení konstantníchotáček rotoru a pilot si pouzepomocíletovýchpředvolebnastavíotáčkyrotoruacitlivostřízení.Totojemož-népouzeuelektroimpulsníhořízenísvyspělouletovouavionikou.Tytomodernířídícísystémypilotoviveliceusnadnípráciatensimůžepohodlněvychutnávatsamotnýletstroje.

E r g o n o m i e

3232

Nastavení palubního počítače a přepínání letových předvoleb je umístěno napravékonzole,nakteréjeiovladačkloněníaklopení.Protentoúčeljenaniumístěnmultifunkčnídotykovýovladač,kterýmseprovádíveškeréletovénestavení.Přepínánízákladníchletovýchpředvolenanejnutněj-šípřepínačejsouumístěnypřímonaovládacímjoysticku.Tímmápilotzaruče-nosnadnéovládánívšechsystémů,anižbymuselpřemisťovatrucezovladačůahledatpřepínačeajinéovládacísystémy.

obr.3.2Rozmístěníovladačůvpilotníkabině

E r g o n o m i e

3333

3.3. Sdělovače

Standardněsesdělovačeumisťujínapřístrojovédesky,kteréjsouumístě-nyvpředníčástikokpitu.Samotnésdělovače,jsouvětšinoustandardníanalogo-véručičkovépřístroje.Vdnešnídobějevšakstálečastějinahrazujímultifunkčnívelkoplošnépanelyztekutýchkrystalů.Unejmodernějšíchstrojů,hlavněvojen-skýchsevkokpitupoužívajíiprůhledovéštítkyaspeciálníbrýle.Natysevletupromítajíveškerénutnéletovéinformace.Totomávýznamnývlivnapřehlednostasnadnouovladatelnostveškerýchletovýchsystémů.Pilotmádíkytomuveške-réinformacepotřebnévaktuálníletovéfázistálevesvémzornémpolianemusíserozptylovatpřihledáníkonkrétníchletovýchúdajů. Jájsemserozhodljíttoutomodernícestouakabinujsemvybavilspeciál-nímprojekčnímsystémem,kterýbyzobrazovalletovéparametrypřímonačirémpřekrytukabiny.Tytoúdajejsouzobrazoványtak,abyjemělpilotstálevesvémoptimálnímzornémpoli.

obr.3.3Standartnípřístrojovévybaveníkokpitumoderníhovrtulníku[10]

E r g o n o m i e

3434

3.4. Hluk

Hlučnost vrtulníků je v dnešním leteckém provozu velice hlídanýmadůležitýmúdajem.Vprvnířadětojehlučnostvkabině.Omezenítétohlučnostijevelicedůležitépropohoduposádkyamávelikývlivnaschopnostisoustředěníacelkovouúnavupilota.Dlouhodobépůsobení zvýšenéhlučnostimánačlověkaveliceneblahývlivamůžezpůsobitifyzicképotíže.Ztohotodůvoduseposádkyvrtulníkůmusíprotitomutohlukuúčinněchránit.Konstruktéřisesamozřejměsnažítentohlukminimalizovat, ale přestomusí členové posádky používat ochranné sluchátkas integrovanýmkomunikátorem.Díkytomunejsoučlenovéposádkynadměrnězatěžovánihlukemamohouspolubezpečněajasněkomunikovat.

3.4.1. Hluk v interiéru

Zvýšenáhlučnostvinteriéruvrtulníkujeprostěfakt,sekterýmsemusímesmířit.Inženýřisesnažítutohlukovouzátěžalespoňčástečněeliminovat.Nej-většímzdrojemhluku,kterýsešířídovnitřstrojejepohonnájednotkaareduk-tory.Jejichhluksedáminimalizovatpromyšlenoukonstrukcísamotného trupuasprávnýmumístěnímtěchtokomponent.Důležitájetakékvalitníprotihlukováizolacepláštěstroje.Tamázacílodstínitjakhlukodpohonu,takaerodynamickýhlukzpůsobenýobtékánímtrupuvzduchemahlukindukovanýnahlavnímrotoru.Řešeníhlukovéizolaceaprincipyjehominimalizacejsousamozřejměrozdílnéurůznýchdruhůstrojů.Maléastřednístrojeurčenépropřepravuosobtotořešívelicedůsledně,kdežtotransportnístrojesesnažímaximálněodhlučnitpouzepilotní prostor.U některých typů, hlavně dvourotorových se umísťují pohonnéjednotkymimotrupatímseminimalizujepřenoshlukudonákladovéhoprostoruaprostoruproposádku.Toto jeveliceúčinnéřešení,bohužel jerealizovatelnépouzeuněkterýchtypůkonstrukčníchschémat.

