Princípios do Voo de Helicóptero

Helicópteros são aeronaves que usam hélices horizontais (rotores) para voar. Princípios de voo baseiam-se nas mesmas leis da física que permitem aeronaves de asa fixa voar. Design dos rotores permite subir verticalmente, pairar e mover para trás. Porém, mesmo design limita velocidade do helicóptero.

Aerodinâmica

Aerodinâmica lida com forças em objetos movendo-se no ar e movimento do ar. Quatro forças atuam em qualquer aeronave, incluindo helicópteros. Peso é força da gravidade. Sustentação (Lift) é força do ar sobre pás do rotor, contrapeso da gravidade. Empuxo (Thrust) é força movendo aeronave, criado por pás do rotor principal. Arrasto (Drag) é resistência do ar contra aeronave movendo-se.

Princípio de Bernoulli

Físico Daniel Bernoulli descobriu este princípio pela pressão de água aumentar quando tubo estreita. Ar afetado pelo mesmo princípio através de aerofólios do helicóptero. Ambos rotores principal e traseiro são aerofólios. Curva dos aerofólios faz ar acima da pá mover-se mais rápido que ar abaixo. Cria bolsa de baixa pressão acima, criando sustentação, permitindo subir. Quantidade de sustentação depende de cinco fatores: área de superfície, forma, velocidade, densidade do ar e ângulo do aerofólio (ângulo de ataque).

Binário (Torque)

Terceira Lei de Newton: para cada ação há reação igual e oposta. Quando rotor principal gira, cria contra-rotação no corpo. Isto é binário. Helicópteros grandes usam rotor horizontal girando direção oposta. Outros têm rotor de cauda vertical, que usa Princípio de Bernoulli para contrabalançar binário.

Controlo Direcional

Helicóptero que só subisse/descesse não seria útil. Ajustes no passo dos aerofólios dão controlo direcional. Quando aerofólios do rotor principal inclinados para frente, sustentação cria movimento para frente. Maior ângulo de ataque = mais velocidade. Inclinados para trás = movimento reverso. Quando velocidade do rotor secundário aumenta/diminui, helicóptero vira esquerda/direita.

Compressibilidade do Ar

À medida que aerofólio move-se no ar, ar divide em duas correntes acima e abaixo da pá. Baixas velocidades, pouca energia para dividir. Altas velocidades, ar batendo na borda comprime e fica mais difícil dividir. Esta compressibilidade limita velocidades possíveis. Efeito similar à água. Submergir devagar = pouca resistência. Mergulho de barriga = sente compressibilidade da água.