Helikopter

Geschiedenis

Een belangrijk kenmerk van de geschiedenis van de verticale vlucht is de alomtegenwoordige menselijke belangstelling voor het onderwerp; uitvinders in vele landen gingen de uitdaging aan en boekten in verschillende mate succes. De geschiedenis van de verticale vlucht begon tenminste al rond 400 ce; er zijn historische verwijzingen naar een Chinese vlieger die een roterende vleugel als liftbron gebruikte. Speelgoed dat gebruik maakt van het principe van de helikopter – een roterend blad dat draait door de trekkracht van een snaar – was al bekend in de Middeleeuwen. In het laatste deel van de 15e eeuw maakte Leonardo da Vinci tekeningen van een helikopter die een spiraalvormige luchtschroef gebruikte om lift te verkrijgen. Een speelgoedhelikopter, met rotors gemaakt van de veren van vogels, werd in 1784 aan de Franse Academie van Wetenschappen gepresenteerd door twee ambachtslieden, Launoy en Bienvenu; dit speelgoed voorspelde een succesvoller model dat in 1870 werd gemaakt door Alphonse Pénaud in Frankrijk.

De eerste wetenschappelijke uiteenzetting van de principes die uiteindelijk tot de succesvolle helikopter hebben geleid, kwam in 1843 van Sir George Cayley, die door velen ook wordt beschouwd als de vader van de fixed-wing vlucht. Vanaf dat moment werd een ware genenpoel van helikopterideeën voortgebracht door talloze uitvinders, bijna volledig in model- of schetsvorm. Vele waren technisch doodlopend, maar andere droegen een deel van de uiteindelijke oplossing bij. In 1907 waren er twee belangrijke stappen voorwaarts. Op 29 september maakten de gebroeders Breguet, Louis en Jacques, onder leiding van de fysioloog en luchtvaartpionier Charles Richet een korte vlucht in hun Gyroplane No. 1, aangedreven door een 45-pk-motor. Het Gyroplane had een spinnewebachtig frame en vier sets rotors. Het bestuurde toestel steeg van de grond op tot een hoogte van ongeveer twee meter, maar het was vastgebonden en stond niet onder enige controle. Breguet zou een beroemde naam worden in de Franse luchtvaart, en na verloop van tijd keerde Louis terug naar succesvol werk in helikopters. Later, in november, bereikte hun landgenoot Paul Cornu, die een fietsenmaker was zoals de gebroeders Wright, een vrije vlucht van ongeveer 20 seconden, waarbij hij een hoogte van een voet bereikte in een vaartuig met twee rotors, aangedreven door een motor van 24 paardenkrachten. Een andere man die, net als de Breguets, flirtte met de helikopter, vervolgens naam maakte met vliegtuigen met vaste vleugels en later terugkeerde naar de uitdaging van het verticaal vliegen, was Igor Sikorsky, die rond dezelfde tijd enkele mislukte experimenten uitvoerde.

De volgende 25 jaar werden gekenmerkt door twee belangrijke trends in de verticale vlucht. De eerste was de brede verspreiding van kleine successen met helikopters; de tweede was de verschijning en het kennelijke succes van de autogiro (ook wel gespeld als autogyro).

De helikopter kende stapsgewijs succes in veel landen, en het volgende korte overzicht zal alleen diegenen belichten wier bijdragen uiteindelijk werden teruggevonden in succesvol ontwikkelde helikopters. In 1912 maakte de Deense uitvinder Jacob Ellehammer korte vluchten in een helikopter die was uitgerust met contraroterende rotors en cyclische neusstandregeling, de laatste een belangrijk inzicht in het probleem van de besturing. Op 18 december 1922 steeg een complexe helikopter, ontworpen door George de Bothezat voor de U.S. Army Air Force, iets minder dan twee minuten op van de grond, onder minimale controle. In Frankrijk vestigde de Argentijnse uitvinder Raúl Pateras Pescara, die in de jaren ’20 en ’30 verscheidene helikopters ontwierp die cyclische spoedregeling toepasten en, als de motor uitviel, autorotatie van de rotor, op 18 april 1924 een afstandsrecord in rechte lijn van 736 meter (2.415 voet). Datzelfde jaar vestigde Étienne Oehmichen op 4 mei in Frankrijk een afstandsrecord voor helikopters door een cirkel van een kilometer lang te vliegen.

In Spanje in het jaar daarvoor, op 9 januari 1923, maakte Juan de la Cierva de eerste geslaagde vlucht van een autogiro. Een autogiro werkt volgens een ander principe dan een helikopter. Zijn rotor wordt niet aangedreven, maar verkrijgt lift door zijn mechanische rotatie wanneer de autogiro zich voorwaarts door de lucht beweegt. Hij heeft het voordeel van een relatief korte start en een bijna verticale afdaling, en het daaropvolgende succes van Cierva’s autogiro’s en die van zijn concurrenten leek een domper te zetten op de toekomst van de ontwikkeling van helikopters. Autogiros werden snel verbeterd en werden in verschillende landen geproduceerd, en leken zo’n nuttige niche te vervullen dat zij tijdelijk de helikopter overschaduwden. Ironisch genoeg droeg de technologie van de rotorkop en het rotorblad, ontwikkeld voor de autogiro, echter in belangrijke mate bij aan de ontwikkeling van de succesvolle helikopter, die na verloop van tijd de autogiro overbodig maakte.

