Review of Modern Helicopter Constructions and an Outline of Rotorcraft Design Parameters

• Autorzy: Kachel Stanisław , Rogólski Robert , Kocjan Jakub

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0015.2427

Warianty tytułu

PL

Przegląd nowoczesnych konstrukcji śmigłowcowych wraz ze wskazaniem parametrów projektowych wiropłatów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This work contains the results of a modern helicopter construction analysis. It includes the comparison of almost seventy rotorcraft constructions in terms of size in line with EASA requirements – large and small helicopters. The helicopters are also divided because of a mission purpose. The proposed division for large aircrafts is: transport, multipurpose, attack and for small aircrafts: observation, training, and utility. The aircraft construction features are described. Average dimension values of airframes and rotors are shown. Helicopter rotor arrangements are presented in terms of an operational purpose. Next, the rotorcraft design inputs are described. The mathematical formulas for design inputs are given. The ratios are calculated and gathered for the compared aircrafts. Correlation between the analysed parameters is presented on charts. Design inputs are also presented in the paper as a function of MTOW. The function trends are determined to provide an evaluation tool for helicopter designers. In addition, the parameters are presented as possible optimisation variables.

PL

Praca zawiera wyniki analizy współczesnych konstrukcji śmigłowcowych. Obejmuje porównanie prawie siedemdziesięciu konstrukcji wiropłatów podzielonych ze względu na rozmiar: zgodnie z wymaganiami EASA – duży i mały śmigłowiec. W ramach rozmiaru statki powietrzne zostały podzielone ze względu na cel misji. Proponowany podział dla dużych śmigłowców to: transportowe, wielozadaniowe i szturmowe, natomiast dla małych: obserwacyjne, szkoleniowe, użytkowe. Wyszczególniono najważniejsze cechy konstrukcyjne wiropłata. W pracy zaprezentowano średnie wartości wymiarów płatowców i wirników. Przedstawiono również układ wirników śmigłowca pod kątem przeznaczenia operacyjnego. Finalnie opisano parametry projektowe przydatne w projektowaniu wstępnym. Parametry opisano za pomocą wzorów matematycznych oraz dla każdego z nich zaprezentowano na wykresie zebrane dane statystyczne. W artykule pokazano zależność parametrów w funkcji maksymalnej masy startowej statków powietrznych. Wyznaczono trendy w celu dostarczenia narzędzi do oceny projektowanych śmigłowców. Dodatkowo przedstawiono możliwość wykorzystania parametrów jako zmiennych optymalizacyjnych.

Słowa kluczowe

EN

aerospace; helicopter; analysis; rotor; military

PL

lotnictwo; śmigłowiec; analiza; wirnik; wojsko

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 12, Nr 3 (45)
• Strony: 27--52
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., fot., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kachel Stanisław

• Military University of Technology, Faculty of Mechatronics, Armament and Aerospace, 2 Sylwestra Kaliskiego Str., 00-908 Warsaw, Poland

autor

Rogólski Robert

• Military University of Technology, Faculty of Mechatronics, Armament and Aerospace, 2 Sylwestra Kaliskiego Str., 00-908 Warsaw, Poland

autor

Kocjan Jakub

• Military University of Technology, Faculty of Mechatronics, Armament and Aerospace, 2 Sylwestra Kaliskiego Str., 00-908 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-3772-1525

