רוטור קואקסיאלי

מסוק קואקסיאלי מדגם קמוב Ka-52 של חיל האוויר הרוסי, 2012.

רוטור קואקסיאלי הוא סוג של רוטור, לרוב של מסוק הכולל שתי דיסקות להבים ראשיים המותקנות אחת מעל לשנייה, על גבי ציר משותף ומסתובבות בכיוונים מנוגדים. מסוק המשתמש בסוג רוטור זה נקרא מסוק קואקסיאלי.

היסטוריה

דגם המסוק הקואקסיאלי של ד'אסקניו.

ערך מורחב – התפתחות המסוק

במשך מרבית ההיסטוריה של התפתחות המסוק העסיקה את החוקרים בעיית הפיתול שיצר רוטור בודד שסיבב את הגוף של כלי הטיס בצורה בלתי נשלטת בכיוון המנוגד לכיוון סיבוב הרוטור. הפתרון שהועדף במהלך התקופה המוקדמת היה התקנת שני רוטורים, צד בצד או אחד מעל לשני. התקנה קואקסיאלית נחשבה לפתרון האלגנטי ביותר לבעיית הפיתול שכן שני הרוטורים הסובבים זה כנגד זה מבטלים את הפיתול הנוצר.

ניסויים מוקדמים בתצורת רוטור קואקסיאלי:

• בשנת 1754,פיתח מיכאיל לומונוסוב הרוסי מכשיר בעל רוטור קואקסיאלי שהונע על ידי קפיץ.
• בשנת 1861 ניסה גוסטאב פונטון ד'אמקור הצרפתי מספר דגמים של מסוקים מונעי קיטור. בניסויים שלו הוא פיתח גם דגם קואקסיאלי קטן המונע על ידי קפיץ.
• בשנת 1861 הנרי ברייט ניסה לבנות מסוק קואקסיאלי מונע קיטור.
• בשנת 1914 ייצר הממציא הדני יאקוב אלהאמר מסוק קואקסיאלי בעל להבים קצרים. רוב הדיסקה התחתונה כוסתה בבד כדי להיות מצנח במקרה חירום. הטייס היה משקולת נגד להפרעות ואי-איזונים, ועל כן היו כמה דרגות בחירה לתליית כיסא הטייס .
• בשנים 1917–1920 ייצר והטיס הממציא האוסטרו-הונגרי סטפן פטרוצ'י מסוק קואקסיאלי בעזרתו של תיאודור פון קרמן.
• במהלך העשור הראשון של המאה ה-20 ראול פטרס פסקרה פיתח מסוק קואקסיאלי. המסוק הזה היה הראשון שעשה שימוש בשליטה קולקטיבית ומחזורית בלהבי הרוטור. היו בעיות שליטה מסוימות במסוק, ואף על פי כן הוא החזיק בשיא הטיסה הישרה למרחק בשנת 1924.
• בשנת 1930 ייצר האיטלקי קורדינו ד'אסקניו דגם קואקסיאלי. המסוק בלט בנתוני יציבות ושליטה טובים. השליטה בלהבים הושגה על ידי מדפים שהיו מחוברים לקצות הלהבים, והשליטה בהם התבצעה על ידי מערכת כבלים וגלגלות. המסוק החזיק בזמנו בשיאי גובה, משך טיסה ומרחק טיסה.
• בשנת 1935 ייצרו חלוצי התעופה הצרפתיים לואי ברגה ורנה דורן דגם של מסוק קואקסיאלי. הדגם החזיק בכמהשיאים של ה-FAI, בהם שיא במשך טיסה של 62 דקות ומרחק טיסה של 44 ק"מ. הפיתוח של המכונה פסק לקראת פרוץ מלחמת העולם השנייה.

מסוק קמוב Ka-31 של חיל הים ההודי.

