תורת הטיס של המסוק

הרוטור ככנף

כל להב רוטור הוא כנף מסתובבת. העילוי שלו תלוי באותם גורמים: מהירות, זווית התקפה, צפיפות ושטח.

מהירות הלהב

הקצה מסתובב מהר בהרבה מהשורש – המהירות יחסית למרחק מהציר. לכן:

• הלהבים מפותלים (Twist) – זווית גדולה יותר בשורש.
• הקצה מוגבל במהירות – כדי לא להגיע למהירות הקול.

זוויות

זרימה מושרית (Induced flow / Downwash)

הרוטור דוחף אוויר כלפי מטה. הזרימה הזו מקטינה את זווית ההתקפה של הלהבים – ולכן צריך פסיעה גדולה יותר והספק רב.

ארבעת הכוחות

עילוי, משקל, דחף וגרר – כמו במטוס, אבל הרוטור מספק גם עילוי וגם דחף: הטיית הדיסק מטה את וקטור הכוח.

ריחוף

• בריחוף – הזרימה המושרית חזקה מאוד – דרוש הספק רב.
• ריחוף בתוך אפקט קרקע (IGE) – ליד הקרקע, הזרימה המושרית נחסמת – פחות הספק. משמעותי עד גובה של כקוטר רוטור אחד.
• ריחוף מחוץ לאפקט קרקע (OGE) – דורש יותר הספק.

עילוי מעבר (Translational lift)

כשהמסוק מתחיל לנוע קדימה (או בריחוף ברוח), הרוטור נכנס לאוויר ״נקי״ שלא הושפע מהזרימה המושרית – היעילות עולה.

• עילוי מעבר אפקטיבי (ETL) – בערך ב-16–24 קשר. מורגש כרעידה קצרה ועלייה פתאומית בביצועים.

מומנט נגדי (Torque effect)

המנוע מסובב את הרוטור – והגוף נוטה להסתובב לכיוון ההפוך (חוק ניוטון השלישי). רוטור הזנב מבטל.

נטיית סחיפה (Translating tendency)

הדחף של רוטור הזנב – בנוסף לביטול המומנט – דוחף את המסוק כולו הצידה בריחוף. תיקון: הטיית התורן, הטיית צלחת השיפוע, או מחזורי קבוע בתכנון.

דיסימטריה של עילוי (Dissymmetry of lift)

בטיסה קדימה:

• הלהב המתקדם (Advancing) – מהירות הסיבוב + מהירות המסוק – מהיר.
• הלהב הנסוג (Retreating) – מהירות הסיבוב − מהירות המסוק – איטי.

אילו לא היה תיקון – המסוק היה מתהפך לצד הנסוג.

התיקון – נפנוף להבים (Blade flapping)

• הלהב המתקדם מתנפנף למעלה – הזרימה היחסית מגיעה מלמעלה – זווית ההתקפה קטנה – פחות עילוי.
• הלהב הנסוג מתנפנף למטה – זווית ההתקפה גדלה – יותר עילוי.
• תוצאה: עילוי שווה בשני הצדדים. בנוסף – שינוי מחזורי בפסיעה (Cyclic feathering).

Blowback

כתוצאה מהנפנוף, הדיסק נוטה אחורה בטיסה קדימה. הטייס מתקן בדחיפת המחזורי קדימה.

הזדקרות להב נסוג (Retreating blade stall)

במהירות גבוהה, הלהב הנסוג איטי מאוד – ומקבל זווית התקפה גבוהה כדי לשמור על עילוי – עד שהוא מזדקר (קודם בקצה).

• זה מה שמגביל את VNE של מסוק.
• סימנים: רעידות, האף עולה, המסוק מתגלגל לצד הלהב הנסוג.
• גורמים מחמירים: משקל גבוה, גובה צפיפות גבוה, סל״ד רוטור נמוך, תמרון חד, טורבולנציה.
• תיקון: להוריד קולקטיב, להאט, להגדיל סל״ד.

אפקט קוריוליס

שימור תנע זוויתי: כשהלהב מתנפנף למעלה, מרכז המסה שלו מתקרב לציר – והוא מאיץ (כמו מחליקה על הקרח שמקרבת ידיים). כשהוא יורד – מאט.

פתרון:

• ציר גרירה (Lead-lag / Drag hinge) – ברוטורים מלאי מפרקים – הלהב זז קדימה ואחורה במישור הסיבוב.
• ראש תלוי (Underslung) ברוטורים דו-להביים – מרכז המסה כמעט לא משתנה.

קונינג (Coning)

הלהבים מתכופפים כלפי מעלה – שילוב של עילוי (כלפי מעלה) וכוח צנטריפוגלי (החוצה). הקונינג גדל עם עומס גבוה וסל״ד נמוך. סל״ד נמוך מאוד + עומס – קונינג מוגזם – סכנה.

פריצסיה גירוסקופית

הרוטור הוא ג׳יירו. כוח שמופעל עליו מתבטא 90° אחר כך בכיוון הסיבוב. לכן שינוי הפסיעה המחזורי מתוכנן להתרחש 90° לפני הנקודה שבה רוצים את ההטיה המקסימלית.

מצב טבעת מערבולת (Vortex ring state / Settling with power)

המסוק שוקע לתוך הזרימה המושרית של עצמו – מערבולות סביב קצות הלהבים גדלות, והוספת הספק רק מחמירה.

תנאים: ירידה אנכית או כמעט אנכית, מהירות קדימה נמוכה (פחות מ-ETL), עם הספק (20–100%).

יציאה: מהירות קדימה או צידה (מחזורי), והורדת קולקטיב אם הגובה מאפשר.

גלגול דינמי (Dynamic rollover)

המסוק מתהפך סביב גלגל או מגלש שנתקע בקרקע – בהמראה או נחיתה בשיפוע, או עם רוח צד.

• מעבר לזווית קריטית (כ-5–8°) אי אפשר לעצור בעזרת המחזורי.
• תיקון: הורדת קולקטיב בעדינות – מוריד את הדחף.

אובדן אפקטיביות רוטור הזנב (LTE)

סבסוב לא מבוקר – בעיקר במהירות נמוכה, בהספק גבוה, עם רוח מכיוונים מסוימים – שמשפיעה על זרימת האוויר לרוטור הזנב.

פגיעת קרקע (Ground resonance)

תנודה מתגברת והרסנית כשהמסוק על הקרקע והרוטור מסתובב – הלהבים יוצאים מסימטריה (Lead-lag), והגוף מתנדנד על הגלגלים בתדר שמגביר את התנודה.

• רוטורים מלאי מפרקים – בעיקר.
• גורמים: מרסני גרירה לא תקינים, בולמים וצמיגים בלחץ לא נכון, נחיתה חד-צדדית.
• יציאה: להמריא (אם הסל״ד מאפשר) או לסגור הספק ולהפעיל בלם רוטור.

נקודות למבחן

• אפקט קרקע – עד קוטר רוטור אחד.
• ETL – 16–24 קשר.
• דיסימטריה – הלהב המתקדם מתנפנף למעלה.
• הזדקרות להב נסוג – מגבילה VNE; האף עולה ומתגלגל לצד הנסוג.
• קוריוליס – ציר גרירה או ראש תלוי.
• פריצסיה – 90°.
• טבעת מערבולת – ירידה אנכית עם הספק; יציאה במהירות קדימה.
• גלגול דינמי – הורדת קולקטיב בעדינות.
• פגיעת קרקע – מרסנים, בולמים, צמיגים.