3.4.2. Hlukové emise stroje do exteriéru

Druhýmvelkýmproblémemjehluk,kterýpůsobísamotnýstrojvprovozuatímzatěžujeveškeréokolíkdejeprovozovánzvýšenouhlučností.Tojednesvelicevýznamnýproblém,protožesevrtulníkypohybujínadobydlenýmiúzemímivmalévýšce.Největšímzdrojemhlukovýchemisívkonstrukcivrtulníkujehlavnínosnýrotor.Je sice konstruovaný tak, aby při žádném letovém režimunedosáhla rychlostžádnéholisturotorurychlostivyšší,než0.7M(M-Machovočíslo,označujekon-stanturychlostizvuku),přestonaněmvznikajíproblémyslaminárnímprouděnímkolemrotorovýchlistůavznikléturbulentníprouděníaodtrhávajícíseproudniceodpovrchuprofilurotorovýchlistůjsouzdrojemsilnýchhlukovýchemisí.Vzniku tohoto hluku je velice těžké se zbavit a dokonale utlumit nosný rotorje nemožné.Přesto se tomuto problému inženýři věnují a navrhují rotory tak,

E r g o n o m i e

3535

abyeliminovalyveškeréturbulentníproudění.To jevšakvzhledemk jehopra-covnímu režimu velice obtížný úkol. Každý rotorový list během jedné otáčkyměnívlivemkolektivníhořízeníúhlunáběhulistůpravidelněsvůjúhelnáběhu,přitomdáledocházíkjehomáváníakývánívzávěsech.Tytopohybyjsoutlumenyamajízaúkoludržetrelativnírychlostpohybulistuatímudržetkonstantnívztlakvyvozenýlistemvprůběhuceléotáčkyrotorupřidopřednémletu,cožjevelicenesnadné.Protolistvprůběhuotáčenívelicerychleměnísvojeaerodynamicképarametry.Topůsobívelkýmisilaminasamotnýrotorovýlist.Tenjetakzatěžo-vánvelkýmisilamiadocházínaněmk jistéelasticitěatímseopětmění jehoaerodynamickévlastnosti.Ztohovyplývá,žejelistzatěžovánvelminerovnoměr-něaoptimalizovatjehotvaraprofilproveškeréletovézatíženíjevelicenesnad-nýúkol.Vždydocházíkurčitémukompromisuadíkytomuneníprouděnínataktokonstruovanémrotorovémlistuoptimální.Ztohoplyne,žeaerodynamickéhohlu-kusedokonalezbavitnelze.Protytoneoptimalizovanérežimyjecharakteristickýdunivýzvuknosnéhorotor,kterýsevyskytujehlavněpřirychlýchzměnáchúhlunáběhulistů. Dalšízvuk,kterýsevyskytujenanosnýchrotorechjetypické„svištění“.Tentozvukjezpůsobenzpřevážnéčástivýraznýmturbulentnímprouděnímnakonci rotorového listu.Na tomto volnémkonci se vyrovnává tlakmezi spodníahornístranourotorovéholistuatozpůsobujevznikvíru.Tenjezdrojemsilnéhoindukovanéhoodporuaturbulentníhoproudění,cožjedoprovázenocharakteris-tickýmzvukem. Zhlediskakonstrukcesetotořešíúpravoukoncovéhoprofilu.Tenjevyba-venspeciálnětvarovanýmzakončením.Totořešeníjevšakvelicevýrobněnároč-né.Je tostejnýproblém,kterýse řešíu letadelpomocí takzvanýchWingletů.Wingletyjsouvlastněspeciálnětvarovanézakončovaníkoncovéčástikřídel. Další cestou jak minimalizovat hlukové emise hlavního rotoru je snížitrychlostotáčení rotoru.Tomávšakzanásledeksníženívztlaku,který je rotorschopenvyvinou.Totosedálemusířešittím,žesepoužijevícelistýrotor.Vpraxi to jsoupřevážně tří, čtyřapětilisté rotory.Ale i totomásvéomezení,protožejednotlivélistysevzájemněnegativněovlivňují.Zakaždýmlistemvznikátakzvanýúplav.Jsoutovlastněmalévzdušnévíry.Apokudjedruhýpostupujícílistzasažentímtoprouděním,takjsounarušenyjehoaerodynamickévlastnosti.Protonelzepostavitstrojsdevítilistým,neboivíceletýmrotorem.Totojedánotakzvanýmvýpočtemplnostinosnéhorotoru.Tentovýpočetzohledňujemaximál-nípočetlistůvjednomrotoru.Ipřesrůznékonstrukčnípotíže,jsouvkonečnémdůsledkuvícelistérotorytiššíaefektivnějšínežrotorydvoulisté. Jinýmzdrojemhlukujeocasnívyrovnávacírotor.Pokudjdeojednoduchélistovévyrovnávacírotory,jeproblematikaobdobnájakouhlavníchrotorů.Jsoualepoužíványijinézpůsobyjakvyrovnávatreakčnímomentodnosnéhorotoru.Zhlediskaemisíhlukujenejtiššívyrovnávacírotoržádnývyrovnávacírotor.Totobyljedenzaspektů,kteréměvedlikvyužitídvourotorovéhokoaxiálníhonosné-hosystému.Tenseskládázedvouprotiběžnýchrotorů,kteréjsouumístěnynastejnéoseotáčeníadíkytomusekompenzujíjejichreakčnímomenty.Protozde

