Loading AI tools
כלי טיס בעל כנף סובבת מוויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
מַסּוֹק הוא כלי טיס, היוצר עילוי באמצעות סיבוב מדחף בעל להבים או רוטור. בעגה המקצועית מוגדר המסוק כ"כלי טיס בעל כנף סובבת",[Art. 1] בניגוד למטוס שהוא "כלי טיס בעל כנף קבועה". המילה הלועזית "הליקופטר" מורכבת מהמילים היווניות "הֵלִיקְס" (סליל) ו"פּטֵרוֹן" (כנף).
בהשוואה למטוס, המסוק הוא בעל מבנה מסובך בהרבה, יקר יותר לייצור ולתפעול, איטי יותר וטווח הטיסה שלו קצר יותר. יתרונו הגדול של המסוק הוא יכולת התמרון שלו במרחב, הגבוהה בהרבה מזו של מטוס. המסוק יכול להמריא אנכית ממשטחי נחיתה מוגבלים, לרחף מעל נקודה, לטוס לאחור ולצדדים ולתמרן במהירויות נמוכות מאוד המאפשרות טיסה בין עצמים. מספר הלהבים נע בדרך-כלל בין ארבעה לחמישה.[1]
הקושי בתכנון מסוק נובע מכמה גורמים: הצורך בסיבוב הלהבים דורש מנגנון כבד וחזק ומנוע בעל הספק גדול; נדרש מנגנון שמוֹנֵעַ מהמסוק להסתובב בכיוון הפוך מזה של הרוטור; אי אפשר להשתמש במשטחי היגוי כמו במטוס, ולכן נדרשים אמצעי ניהוג מורכבים. בשל מורכבותו ההנדסית פיגר פיתוח המסוק שנים רבות אחרי פיתוח המטוס. טיסת מסוק ראשונה הייתה בשנת 1922. היא הייתה קצרה והתקיימה 19 שנים אחרי טיסת הבכורה של האחים רייט במטוס.
יכולותיו המיוחדות של המסוק הביאו לניצולו למגוון שימושים צבאיים ואזרחיים, ובהם הובלת אנשים וסחורות, התקנה, סיור, ניטור, חילוץ, שיטור, הובלת גייסות ומשימות תקיפה.
המילה מַסּוֹק (בריבוי: מַסּוקים; לעומת: מָטוס-מְטוסים) גזורה מהשורש נס"ק, שמקורו ארמי, ומשמעותו דומה לשורש על"ה.
התיעוד הראשון למונח מופיע בפרוטוקול ישיבה של ועדת הקבע של מונחי צה"ל ב-19 בספטמבר 1951, ובה הועלו המונחים מַסּוֹק ונֶסֶק וגם בֶּרְגָּף או בֻּרְגָּף. לבסוף נבחר המונח מסוק בישיבה שהתקיימה ב־3 באוקטובר 1951. ואולם המונח לא נקלט. האחים אהרן ראובני והנשיא יצחק בן-צבי קידמו את המונחים שהם העלו (נֶסֶק ומַסּוֹק בהתאמה). המונח מופיע בחוברת מונחים צבאיים של שנת 1957, ובה מצוין שהמונח נמצא בשימוש מ-1956. המילה מופיעה גם בכרך המילואים של "מִלּוֹן חָדָשׁ" מאת אברהם אבן-שושן מסוף 1957. ב־23 ביוני 1959 התקיימה ישיבה מיוחדת של הוועדה למונחי צבא של האקדמיה ללשון העברית שאשרר את המונח מסוק. עם זאת, זמן רב עבר עד שהמונח השתרש בחיל האוויר.[2]
ערך מורחב – התפתחות המסוקהתפתחות המסוק הייתה תהליך ארוך שהחל עוד לפני תהליך פיתוח המטוס. אתגרי החלוצים היו גדולים וכללו חוסר הבנת האווירודינמיקה של המסוק, חוסר במנוע חזק ובחומרים קלים דיים, צורך במנגנון לפיצוי על כוח הפיתול שהרוטור המסתובב יוצר, בעיות שליטה ויציבות, ריסון הרעידות האופייניות לכלי הטיס הללו וכן המצאת מנגנוני בטיחות לנחיתה בעת חירום. עד שנת 1903 נעשו יותר ניסיונות לייצר מסוק מאשר מטוס, ואף על פי כן עלה המסוק הראשון לאוויר רק בשנת 1938.[Pri. 1] מאז ועד היום עובר המסוק תהליכי הבשלה, פיתוח ושכלול מתמידים. קפיצת המדרגה הטכנולוגית הגדולה ביותר בפיתוחו של המסוק הייתה שילובו של מנוע סילון מסוג טורבו-ציר, שהגדיל את כושר הנשיאה והפך את המסוק לכלי טיס רב שימושי.