Bibliografia

• [1] Jordan Dawid, James D. Kiras, James D. Lonsdale, Ian Speller, Christopher Tuck, C. Dale Walton. 2016. Understanding Modern Warfare, Cambridge University Press.
• [2] Padfield Gareth. 2007. Helicopter Flight Dynamics (Second Edition), AIAA Education Series.
• [3] Wstęp do konstrukcji śmigłowców: praca zbiorowa (Wydanie 2). 2002. Warszawa: Wydawnictwa Komunikacji i Łączności.
• [4] EASA. 2020. Certification Specifications and Acceptable Means of Compliance for Small Rotorcraft CS-27. Available online: https://www.easa.europa.eu/certification-specifications/cs-27-small-rotorcraft.
• [5] EASA. 2019. Certification Specifications and Acceptable Means of Compliance for Large Rotorcraft CS-29.
• [6] EDA. 2012. Certification of Military Aircraft and Related Products, Parts and Appliances, and Design and Production Organisations, EMAR 21, 1-64.
• [7] Unmack Tim. 2020. Helicopter Operations. In Civil Aviation: Standards and Liabilities, London: Taylor and Francis Group, Imprint: Informa Law from Routledge.
• [8] US Army Command. 1972. Engineering Design Handbook. Helicopter Engineering. Part one. Preliminary design.
• [9] EDA. 2016. Acceptable Means of Compliance and Guidance Material For The Certification of Military Aircraft and Related Products, Parts and Appliances, and Design and Production Organisations EMAR 21 AMC & GM.
• [10] Wayne Johnson. 1994. Helicopter Theory. New York: Dover Publications.
• [11] Bramwell A.R.S., David Balmford, George Done. 2001. Bramwell’s Helicopter Dynamic. American Institute of Aeronautics & Astronautics.
• [12] Seddon M. John, Simon Newman. 2011. Basic Helicopter Aerodynamics. John Wiley and Sons Ltd.
• [13] Stepniewski W. 1979. Rotary-Wing Aerodynamics – Volume I Basic Theories of Rotor Aerodynamics.
• [14] Coleman P. Colin. 1979. A Survey of Theoretical and Experimental Coaxial Rotor. National Aeronautics and Space Administration (NASA).
• [15] Bae Myeang-Hyen, Dock-Joo Lee. 2016. A Study on Helicopter Maneuver Warfare in Future Battle Field. KAIST.
• [16] Engleder Alexander, Johannes Markmiller, Roland Mueller. 2015. The Evolution of Airbus Helicopters Crashworthy Composite Airframes for Transport Helicopters. In Proceedings of the 41st European Rotorcraft Forum.
• [17] Jane’s All the World’s Aircraft – 2004-2005 (ed. Paul Jackson). 2004. Jane’s Information Group.
• [18] Ference. W. Edward. 2002. Cace Study of the Development of the Apache Attack Helicopter (AH-64) (thesis). Monterey, CA, USA: Naval Postgraduate School.
• [19] Hume S. Robert. 1996. Modeling Attack Helicopter Operations in Theater Level Simulations (Master’s thesis). Monterey, CA, USA: Naval Postgraduate School.
• [20] Kee Stephen Glen. 1983. Guide for Conceptual Helicopter Design (thesis). Monterey, CA, USA: Naval Postgraduate School.
• [21] Congress of the United States, Congressional Budget Office. 2007. Modernizing the Army’s Rotary Wing Fleet. Pub. No. 2898
• [22] MD Helicopters. 2014. MD500E – Technical Description. Report No. MD14022801-500ETD.
• [23] Eurocopter. 2015. Technical Data – Eurocopter AS 350 B3. Report No. 350 B3 09.101.01 E
• [24] Chen Chen, Han Cheng, Peng Sun, Zhou Chang Chun. 2018. “An Aerodynamic Calculation Model for Anti-Torque System of NOTAR”. Mechanika 24 (2): 213-220.
• [25] Krenik A., P. Weiand. 2016. Aspects on Conceptual and Preliminary Helicopter Design. In Proceedings of the Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2016, 1-12.
• [26] Aoyama Takashi, Jeiji Kawachi, Shigeru Saito. 1995. “Effect of Blade-Tip Planform on Shock Wave of Advancing Helicopter Blade”. Journal of Aircraft 32 (5): 955-961.
• [27] Brocklehurst A., George N. Barakos. 2013. “A Review of Helicopter Rotor Blade Tip Shapes”. Progress in Aerospace Sciences 56: 35-74.
• [28] Raymer P. Daniel. 2018. Aircraft Design: A Conceptual Approach (Sixth Edition). American Institute of Aeronautics & Astronautics.