E r g o n o m i e

3636

není třeba ocasní vyrovnávací rotor.Takto koncipovaný nosný systémbymělbýtteoretickyještěhlučnější,vzhledemktomu,žedocházíkezdvojenínosnéhorotoru.Toovšemvpraxi neplatí, protožedva rotoryprodosažení potřebnéhovztlaku pro let jemožnéprovozovatpři nižšíchotáčkách.Při sníženíprovoz-níchotáčeknosnéhosystémudocházíkrapidnímusníženíparazitníchhlukovýchemisíanavíckezvýšeníúčinnostitakovéhonosnéhorotoru.Totobylydůvody,kteréměvedlykvyužitídvourotorovéhokoaxiálníhonosnéhosystémusetřemilistyprokaždýrotor. Poslednímvelkýmzdrojemhluku,kterýsevýrazněšířídookolívrtulní-kujejehopohonnájednotka.Tajevždysloženazvlastníhomotoru,reduktoruatransmise. Transmiseareduktorysamotnémnohohlukunevytvoří.Největšímzdro-jemhlukovézátěžejetedysamotnýmotor.Vevrtulnícíchsepoužívajídvazáklad-nítypyspalovacíchmotorů. Prvním je pístový spalovací motor. Ten se montuje do malých strojůatomutakéodpovídákoncepcejehouloženíakonstrukčnířešeníjehoutlumení.Zpravidlasejednáovzduchemchlazenépřeplňovanévysokootáčkovéagregáty.Výfukovásoustavajenaladěnanamaximálnímožnývýkon,tomutakéodpovídávelicevysokáhlučnost.Jižzprincipupístovýmotorvytvářípoměrněznačnévibrace,kteréjsoudálepře-nášenydokonstrukcestrojeazpůsobujívibraceněkterýchdílůdrakuvrtulníku,tímpádemidalšíhlukovouzátěž.Navícjsoutytopohonnéjednotkyuloženypou-zečástečnězakapotované,cožmávkonečnémdůsledkuzavýsledekpoměrněvysokéhlukovéemiseceléhosystému. Druhýmavdnešnídoběnejpoužívanějšímagregátem jespalovací tur-bohřídelovápohonná jednotka.Tamáoprotipístovýmmotorůmmnohemlepšívýkonovéahmotnostníparametry.Dálemáprovrtulník imnohempřijatelnějšíprůběhvýkonua točivéhomomentuvzávislostina režimuprovozníchotáček.Navícturbínovýpohonnevytvářítéměřžádnévibrace,kterébysemohlypřená-šetdokonstrukceazpůsobovatjejíúnavovénamáhání.Díky tomu se hlukové emise vlivem vibrací od pohonné jednotky redukují naminimum.Téměřjediným,aleotovýraznějšímzdrojemhlukujevtomtopřípaděvýstupnítryskavýfukovéhopotrubí.Protékájímvysokourychlostívelkémnožstvíhorkéhoplynuvenzespalovací komory.Tytoplyny jenutnévhodným tvaremvýstupnítryskynasměrovattak,abyserovnoměrněmísilysokolnímvzduchem,ochlazovalysearovnoměrněrozptylovalydookolníhoprostředí. Charakteristickýmzvukem turbohřídelovéhopohonu je výrazný „svistot“vytékajícíchplynůzturíny.Tentozvuknenínikterakintenzivníaprolidskéuchomnohem„příjemnější“,nežzvukpístovéhomotoru.Navícjevýrazněpřehlušenzvukemhlavníhorotoru. Díkytechnickýmvýhodámpoužitíturbohřídelovéhomotorujsemopouži-tí pístovéhospalovacíhomotoruanineuvažovalapropohonvrtulníku rovnoupoužilTurbohřídelovýpohon.

E r g o n o m i e

3737

Nacelkovéhlučnostikaždéhostrojemápřestonejvětšívlivhlavnínosnýrotor.Navícsevzávislostinaletovémrežimuhlukovázátěžpoměrněrazantněmění.Nejnižšíhlučnostidosahujíobvykletytostrojepřiplynulémdopřednémletuces-tovnírychlostí.Naprotitomunejhlučnějšíjeprudkémanévrovánístrojetěsněnadzemí.Protentorežimjsoucharakteristicképrudkézvukovérázy,kterévznikajípřiodtrženíproudnicpodélrotorovéholistu Hlukuseuvrtulníkunezbavímenikdy,alevhodnouoptimalizacíapečli-výmvýběremkonstrukčníchschématjejlzeminimalizovatnapřijatelnouhladinu.Totojezejménausportovníholétánívelicedůležité,protožesportovníletištěsenacházíčastovtěsnéblízkostiobydlenýchoblastíazvýšenáhlučnostnatěchtoletištíchsemnohdystávádůvodem,pro jejichodsun,vhoršíchpřípadechprojejichúplnérušení.

obr.3.4Posádkavrtulníkumusípoužívatochrannásluchátkaakomunikátory[10]

E r g o n o m i e

3838

3.5. Nástup a sezení

Nástup do mého vrtulníku jsem vyřešil rozměrným vzhůru odklopnýmlexanovýmpřekrytempilotníhoprostoru.Tenjezavěšennaspeciálnímotvíracímmechanismu,kterýmuzaručívelkýúhelotevření.Celýpilotníprostor jenavícpoložennízkonadzemí, takženástup je velice snadný. Jedinoupřekážkupřinástupu tvoří otvírací mechanismus překrytu. Tento by mohl při neopatrnémnástupukolidovatshlavounastupujícíosoby.Ztohotodůvodujesedadlopilo-tauloženonaelektrickyřízenémmechanickémpojezdu,kterýumožňujevyjetísedadladopředníčástikokpituapousednutípilotasevrátínasvémístodozad-níčástikabiny.Provýstuppilotaprobíhástejnýproces.Sedačkapilotajekom-pletněnastavitelnáadisponuješirokýmrozmezímnastavenísedákuaopěrky.Díkytomusekokpitpilotadápřizpůsobitnamírujakémukolivjedinci.Dokabinysebezproblémůvejdeiosoba195cmvysoká.Tozajišťujepilotovivysokýkom-fortsezení.Sedačka jedálevybavenaspeciálnímbočnímvedením těla,kterézajistípevnýposezpilotaakvalitnívedenítělaipřidynamickémletuvprudkýchobratech.Opěrákjedálevybavenbezpečnostnívýztuhoukolemhlavypilota.Tovpřípaděnehodyzabránítěžkýmporaněnímhlavyapáteře.

obr.3.5Pilotsedícívkokpitustroje,překrytkabinyjeotevřen.

