≡ Menu

Historia om helikoptern och dess utveckling

Ser man tillbaka i tiden på den utveckling som har skett så går det att dela in den i tre faser. Under den första fasen hade uppfinnarna problem med lyftkraft, vridmoment och kontrollförmåga. Det som kom ut ur denna fas var fascinationen över att kunna flyga vertikalt. Detta utvecklade sig senare under fas 2 till att skapa nya idéer som var grundade i vetenskapliga och aerodynamiska lagar. Ett genombrott kom sedan vid 1920 som ledde till den tredje fasen som karaktäriseras av bättre design, egenskaper och användningsområde. Vid början av 1930 så hade ingenjörerna lyckats lösa problemen som fanns med vikt, vridmoment och kontrollering. Utvecklingen gick sedan vidare till att bli det vi idag ser som en pålitlig och mångsidig flygfarkost som används dagligen.

Fas 1 (1768 – 1880)

Den första fasen började med fascinationen över att kunna flyga vertikalt upp i luften. Inspirationen kom från den forntida kinesiska leksaken och Leonardo da Vincis tidiga ritningar. Från mitten av 1700-talet till början av 1880 skedde det många olika experiment med modeller av entusiaster.De bidrog till att hålla intresset vid liv samt att de identifierade tre specifika frågor.

  • Hur kan vridmomentet elimineras?
  • Vilken är den bästa kraftkällan?
  • Hur skall den styras i ihållande flygning på ett säkert sätt?

Flera olika fantasifulla teorier kom under denna fas. 1768 kom det en teori som var skapad av den franska matematikern J.P. Paucton, han trodde att på samma sätt som man lyfte upp vatten med en Arkimedesskruv, kunde lyfta sig själv upp i luften. Två andra fransmän, Messrs. Launoy och Bienvenu, experimenterade med en båge som kraftkälla till en liten modell de hade skapat. Det var också dem som introducerade konceptet med motroterande propellrar/rotorer. Med en sådan konstruktion kunde man motverka de vridmoment som uppstod.

Det förekom även andra experiment med olika typer av kraftkällor. Engelsmannen W.H. Phillips demonstrerade 1842 en modellhelikopter som var ångdriven. Detta var dock en konstruktion som var alldeles för tung och Phillips gav upp. Även fransmannen Viscount Gustave de Ponton d’Amecourt experimenterade med ångdrivna modeller, men inte heller han kunde få kraften från ångan att räcka till. Han kallade sina modeller hélicoptères, som härstammar från de grekiska orden heliko, som betyder spiral, samt ptreon, som betyder vinge. Thomas Edison experimenterade med att använda batterier som kraftkälla, men även hans modeller blev för tunga. Trots att han gav upp sina försök var han fast besluten om att vid fortsatta experiment skulle ingenjörer lyckas med att skapa en fungerande design.

Fas 2 (1900 – 1920)

Den andra fasen karaktäriseras av att ingenjörerna och vetenskapsmännen bättre förstod de fysikaliska och aerodynamiska lagarna. De drog även nytta av de upptäckter som gjordes inom utvecklingen av flygplanet.
Fransmannen Louis-Charles Breguet, som var ingenjör och flygentusiast, var fast besluten om att skapa en flygfarkost som kunde flyga vertikalt. Mycket av hans inspiration och motivation kom från bröderna Wrights första flygning 1903. Med en 40 hk stark motor som kraftkälla skapade han med hjälp av ett team av ingenjörer en farkost som knappt lyfte sig själv och en pilot upp i luften. Men han lyckades faktiskt hovra på cirka 61 cm höjd under en minut. Dock var personalen på marken tvungen att stå och hålla i hörnen på Breguet-Richet Gyroplane No. 1, som den kallades, för att den inte skulle tippa över. Breguet fortsatte sin forskning ända till 1909 då han beslutade sig för att enbart att ägna sig åt flygplan.
Det fanns även andra som jobbade med sina egna helikopterdesigner under denna fas. Paul Cornu designade t.ex. en mycket lättare modell och hade flera lyckade försök. Men även han hade problem med att kontrollera maskinen när han väl kom upp i luften.
En ung Igor Sikorsky jobbade hårt med att lösa problemen med lyftkraft, vibrationer och styrförmåga. Men han lyckades heller inte komma med någon revolutionerande design så även han gav upp helikoptern för att 1910 helt ägna sig åt flygplan istället. Han återvände senare till sin första kärlek, helikoptern.
Andra ingenjörer som försökte sig på vertikal flygning var Jacob C.H. Ellehammer från Danmark; Emile Berliner som var en tysk immigrant i USA; George de Bothezat, en rysk flykting boende i USA; och den franska ingenjören Étienne Oehmichen. Spanjoren Raul Pateras Pescara kom med ett bidrag till utvecklingen som till synes var ett steg framåt i utvecklingen. Han designade en helikopter med motroterande rotorer men trots det gick den inte att kontrollera. Trots alla de försök som hade gjort började utveckling stanna upp. Ingen verkade kunna komma med en design som verkligen fungerade och alla väntade på att något revolutionerande skulle ske.