מסוקים טסו לראשונה באופן פעיל במלחמת העולם השנייה, כאשר גם גרמניה וגם ארצות הברית הכניסו מסוקים לשירות מבצעי. בוורמאכט נעשה במסוקים שימוש מוגבל מאוד וללא הצלחות ברורות, ואילו בחילות האוויר של צבא ארצות הברית היו למסוקים תפקידים חשובים. בין 23 באפריל ל-4 במאי 1944, מסוק YR-4B שהיה בהערכה מבצעית בבורמה חילץ 21 פצועים. הצלחה זו אפשרה לקצינים להמשיך ולתמוך ברכש מסוקים נרחב לטובת כוחות הזירה הפסיפית. לפני כן חתם צבא ארצות הברית על חוזה לרכישת 900 מסוקים מדגם R-6A לתפקידי קישור וחילוץ, מאוחר יותר לרכישת 250 מסוקים מדגם R-5A ללוחמה נגד צוללות ותובלה ו-100 מסוקים מדגם R-4B למטרת אימון. מקרה זה גם הדגים את הקושי בתחזוקת המסוקים המוקדמים שהתבטאה בשרידות נמוכה ובפגעה במוכנות היחידות. במקרה אחר חולצו 70 פצועים בין 16 ל-29 ביוני 1945 בפיליפינים על ידי מסוקים מדגמים R-4B ו-R-6A. המסוקים האמריקאיים לא שירתו באירופה במהלך המלחמה בשל העובדה שרוב תפקידי המסוקים יכלו להתבצע על ידי מטוסים,
שכן לא היו בה ג'ונגלים ואיים לא נגישים. מסוקי סיקורסקי המשיכו להשתתף בתפקידי חילוץ, פינוי, קישור ותצפית עד סוף מלחמת העולם השנייה. בסופה נסגרו כל פסי הייצור, והופסקה העבודה על המסוקים שלא הושלמו. במלחמה זו הוכיחו המסוקים את יעילותם ורבים השתכנעו כי אלה כלי טיס חיוניים. כמו כן הפכה המלחמה את תעשיית המסוקים של ארצות הברית למובילה בתחום, ורוב המדינות המערביות הסתמכו על מסוקים מתוצרתה.
בתום מלחמת העולם השנייה בוטלו רוב החוזים לייצור צבאי. כל התעשיות שנרתמו לכך סבלו מקשיים כלכליים, אך המכה הקשה ביותר נחתה על תעשיית המסוקים שהתקשתה למצוא שוק אזרחי לכלי הטיס הללו. הפנטגון הקנה לפעמים חוזי-נדבה רק כדי לשמור על התעשייה. בנובמבר 1945, נתקעה דוברת דלק בחופים סמוך לפיירפילד, קונטיקט במהלך סופה עזה והייתה בסכנת טביעה. שני טייסים שהיו במפעל סיקורסקי הסמוך חילצו את שני אנשי הצוות בעזרת מנוף ניסיוני שהותקן במסוק R-5 שהטיסו. זו הייתה הפעם הראשונה שבה התבצע חילוץ ממסוק מרחף מעל אזור אסון ללא נחיתה.[3]
בסוף שנות ה-40 של המאה ה-20 החלה המתיחות הגואה עם ברית המועצות להשפיע על הדרישות ועל תקציב הכוחות המזוינים של ארצות הברית, ואלה החלו ברכש של כלי מלחמה מתקדמים, ובהם גרסאות משופרות של מסוק סיקורסקי H-5. עם פרוץ מלחמת קוריאה, ב-25 ביוני 1950 מילאו המסוקים תפקיד מכריע בהנחתת כוחות הנחתים על חופי קוריאה הדרומית, מאחר שלא הכירו את תוואי השטח והצירים, וכן בהעלאת מפקדים לסיורים קצרים לצורך התמצאות בשטח ולצורך תקשורת עם שאר הכוחות האמריקאיים והדרום קוריאנים. מאוחר