E r g o n o m i e

3939

obr.3.6Rozměrynástupníhoprostoru M 1:35

Pohledboční:otevřenýkokpit

E r g o n o m i e

4040

3.6.Záchrannýsystémstroje

Ultralehké letouny jsou velice často vybaveny padákovým záchrannýmsystémem.Toto ovšemneplatí pro ultralehké vrtulníky.Proto jsem se rozhodldoméhovrtulníkunavrhnoutzáchrannýsystém.Uvrtulníku jeproblémsnos-nýmrotorem.Dokudsetočílistynosnéhorotoru,nenímožnévystřelitzáchrannýpadák,aniopustitkokpitstroje.Protojsemserozhodlvybavittentosvůjvrtulníkzáchrannýmsystémem,kterývpřípaděfatálníhoselhánístrojeoddělícelouroto-rovouvěžodzbytkustrojeavystřelízáchrannýpadák.Toto torzovrtulníkubypotébezpečněpřistálonazáchrannémpadáku.Prooddělenírotoruodzbytkukonstrukcejepoužitamalánálož,kteráustřihnekotvícíšroubyrotorovévěže.Potésevztlakem,kterýrotorvyvozujecelárotorovávěžvysunezkonstrukcetrupuaoddělí.Tentozáchrannýsystémbybylovšemposlednímožností, jakvyřešitkrizovousituaciajetoopravdukrajněnouzovéřešení.Přiobyčejnémvysazenípohonnéjednotkyjetentovrtulníkschopenbezpečněpřistátautorotací.

3.7.Transport

Vrtulníkjsemnavrhlsohledemnaminimálnírozměrystrojeajehosnad-noupřepravu.Jehorozměryjsoutakové,žejejlzebezproblémutransportovatnapřívěsnémvozíkuzaosobnímautomobilem.

3.8.Celkovépůsobenístrojenaokolí

Celkovýúčinekprovozuvrtulníkunasvéokolíjetedyzávislýnaceléřaděkonstrukčnířešeníatechnologickéúrovnistroje.Navícjevelicedůležitýletovýrežim,vekterémseprávěstrojnachází.Designstrojeaergonomickéřešeníjeopětpoplatnémomentálnítechnickéúrov-niateoretickýmznalostemzoblastiaerodynamiky,metalurgieaostatníchtech-nickýchoborů.Vrtulníkjevdnešnídoběvelicekomplikovanýanáročnýstroj,nakterémsepoužívajínejmodernějšíkonstrukčnířešení.Výslednývzhledjeopti-malizovanýmkompromisemvšechjehočástíavkonečnémdůsledkutvořívide-álnímpřípadědokonalouharmoniiformyafunkce.

E r g o n o m i e

4141

4242

D e s i g n

4343

4 Designérský vývoj

Obecnělzenapsat,žedesignvšechlétajícíchstrojůjepoplatnýmířetech-nickévyspělostikonstrukcetěchtostrojů.Uvšechletounůjevzhledprimárněpod-řízenfunkci.Jakodruhéhlavníhlediskojetechnologievýrobystrojeadosaženéznalostivteoriiletuakonstrukci.Vrtulníknenívýjimka,jetolétajícístrojajakotakovýjeoptimalizovánprodosaženímaximálníužitnéhodnotyprodanýrežimprovozu.Základnítvarovánítěchtostro-jůjeřešenotak,abystrojmohlplnitsvojípředpokládanoufunkci,(většinoutrans-portní)apřitomdosahovalminimálníchnárokůnaúdržbuaspotřebupohonnýchhmot,přizachovánírozumnýchvýrobníchiprovozníchnákladů.

D e s i g n

4444

4.1. Konstrukční schémata a design vrtulníků

První stroje byly sestrojeny tak, aby byly schopné se vůbec udržet vevzduchuslidskouosádkou.Tomutakéodpovídájejichvzhled.ZastáncemtétogeneracejenapříkladSikorskéhoprvnísériovýtipvrtulníku.Strojetétokoncep-ceseprojednoduchoualevnoukonstrukcivlehcepozměněnépodoběudrželydodnes.Takovékonstrukčníschémajevyužívánohlavněuultralehkýchstrojů,kdemáminimalizacevýrobníchnákladůapoužitípístovépohonnéjednotkysvéopodstatnění.Tytostrojesevyznačujíhlavnějednoduchýmpřímořízenýmdvoulistýmrotorem,kterýjepoháněnpístovýmspalovacímmotorem.Základnínosnákonstrukcestro-jejevytvořenazjednoduchéprutovékonstrukce,kterájesvařenazocelovýchtrubek.Vyrovnávacírotorjeuložennarameni,kteréjeopětřešenojakojedno-duchápříhradovinazocelovýchtrubek.Gondolapropilota jeasi jedinýprvek,nakterýlzeuplatnitnějakoutvůrčíinvencivesmysludesignu.Sikorskitotomocneřešilapoužilnakapotážpilotnígondolypodobnéřešení, jakéseužívalonaklasickýchletounechspevnounosnouplochou.