מסוקים מוקדמים אלו היו אתגר גדול מאוד למתכניניהם בגלל המורכבות המכנית של מכלול הרוטור הראשי וכן של מערכת ההיגוי הדרושה למסוק. לאחר מלחמת העולם השנייה מספר מצומצם של חלוצים וחברות מסוקים המשיכו להתנסות בבניית מסוקים קואקסיאלים דוגמת סטנלי הילר. רבים מהניסיונות הללו התמקדו בדגמי מסוקים אישיים קטנים כדי לעשות מהפכה בתחבורה פרטית בערים הגדולות. כמה מסוקים בלתי מאוישים השתמשו באופן התקנה זה, בעיקר בשימוש של לוחמה נגד צוללות על גבי ספינות מלחמה. היצרן היחיד של מסוקים קואקסיאליים מאוישים וסדרתיים היה משרד התכנון הסובייטי, וזה הפך מאוחר יותר לחברת קמוב.

העיניין בתצורת רוטור קואקסיאלי חזר ליצרנים נוספים, בעיקר לאחר שנות ה-2000 המוקדמות, הן לשימוש במסוקים בלתי מאוישים מתקדמים וכן כחלק מתוכניות פיתוח מסוקים משולבים, המבטיחים ביצועי שיוט וטווח גדולים בצורה משמעותית ממסוקים קונווציונליים.

חברת סיקורסקי נמצאת בפיתוח של שני מסוקים משולבים בעלי רוטור קואקסיאלי: סיקורסקי S-97 ו-סיקורסקי–בואינג SB-1 Defiant.

מאפיינים

תכונות

מכלול ראש רוטור של מסוק קמוב Ka-266.

רוטור קואקסיאלי מצטיין בביטול הפיתול השואף לסובב את כלי הטיס על ידי זה ששני הרוטורים יוצרים מומנטים מנוגדים ושווים, על כן המומנט לא דורש ביטול על ידי רוטור עזר כמו מסוק טהור ועל כן מסוקים קואקסיאליים מתאפיינים בזנב קצר יחסית שיכול להיכנס תחת דיסקות הרוטור. כמו כן נחסך הכוח הדרוש לרוטור העזר וכלל הכוח המופק על ידי המנועים יכול לשמש לייצור עילוי. שטח הדיסקה הכולל של מסוק קואקסיאלי הוא כפול משל מסוק טהור בעל אותה מוטת להבים. בשל כך, מוטת להבים של רוטורים קואקסיאליים נוטה להיות קטנה יותר מאלו של מסוקים טהורים. בשל תכונות אלו של גודל קומפקטי מסוקים קואקסיאליים שימושיים מאוד בפעולה על גבי ספינות מלחמה.

במסוק טהור הרוטור הראשי הבודד נושא בכל העומס וסובל מתופעת הזדקרות להב נסוג (תופעה בה בחלק בדיסקה בה הלהב נעה עם כיוון הטיסה, מהירות הלהב יחסית לגוש האוויר קטנה ולכן העילוי יורד), במסוק קואקסיאלי לעומתו, העומס מתפזר בין שתי הדיסקות וכן בשל סיבוב הרוטורים בכיוונים מנוגדים ההשפעה של הזדקרות הלהב הנסוג משפיע פחות בשל כך מסוקים קואקסיאליים מצטיינים במהירות מרבית ושיוט גבוהים יותר ממסוקים טהורים. כמו כן מסוק קואקסיאלי נוטה להיות יציב יותר בריחוף יחסית למסוק טהור, אם כי לעיתים יציב מדי, מה שפוגע בזריזות.

למרות זאת למסוקים קואקסיאליים יש מספר חסרונות בולטים. הראשון הוא שמכלולי ראש הרוטור, תורן הרוטור וההיגוי נוטים להיות מורכבים מאוד ודורשים אחזקה קפדנית ומחמירה. חסרון נוסף הוא הסיכון ללהבי הרוטור העליון והתחתון לפגוע אחד בשני בתמרונים, ובמיוחד בהנמכה או בהורדת אף ולכן נדרשת הפרדה משמעותית בין הדיסקות שדורשות תורן ארוך במיוחד, מה שמסבך את תכנון המסוק ודורש מוסכים עם תקרה גבוהה יחסית. תמסורת של מסוק קואקסיאלי נוטה להיות כבדה ודורשת הספק גבוה יחסית למסוקים טהורים. כמו כן ישנה דרישה לרכיבים מתאמים כגון מערבל הגאים שכן יש תפעולים שלא ניתן ליצור על ידי מכניקה פשוטה. על כן במרבית המקרים רוטור קואקסיאלי לא ישים למסוקים קלים המונעים על ידי מנוע בוכנה.