יותר עם הקמת טייסות מסוקים בחיל האוויר ולאחר מכן טייסות בצבא ארצות הברית, החלו המסוקים לעזור בחילוץ פצועים, חילוץ טייסים מופלים, פינוי חללים וטיסות תצפית וקישור. המסוקים אף פרסו קווי טלפון, וקיצרו את התהליך לדקות במקום ימים בפריסה רגלית. אף על פי שהמסוקים לא היו מאושרים לטיסות לילה עקב מיעוט מכשירי ניווט וחוסר בעזרי ניווט אלקטרוניים, השתתפו מסוקי ה-H-5 בחילוצים ליליים, אף תחת אש. מסוקים של חיל הים הצטיינו בהכוונת האש של תותחי ספינות המלחמה האמריקאיות, עד כדי הכרתם כנכס הגדול של ספינות המלחמה. כמו כן השתתפו מסוקי חיל הים בפינוי מוקשים ימיים על ידי זיהוי מוקדם. למרות כל השימושים המגוונים במסוקים, בשלביה הראשונים של המלחמה, גברה הדרישה למסוקים בעלי קיבולת נשיאה גבוהה יותר, ועם הופעת ה-S-55 של חברת סיקורסקי (שסומן כ־H-19) בזירה, החלה הטסת כוחות ואספקה בנוסף לכל התפקידים המקוריים של המסוקים. הם אף השתתפו בהטסת סוללות טילים כחלק מתורת לחימה של פגע-וברח, בה הסוללות היו יורות מטח ומשנות את מיקומן בעזרת המסוקים לעמדה אחרת ומבצעות מטח נוסף. בסוף המלחמה, למרות המוגבלויות והחולשות של מסוקים מוקדמים אלה, הם נחשבו לחלק בלתי נפרד מהלחימה המודרנית, המעשיר ומגדיל את הגמישות והזריזות הטקטית של הצבא.[4]
עם סוף מלחמת קוריאה, החלו המסוקים למצוא נישה מיוחדת בשוק התעופה. חקלאים החלו להשתמש במסוקים למטרות ריסוס, רעיית צאן וקישור לאזורים מרוחקים. כוחות משטרה החלו להתנסות בשימוש במסוקים למשימות של בקרת תנועה, מצוד ואכיפה. מסוקים שימשו לטיסות מיפוי גאוגרפי וגאולוגי וכן נרכשו על ידי כוחות כיבוי לטובת ניטור וכיבוי שריפות על ידי שפיכת כימיקלים או מים על מוקדי האש. יתרונם של המסוקים בתפקיד זה היה בכך שהם לא רק יכלו לרחף מעל מוקדי האש אלא גם למלא את מיכלי הכיבוי ללא צורך בנחיתה, מה שהקטין את משך הזמן בין הטיסות מעל מוקדי האש.[5]
מנועי סילון היו בשימוש במטוסים ממלחמת העולם השנייה. הניסויים הראשונים בהנעת סילון למסוקים התבצעו בשנת 1947, אך הטכנולוגיה לא הייתה בשלה דיה. מנועי בוכנה שתוכננו למסוקים היו גדולים, כבדים, מסורבלים ומורכבים למדי, והקשו על היצרנים בייצור מסוק בעל ביצועים משמעותיים. המצאת מנוע הסילון מסוג טורבו-ציר ושילובו במסוק בשנות ה-1950 המאוחרות, היוותה מהפכה טכנולוגית וכן מהפכה מבחינת יכולת ההפעלה של המסוק. ממכונה שהייתה מוגבלת למשקלים קלים יחסית ולמהירויות נמוכות, ניתן היה לייצר מסוקים כבדים ובעלי יכולת נשיאה משמעותית. מסוקים מיוחדים נבנו ושימשו כעגורנים מעופפים המסוגלים להרים אנטנות, קורות ופיגומים לגובה רב ובתנאי שטח קשים, ללא