obr.4.1VrtulníkSikorskyVS300-Sikorskéhoprvníúspěšnýtypvrtulníkuzroku1939[1]

D e s i g n

4545

Důležitým zlomem ve vývoji designu vrtulníku, bylo použití samonosnéskořepinovéapoloskořepinovékonstrukce.Tatokonstrukceumožňujelépetva-rovatsamotnýplášťvrtulníku.Díkytomuzkonstrukcenevystupujírůznépruto-vékonstrukce,kterézvyšujíodporvzduchu.Plášťjemožnoplynulenavázatnanosníkocasníhorotoruatímdůsledněpotlačitaerodynamickýodporanežádou-cí turbulentníprouděnípodélkonstrukce.Samonosnéskořepiny jižmajíkokpitplynule integrovándo zbytku trupu.Tato konstrukce využívánosnéhopotahu,protojsouhlavněvnákladovémprostorupoužitymenšíokna,nežbybylomožnéuprutovékonstrukce.Tutonevýhodučástečněodstraňujíažmoderníkompozitnímateriály,kteréumožnilybohatéprosklenítrupuvrtulníkubezvznikunebezpeč-nékoncentracenapětípoblíž těchtovrubůas tímzpůsobenévyššíhmotnosticeléhostroje. Prodosaženílepšíchletovýchvýkonůjsouněkteréstrojevybavenymalý-mikřídly,kterépřiurčitédopřednérychlostizvyšujívztlakceléhosystému,tudížumožnívětšídostupiprovoznízatížení.Stímsouvisíipřípadnáúsporapaliva.Natytokřídla jemožnépodvěsit idalšínáklad,vpřípaděvojenskýchstrojů tojsouzbraňovésystémy.

obr.4.2Vrtulníkcelokovovéskořepinovékonstrukceskřídelnímizávěsníky[12]

D e s i g n

4646

Další důležitá věc, která se projeví na celkovém vzhledu bude použitápohonnájednotka.Dnessevevelkévětšiněpoužívajíturbohřídelovépohonnéjednotky,kterémajíoprotipístovýmspalovacímmotorůmvelkévýhody,viz.Technickáanalýza.Navzhledustrojeseturbohřídelovápohonnájednotkapoznápodlevýraznýchnasá-vacíchotvorůavelkéhovýfukovéhopotrubí.Sacíkanályivýfukovépotrubí jezpravidlaumístěnonahornístraněstrojeblízkohlavníhorotoru.

Naproti tomupístové spalovací pohonné jednotky jsou použity jen umenšíchvrtulníkuaustrojůspadajícídokategorieultralehkýchvrtulníků.Pístovémotoryjsouvtěchtostrojíchuloženyvzadníčástitrupovégondoly,větši-noupodnosníkemvyrovnávacíhorotoru.Tytopohonnéjednotkyvyžadujípřístupvelkéhomnožstvíchladícíhovzduchupromotoraostatnísystémy.Totosetaképrojevujenakapotáži,kterámávzadníčástimnožstvíprůduchůaventilačníchotvorů.

obr.4.3UltralehkývrtulníkHelicyclepoháněnýspalovacíturbínou[5]

D e s i g n

4747

Jeden z nejvýraznějších optickýchprvků, které ovlivňují celkový vzhledvrtulníkujenosníkvyrovnávacíhorotoruasamotnývyrovnávacírotor.Prokonstrukcenosníkůvyrovnávacíhorotorusepoužívajívětšinoudvěhlavnískupinykonstrukčníchschémat.Prvníanejstaršíjeklasickáprutovákonstruk-cebeztuhéhopotahu.Zestetickéhoitechnickéhohlediskatonenínejvhodněj-ší řešení.Tato konstrukce způsobuje silné turbulentní proudění, tudíž zvyšujevýkonové ztráty celého systému.Navíc konstrukce transmise ocasního rotoruneníkrytá,cožsenegativněprojevujenajejíživotnosti.Jedinouvýhodoutohotouspořádáníjesnadnáúdržbaanízkévýrobnínáklady.Totořešenísepoužívápřevážněustaršíchkonstrukcínastrojíchnižšíhmotnost-níkategorie. Nejjednodušší konstrukce nosníku vyrovnávacího rotoru se používáuultralehkýchvrtulníků.Utěchtostrojů jecelá tatokonstrukceredukovánadojedinéhonosníku,kterýjetvořentenkostěnnoutrubkouzvysokopevnostníhliní-kovéslitiny.Jetovelicefunkční,jednoduchéaestetickéřešení.Kvůlipevnostnímcharakteristikámjevšakpoužitelnépouzeumalýchalehkýchstrojů.Totořešenísemizdájakonejelegantnější.

obr.4.4UltralehkývrtulníkKompresspoháněnýpístovýmspalovacímmotorem[10]