Autorotation och ledade rotorer

Genombrottet kom i början av 1920 då spanjorer Juan de la Cierva lyckades ”knäcka koden”. Det han förstod var att en roterande vinge lyder under precis samma fysikaliska och aerodynamiska lagar som en vinge på ett flygplan. Så länge en vinge färdades genom luft skulle lyftkraft uppstå. I hans tidiga experiment använde han en konventionell propeller för att driva flygfarkosten framåt medan en rotor placerad upptill på flygkroppen började rotera av luftströmmen vilket in sin tur skapade lyftkraft. Detta blev känt som autorotation och den nya konstruktionen blev känd som en autogiro. Eftersom rotorn upptill inte var motordriven så uppstod det inget vridmoment. En autogiro kan inte flyga vertikalt men med hjälp av den förståelse som skapades av autogiron kunde ingenjörerna komma i rätt riktning. Ciervas andra upptäckt var att det skapades ojämn lyftkraft mellan rotorbladen. När rotorn roterar så kommer det framåtgående bladet få en högre hastighet relativt luften än vad det bakåtgående bladet får. Det var då Cierva uppfann konstruktionen som möjliggjorde att bladen kunde flappa upp och ner. Med denna konstruktion flappade det framåtgående bladet upp (skapade en mindre anfallsvinkel och lyftkraften minskar) och det bakåtgående bladet ned (skapade en högre anfallsvinkel och lyftkraften ökar). På så sätt fick han en jämn lyftkraft mellan framåtgående och bakåtgående rotorblad. Detta kan räknas till hans största bidrag till utvecklingen av helikoptern. Cierva fortsatte sina experiment och 1933 kulminerade hans arbete i en konstruktion som möjliggjorde vertikal ”jump start”. Genom ett system som lät piloten att kontrollera pitchvinkeln på rotorbladen, som möjliggjordes av olika kopplingar och växlar, istället för den gamla metoden med autorotation. Vid start fick rotorbladen snurra utan att generera lyftkraft, för att sedan när tillräcklig hastighet på rotorn hade uppnåtts, ökades pitchvinkeln på rotorbladen för att skapa lyftkraft och farkosten hoppade upp i luften. Denna konstruktion med pitch-kontroll skulle leda till den design som lät hela rotorn att bli tiltad.

Fas 3 (1937 – 1944)

Nästa steg i utvecklingen togs av den tyska piloten och flygplanstillverkaren Heinrich Focke. Han utgick från autogiron och började testa sina egna teorier om vertikal flygning. Hans mål var att skapa en sann helikopter där rotorerna hade en egen kraftkälla. På våren 1937 slog hans Fa-61 alla officiella helikopterrekord som fanns. Han kunde med sin Focke Fa-61 stiga till en höjd på 7800 fot (2377m). Focke demonstrerade även möjligheten till autorotation vid ett eventuellt motorstopp vilket gjorde att en säker autorotation-landning kunde genomföras. Den tyska regeringen belönade Heinrich Focke med ett kontrakt att konstruera en större version av Fa-61, en som kunde bära en last på upp till 681 kg. Hans nya helikopter benämndes Fa-233 Drache (”Dragon”) och testades på våren 1940. Den hade en motor på 1000 hk och drev två stycken trebladiga rotorer. Drache:n nådde en höjd på 23400 fot (7132m) och flög i en hastighet upp till 185 km/h. En annan tysk flygingenjör var Anton Flettner, även han arbetade med helikopterdesign i början av 1930. Han byggde också en autogiro till en början för att sedan utveckla en fungerande helikopter med betäckningen Fl-265. Den designen förfinade han vilket blev en ny modell kallad Fl-282 Kolibri (”Hummingbird”). Tyska regeringen såg potentialen i Kolibri som en spaningshelikopter efter ubåtar, vilket gör den till den första helikoptern med praktisk användning. Denna utveckling kunde den ryska immigranten Igor Sikorsky följa från USA och han var nu sugen på att ta sig an helikoptern igen. Sikorsky började designa en helt ny helikopter och fick patent för sin design och konstruktion 1935 som bestod av en stor rotor och en mindre vertikalt placerad rotor. Under 1939 föddes VS-300 som hade en hel del problem med styrförmågan som behövdes lösas. 1940 blev Sikorsky kontrakterad till att bygga en experimenthelikopter åt U.S. Army Air Corps, denna experimenthelikopter hade beteckningen XR-4. Utvecklingen av XR-4 och modifikationer på VS-300 fortlöpte. Sikorsky och hans utvecklingsteam lyckades till slut inse at två förändringar på VS-300 skulle lösa deras problem. För det första, istället för att montera stjärtrotorer på två stjärtbommar skulle de få bättre manöverbarhet genom att enbart placera en horisontellt placerad propeller på en stjärtbom. För det andra så upptäckte de fördelarna med att kunna kontrollera huvudrotorn genom cykliska pitch-förändringar. Dessa förändringar genomfördes på VS-300 i slutet av 1941 och dessa implementerades senare på XR-4 i början av 1942. Medan kriget i Europa gjorde så att de tyska utvecklarna haltade fram kunde Sikorsky nå framgång. Vid slutet av kriget hade fyra hundra Sikorsky helikoptrar tillverkats för militärt ändamål. Produktionsmodellen YR-4 (XR-4) användes inte så utbrett under andra världskriget men fick äran att flyga de första Search and Rescue (SAR) operationerna i Burmas djungel. Detta kom att bli början till en lång kärlek mellan militären och helikoptern.