אופן פעולה

מכלול רוטור קואקסיאלי הוא מורכב למדי שכן הוא כולל שני תרנים. התורן התחתון הוא לרוב קצר וחלול, וסובב לכיוון אחד. בתוכו מסתובב עוד תורן ארוך יותר. התורן התחתון תומך בתורן העליון בעזרת המיסבים הגדולים שמתאמים ביניהם.

השליטה בזווית הפסיעה בלהבים מושגת על ידי שני מכלולי דיסקה כאשר מכלול הדיסקה העליון כולל דיסקה סטטית יחסית לרוטור התחתון, כלומר סובבת יחד עם הרוטור, בשביל לאפשר העברת תנועה מהדיסקה הסובבת התחתונה. החיבור בין הדיסקה התחתונה לעליונה כולל לרוב פעולת מנוף.

ישנו מכלול נוסף המחובר למכלול הדיסקה העליון המעלה או מוריד את הדיסקה בנפרד מפעולת מכלול הדיסקה התחתון, זה מקנה שליטה בציר הסבסוב על ידי שינוי הפיתול. אם המסוק רוצה לסבסב בכיוון אחד, דיסקה אחת תוריד את זווית הפסיעה, מה שמקטין את העילוי על הדיסקה, אבל גם מוריד את הפיתול שהיא חווה. הדיסקה השנייה לעומתה תגדיל את זווית הפסיעה ואיתה את הפיתול והעילוי ככה שייווצר הפרש בפיתול ללא שינוי בעילוי. לעיתים מכלול דומה מותקן גם על הדיסקה התחתונה, זה נעשה בשביל להגדיל את מהירות התגובה בסבסוב.

רוטורים מתקדמים

טכנולוגיות הנדסת חומרים וייצור מתקדמות אפשרו ייצור של רוטורים קואקסיאליים קשיחים ומתקדמים המשתמשים בגמישות והאלסטיות של החומר. זה מאפשר שליטה פשוטה יותר בזוויות הלהבים והפרדה בין דיסקות הרוטור קטנה משמעותית מהרגיל לראשי רוטור קואקסיאליים סטנדרטיים.

רשימת מסוקים קואקסיאליים

• ברנטלי B-1
• ברגה-דורן ג'ירופליין לבורטורה
• ברגה GIIE
• ברקוט-VL
• סיירבה CR Twin
• איגלס פרץ'
• EDM Aerotec CoAX 2D/2R
• ג'ירודיין QH-50 DASH
• ג'ירודיין 2C
• ג'ירודיין RON רוטורסייקל
• ג'ירודיין GCA-2
• הילר XH-44
• קמוב Ka-8
• קמוב Ka-10
• קמוב Ka-15
• קמוב Ka-25
• קמוב Ka-26
• קמוב Ka-226
• קמוב Ka-27
• קמוב Ka-31
• קמוב Ka-32
• קמוב Ka-50
• קמוב Ka-52
• קמוב-קומרטאו רוטורפליי
• מנזוליני ליבלולה
• פניקס סקייבלייזר
• סיקורסקי S-69
• סיקורסקי X-2
• סיקורסקי S-97
• סיקורסקי-בואינג SB-1 דפאיינט
• אינג'ניואיטי - המסוק הרובוטי של נאס"א שטס על מאדים

ראו גם

• מסוק משולב
• סינכרופטר
• המראה ונחיתה אנכית

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא רוטור קואקסיאלי בוויקישיתוף