D e s i g n

4848

Natytotypynosníkůsemontujípouzejednoduchévyrovnávacírotory,kteréjsouobdobnékonstrukcejakohlavnínosnýrotor.Jsoupřevážnědvoulistéamaximál-nějednoduchéspřímýmřízenímúhlunáběhu. Vdnešnídoběnejpoužívanějšíkonstrukcenosníkuvyrovnávacíhorotorujeskořepinováapoloskořepinovásamonosnákonstrukce.Toto konstrukční řešení umožňuje důmyslné a propracované tvarové řešenípřizachovánívšechpevnostníchvýhod tohotokonstrukčníhoschématu.Taktořešenýnosníkvyrovnávacíhorotoruumožňujepoužitíplynuléhopřechodumezisamotným trupem a nosníkem. Do tohoto nosníku jsou integrovány veškerétransmiseasystémyřízenívyrovnávacíhorotoru,čímžjeaerodynamickyvelmičistý, tudíždosahujevýbornéaerodynamickéapevnostnícharakteristiky.Jehonevýhodoujesložitákonstrukceanákladnávýroba. Na skořepinové konstrukce ocasního rotoru se montují veškeré typyvyrovnávacích rotorů.Těmi jsounejčastěji klasickédvoulisté,někdy i vícelistérotorypodobnékonstrukcejakoseužívánahlavnímrotoru.Asinejelegantnějšíjepoužitívyrovnávacíhofenestoru.Tatokonstrukcejepovzhledovéstráncenej-zdařilejší.Kombinujevsoběfunkcivyrovnávacíhorotoruasměrovéaerodyna-mickéstabilizačníplochy.Jetovelicekompaktníaelegantnícelek.

obr.4.5Použitífenestorukvyrovnáváníreakčníhomomentuodrotoru[12]

D e s i g n

4949

Dalšíveliceprogresivnímetodoujakvyrovnávatreakčnímomentodhlav-ního rotoru je použití vektorovatelné trysky. Tato tryska využívá zbytkový tahturbohřídelovépohonnéjednotky.Zavýstupnítryskoujeprodlouženovýfukovépotrubíažnakonecocasníhonosníku,kdejeumístěnatryskasvektorovatelnýmtahem.Totořešenívynikávýbornouenergetickoubilancíceléhopohonnéhosys-tému.Prototořešeníjetypické,žeocasnínosníkjepoměrněvysokouloženamávětšíprůřez,kterýsesdélkounemění.Jetozatímnejefektnějšířešení.Máovšem iněkoliknevýhod.Tentosystémmáurčitéproblémypři jemnémřízenívýkyvuocasu,nebopřibočnímletuvyššírychlostí.

obr.4.6Použitívektorovatelnétryskykvyrovnáváníreakčníhomomentuodrotoru[10]

Naocasnínosníkyseuvšechvrtulníkůukterýchsepředpokládáletvyš-šídopřednourychlostí instalujíaerodynamickéstabilizačníplochy.Plnístejnoufunkci, jakostabilizačníplochyuklasickýchletounůspevnounosnouplochou.Přivysokérychlostitytoplochyvrtulníkstabilizujínatolik,žejižnenítřebavyrov-návatzbylémomentyocasnímrotorem.

D e s i g n

�0�0

Dalším výrazným prvkem v konstrukci helikoptér je přistávací zařízení.Nejvýraznější jsou stroje s přistávacími lyžinami. Je to nejflexibilnější řešení,i když stěžuje pohyb vrtulníku po ploše. Navícmá také vyšší aerodynamickýodpor.Tentodruhpřistávacíhozařízeníseužívápředevšímumalýchastředněvelkýchstrojů.Druhýmtypempřistávacíhozařízení jekolovýpodvozek.Tenjemontovándovšech typůstrojů.Velkéa těžkéstroje jsou jímvybaveny téměřvšechny.Strojvybavenýkolovýmpodvozkemmůžesnadnomanévrovatpoplošeapokudjepoužitpodvozekzatahovací,mátatokonstrukceinižšíaerodynamickýodpor.Jáosobnětentotyppodvozkuupřednostňujipředlyžinami.Jevcelkovékoncepcimnohemelegantnějšíanerušícelkovývzhledstroje.

Jedenzvelicezajímavýchtechnickýchdetailůvkonstrukcivrtulníkůjsouexternízávěsnázařízení.Typlnívzákladudvěhlavnífunkce.Prvníaprimárnífunkcíjevytvořenízávěsuproexternípřídavnézařízení.Vpraxitojsouvětšinouzbraňovésystémyprokonvenčnízbraňovésystémy,nebosystémyproelektro-nickýboj.Někdysenatytonosníkyzavěšujítakémalékontejneryprotransportmenšícha lehčíchpředmětů.Tytonosníkymajíznačnýaerodynamickýodpor,protojsounavrženytak,abypřidopřednémletuvyvozovalyužitečnývztlak.Tímsejednakzvýšícelkováefektivnínosnoststrojeamaximálnídostuppřizatížení.Navícpřimenšímzatíženístroje,tytonosníkypřispívajíkcelkovéhospodárnostiletu.Tytonosníkyjsouvlastněmalákřídlaaplníistejnoufunkci.

obr.4.7Kolovýpodvozekakřídelnízávěsníkypoužiténavojenskémvrtulníku[10]