In 1936 trad Duitsland op de voorgrond van de ontwikkeling van helikopters met de Focke Achgelis Fa 61, die twee driebladige rotors op stempels had en werd aangedreven door een 160-pk sterke radiaalmotor. De Fa 61 had een regelbare cyclische spoed en vestigde talrijke records, waaronder, in 1938, een hoogtevlucht van 11.243 voet en een overlandvlucht van 143 mijl. In 1938 werd de Duitse vliegenierster Hanna Reitsch ’s werelds eerste vrouwelijke helikopterpilote door met de Fa 61 in de Deutschland-Halle in Berlijn te vliegen. Het was zowel een technische als een propagandistische triomf. Duitsland ging door met de ontwikkeling van helikopters tijdens de Tweede Wereldoorlog en was de eerste die een helikopter, de Flettner Kolibri, in massaproductie nam.

In de Verenigde Staten richtte Igor Sikorsky, na vele successen met commerciële vliegboten, zijn aandacht weer op helikopters, en na een lange periode van ontwikkeling maakte hij een succesvolle serie testvluchten van zijn VS-300 in 1939-41. De VS-300 was in wezen een testvliegtuig dat gemakkelijk en snel kon worden aangepast. Het toestel was klein (het woog 1.092 pond) en werd aangedreven door een Lycoming-motor van 65 pk. Toch bezat het de kenmerken die de meeste moderne helikopters kenmerken: een enkele hoofdrotor met drie bladen, met collectieve spoed, en een staartrotor. Maar hoe succesvol de VS-300 ook was, hij liet ook duidelijk de moeilijkheden zien die alle volgende helikopters in het ontwikkelingsproces zouden ondervinden. Vele jaren lang waren helikopters, in vergelijking met conventionele vliegtuigen, ondergemotoriseerd, moeilijk te besturen en onderhevig aan veel hogere dynamische spanningen die materiaal- en uitrustingsdefecten veroorzaakten. Toch leidde de VS-300 tot een lange lijn van Sikorsky helikopters, en het beïnvloedde hun ontwikkeling in een aantal landen, waaronder Frankrijk, Engeland, Duitsland en Japan.

Na de Tweede Wereldoorlog ontwikkelde het commerciële gebruik van helikopters zich snel in vele functies, waaronder brandbestrijding, politiewerk, landbouw gewasbesproeiing, muggenbestrijding, medische evacuatie, en het vervoer van post en passagiers.

De groeiende markt bracht extra concurrenten in het veld, elk met verschillende benaderingen van het probleem van de verticale vlucht. De Bell Aircraft Corporation, onder leiding van Arthur Young, begon zijn lange geschiedenis van verticaal vliegende vliegtuigen met een reeks prototypes die leidden tot het Bell Model 47, een van de belangrijkste helikopters aller tijden, met een scharnierende, gyro-gestabiliseerde, twee-bladige rotor. Frank Piasecki richtte de Piasecki Helicopter Corporation op; zijn ontwerpen waren voorzien van een tandem-rotor concept. Het gebruik van dubbele tandemrotors stelde helikopters in staat om bijna twee keer zo groot te worden zonder de moeilijkheid om zeer grote rotorbladen te maken. Bovendien zorgde de plaatsing van de dubbele rotors voor een groot bereik van het zwaartepunt. De concurrentie was internationaal, met snelle vooruitgang in de Sovjet-Unie, het Verenigd Koninkrijk, Frankrijk, Italië en elders.

In nog sterkere mate dan bij vliegtuigen met vaste vleugels was de ontwikkeling van de helikopter beperkt door het motorvermogen. Zuigermotoren waren zwaar, lawaaierig en minder efficiënt op grote hoogte. De eerste toepassing van straalmotortechnologie in de helikopter werd in 1951 gerealiseerd door de HTK-1 van de Kaman Aircraft Corporation, die was uitgerust met Kamans gepatenteerde aërodynamische, servogestuurde rotors in de “synchropter”-configuratie (d.w.z. naast elkaar geplaatste rotors met in elkaar grijpende bladen).

In conventionele vliegtuigen werd het vermogen van de straalmotor voornamelijk gebruikt om de snelheid te verhogen. In de helikopter moest de stuwkracht van de straalturbine worden opgevangen door een tandwielkast die de rotor liet draaien. De straalmotor had veel voordelen voor de helikopter- hij was kleiner, woog minder dan een zuigermotor met vergelijkbaar vermogen, had veel minder trillingen, en gebruikte minder dure brandstof. De Franse SNCA-S.E. 3130 Alouette II maakte zijn eerste vlucht op 12 maart 1955, aangedreven door een Turbomeca Artouste II turbine motor. Het werd al snel een van de meest invloedrijke helikopters ter wereld en zette overal een trend in de richting van helikopters met straalaandrijving.

Er is nu een enorm aantal helikoptertypes op de markt, variërend van kleine tweepersoons privé-helikopters via grote types die passagiers vervoeren tot werkvoertuigen die enorme ladingen naar afgelegen plaatsen kunnen vervoeren. Ze voldoen allemaal aan de basisprincipes van het vliegen, maar door de unieke aard van de rotor- en besturingssystemen van de helikopter verschillen de technieken om ermee te vliegen. Er zijn nog andere soorten vliegtuigen met verticaal hefvermogen, waarvan de besturing en de technieken vaak een mengeling zijn van het conventionele vliegtuig en de helikopter. Zij maken slechts een klein deel uit van het totaalbeeld van het vliegen, maar worden steeds belangrijker.