D e s i g n

�1�1

4.2. Cíle projektu

Mýmcílembylonavrhnoutnetradičníultralehkývrtulníkavyužítpři tomveškerýchdnesdostupnýchmoderníchmateriálůakonstrukčníchřešení.Navrhnoutnetradičnílétajícístrojjeveliceobtížnýúkoladostávajísepřitomdopříméhokonfliktutechnologické,technickéadesignérsképožadavky.Mýmúko-lemjeskloubitvšechnytytotechnickéaesteticképožadavkytak,abyvkoneč-némvýsledkuvzniklstroj,kterýbudecelkověvyváženýabudeznějčitelnásou-hrafunkcesformou.Nejdůležitějšíbylozvolitsprávnékonstrukčníuspořádánístrojetak,abyodpoví-dalovšemparametrům,kteréjsemsiodtohotoprojektusliboval.Ponastudovánítechnickýchpodkladůazváženívšechvýhodanevýhodrůznýchkoncepcí,jsemdospělkzávěru,žemýmpožadavkůmnejlépevyhovujekoncep-ceultralehkéhostrojeskoaxiálnímnosnýmrotorem.

obr.4.8VrtulníkHillerskoaxiálnímnosnýmrotorem,zekteréhojsempřinávrhuvycházel[8]

D e s i g n

����

4.3. Základní tvarování stroje a první návrhy

Poté,cojsemsiujasnilhlavníkoncepcistroje, jsemsepustildonávrhumožnéhotvarovéhořešení.Mýmcílembylonavrhnoutvelicekompaktní,tvarovězajímavýaneotřelýstroj.Celkovýdesignstrojemusívystihovatdynamickýcharaktercelékoncepce.

Základnímtělesem,zekteréhojsemvycházelbylvejčitýtvar,kterýjeveliceele-gantní aplně koresponduje súčelemstroje. Je toaerodynamicky velice čistétěleso,kterénavozujedynamickýpocitamáoptimálnímechanickéiaerodyna-mickévlastnosti.

Samotnémunávrhudiplomovéhoprojektupředcházelprojektpředdiplomový.Natomtoprojektujsemsepokusilnastínithlavnímyšlenkuakonstrukčníuspořádá-ní,kterémujsemsechtěldálevěnovatarozvinoutjejnaprojektudiplomovém.

obr.4.9Předdiplomovýprojekt-vizeultralehkéhelikoptérypoháněnéelektormotorem

D e s i g n

5353

obr.4.10Předdiplomovýprojekt-vizeultralehkéhelikoptérypoháněnéelektormotorem

D e s i g n

5454

4.4. Návrh tvarování

Poujasněnízákladníkoncepce,jsemzačalskicovatprvnínávrhy,nakte-rýchjsemsesnažilřešitcelkovésladěnítvarovánísnutnýmtechnickýmosaze-nímstroje.Testoval jsemrůznékoncepcerozmístěnínosnýchrotorů,umístěnípilotníkabinyapřistávacíhozařízení.

obr.4.11Předdiplomovýprojekt-Tvarovéstudieultralehkéhelikoptéry

D e s i g n

����

Ztěchtoskicnakonecvykrystalizovalavelicejednoducháačistátvarováforma,kteréjsemvyužilpřinávrhupředdiplomovéhoprojektu.Tatokoncepcejeočištěnaodveškerýchvystupujícíchčástíasnažísiudržetvelicečistélinie.Zeliptickéhotvarucentrálnígondolyvystupujepouzerotorovávěž,kterámákapo-tovanoumechanikurotorovéhlavytak,abybylodosaženocomožnámaximálníčistoty tvarování.Přistávací zařízení je tvořenozatahovacímkolovýmpodvoz-kem,kterýopětpodtrhujemaximálnítvarovouaaerodynamickoučistotustroje.

obr.4.12Předdiplomovýprojekt-Tvarovéstudieultralehkéhelikoptéry

Natomtoprojektu jsmesiovšemuvědomilurčitá technickáúskalí toho-tořešení.Uméhopředdiplomovéhoprojektujsemnarazilnaněkolikkonstrukč-níchcelků,kterébyzaurčitýchokolnostímohlyzpůsobovatpotížetechnickéhoaergonomickéhocharakteru.Protojsemserozhodluspořádánístrojeprodiplo-movýprojektpodletěchtopoznatkůupravit.

D e s i g n

����

Tvarcentrálnígondolyspilotníkabinoujsemponechaltéměřbezezměn,ovšemtentocelekjsemustavildočástečněvzpřímenépolohytak,abychdosáhlvyššíhouloženínosnéhorotoru,tímsetaktouloženýnosnýrotorstalbezpečnějšípropozemníobsluhustroje.Abychzajistilpotřebnoustabilitutaktopostavenéhostroje,vybaviljsemtrupovougondolustabilizačnímikřídly,kteréjednakstabilizujívrtulníkvdopřednémletuapopřistánífungujíjakosoučástpřistávacíhozařízení.Dokonců těchtostabilizátorů jsem integrovalpolozapuštěnýkolovýpodvozek.Třetíkolosenacházívpředníčástitrupovégondoly. Další velkouúpravou, bylo nahrazení kapotované věženosného rotoruklasickouotevřenoukonstrukcírotorovéhlavy,kteréjevpraxi jižběžněpouží-vána.Díky tomu, sez čisté studie stal základkonstrukce, kterábypodalšímnutnémvývojiamírnýchúpraváchbylaschopnapraktickéhopoužitíusériovéhostroje.

obr.4.13Diplomovýprojekt-Tvarovéstudieultralehkéhelikoptéry

D e s i g n

����

4.5. Barevné řešení stroje

Možnýchvariacíbarevnéhoprovedeníjenepřebernémnožství.Podelšíúvazeazváženímnohatechnologickýchaergonomickýchhledisek,jsemdošelkzávěru,žepromůjprojekt,budenejvhodnějšípoužítkombinacidvouzáklad-níchbarev.Překrytpilotníhoprostorujsemzmnohadůvodůpoužilzčernětóno-vanéhoprůhlednéholexanu.Tatobarvaseuplatnípřiprovozustrojev letníchměsících,kdynedojdekoslněnípilota. Zbytekkonstrukcestrojejemožnénalakovatdlepřánízákazníkaaněkte-réprvkyzvýraznitgrafickýmmotivem.Jájsemovšemzvolilzazákladníbarevnéschémajednobarevnéprovedení.Jakozákladníbarvustrojejsemzvolilsytourudoubarvu.Ktétozákladníbarvějsemvybralznepřebernéhomnožstvímožnýchbarevnýchkombinacípárzáklad-ních.Těmijsoubíláperleťovábarva,šedo-stříbrnámetalízaajemněfialovápas-telovámetalickábarva.Všechnytytobarvybybylyprovedenyvevysokémleskuautomobilovýmidvousložkovýmilaky. Interiérbybylvzákladnímprovedenívyhotovenvčernébarvě,případněsesedačkouadoplňkyvrudébarvě.

obr.4.14Diplomovýprojekt-Barevnéřešeníultralehkéhelikoptéry

D e s i g n

����

obr.4.15Diplomovýprojekt-Barevnéřešeníultralehkéhelikoptéry

D e s i g n

����

obr.4.16Diplomovýprojekt-Barevnéřešeníultralehkéhelikoptéry

�0�0

�1�1

Z á v ě r

5 Závěr

Návrhkonstrukcelétajícíchstrojůjeznačněkomplikovanázáležitost.Proúspěšnézvládnutínávrhutakovékonstrukce,jetřebaznalostízmnohaoborů,aťužjetořešeníaerodynamiky,výpočtyanávrhyskořepinovýchkonstrukcí,řešenípohonnéhoústrojíasamotnéhonosnéhosystému. Totovšenenívsiláchjedinéosobyavreálnémvývojisenajedinémpro-jektupodílejídesítkyodborníkůzrůznýchoblastí. Protojsempoužilprozákladméhovrtulníkuprvky,kterésejižvběžnémprovozuvyskytujíanajejichzákladějsemnavrhlcelkovýdesignakonstrukčníuspořádánítohotostroje. Asinejdiskutovanějšímprvkemmékonstrukce jesamotná trupovágon-dola,kteroujsempojalvelicenetradičnímzpůsobemadíkytomutoprvkujsemdosáhlmnoupožadovanýposunvtvarování.Díkytomujsemmémustrojivtisklnezaměnitelnývzhled.Tatokoncepcepůsobívelmidynamicky.Mávsoběspo-jovatdynamickýcharakterstroje,snetradičněpojatýmkonstrukčnímuspořádá-ním. Tentomůjnávrhsamozřejměnenívtétofázipřipravennavýrobufunkční-holetounu.Jehokonstrukcebysemuselaupravitsohledemnakonkrétnítech-nickéřešeníadáleoptimalizovatprodosaženípatřičnýchaerodynamickýchcha-rakteristik. Spíšejsemsesnažilnaznačitvývoj,jakýmbysemohlakonstrukceultra-lehkýchstrojůubíratvpříštíchletechatovšesohledemnakonkrétnítechnolo-gie,kteréjsoujiždnesvleteckémprůmysluběžněužívány. Dalšífázívevývojimékoncepcehelikoptérybybylnávrhfunkčníhomode-luavpřípaděověřenídobrých letovýchvlastností tohotokonceptu, takévývojplně funkčního stroje. To ovšem zdaleka přesahujemémožnosti a pro zpra-cováníprojektuv tomtoměřítkubybylanutnáspoluprácekolektivuodborníkůzrůznýchtechnickýchoborů.

����

6363

P o u ž i t á l i t e r a t u r a

6 Použitá literatura

[1]SvobodaVáclav;Vrtulníky;Praha;NašeVojsko1979.

[2]OdehnalZdenek;Vrtulníkyasoudobýboj;Praha;NašeVojsko1959.

[3]Ing.MikulkaJan;KonstrukceVrtulníkůprozatímnískripta1;Vojenskáakade-mieAntonínaZápotockého1993.

[4]Ing.MikulkaJan;KonstrukceVrtulníkůprozatímnískripta2;Vojenskáakade-mieAntonínaZápotockého1993.

[5]www.helicycle.com

[6]www.missiles.ru

[7]avia.russian.ee

[8]www.hiller.org

[9]www.kulikovair.com

[10]www.rotor.com

[11]www.aerospace-technology.com

[12]www.vrtulnik.cz

6464

����

7 Seznam příloh

[1]Náhledyposterů (3xA4)

[2]Sumarizačníposter (1xA1)

[3]Technickýposter (1xA1)

[4]Ergonomickýposter (1xA1)

[5]Model (měřítko:1:8)

[6]DokumentačníCD

S e z n a m p ř í l o h

����

N á h l e d y p o s t e r ů

����

N á h l e d y p o s t e r ů

�0�0

N á h l e d y p o s t e r ů

����