צורך בהתקנת עגורן ייעודי. החלו להופיע מסוקי תובלה כבדים והם שמשו הן בצבא והן בשירות האזרחי. מסוקי נוסעים מסחריים החלו לטוס טיסות קישור בין שדות תעופה וכן היה צפי כי מסוקים יוכלו להוות מעין אוטובוס לאנשי עסקים שרצו לעקוף את פקקי התנועה העירוניים. אך שירות זה לא תפס מקום בשוק, והמנחתים הרבים שנבנו באזורים אורבניים נעלמו במהלך שנות ה-1970. במקום זאת מצאו מסוקי הנוסעים לקוחות בין חברות הקידוח הנפט שחיפשו פתרון לבעיית הסבבים הארוכים באסדות הימיות שלהם. המסוקים היו מסוגלים להוביל אנשים לאסדה וממנה בעשירית מהזמן שספינה הייתה יכולה לעשות זאת, לכן הסבבים, שהיו אורכים כחודשיים, יכלו להתבצע כל שבועיים.
בשנת 1965, 34 בתי חולים ברחבי ארצות הברית כללו מנחתים למסוקים. ב-1966 החלה מדינת מונטנה שבארצות הברית לממן בניית מנחתים בכל בית חולים שהיה מוכן לכך. תקדימים אלה העידו על השינוי שחל בשירותי ההצלה של מדינות העולם שהחלו להסתמך על המסוקים ככלי מציל חיים.[5]
במהלך מלחמת קוריאה, צבא ארצות הברית שנפרד משירותי האוויר שלו שהפכו לחיל האוויר של ארצות הברית, נאלץ לרכוש ולהפעיל עצמאית מסוקים. במלחמת וייטנאם הפעיל צבא ארצות הברית את מרבית המסוקים שהיו בשירות הכוחות המזוינים של ארצות הברית. בשיאו, עמד המספר על כ-3,900 מסוקים – מסוקים כגון ה-UH-1, ה-CH-21, ה-CH-47 ודומיהם. בעזרת מסוקים אלה, יכלו האמריקאיים להנחית תוך דקות, גדודים שלמים בלב שטח האויב.[6]
בתחילת הלחימה, המסוקים שהטיסו כוחות היו חמושים במקלעים בודדים לצורך חיפוי, אך כאשר אבדות מסוקים אלה החלו לעלות בצורה מדאיגה, החלו האמריקאיים להסב מסוקים לתצורת "Gun-ship" (בתרגום חופשי: ספינת תותחים) שהיו בעצם אותם מסוקי תובלה[7] שחומשו במקלעים כבדים, רקטות ומטולים. יעילותם של מסוקים אלה, לא רק בגרימת אבדות לאויב אלא גם בהרתעתם, כמו כן מגבלותיהם, הוכיחה את נחיצותם של מסוקי קרב ייעודיים. הופעתו של מסוק ה-AH-1 והצלחתו בווייטנאם, הפכה את הדגם הזה ודומיו לכלי מלחמה חשובים המשתתפים במשימות חיפוי אווירי צמוד וציד טנקים.
בתחילת שנות ה-60 של המאה ה-20 החל שימוש נרחב במסוקים לצרכים צבאיים, בעיקר על ידי הכוחות האמריקאים במלחמת וייטנאם. בתחילה לצורכי תובלה ופינוי פצועים ואחר כך גם לצורכי סיור וסיוע לכוחות הקרקע. מסוקים צבאיים שכאלה היו חמושים במספר מקלעים צדדיים ולעיתים אף בכוורת רקטות או ב-M134 מיניגאן. התפישה הרווחת עד אז הייתה שראשית יש לפנות את הפצועים הקלים כיוון שסיכוייהם של הפצועים הקשים לשרוד נמוכים. הכנסת המסוק למערך החילוץ שינתה לחלוטין את פני הדברים, והפצועים הקשים היו הראשונים שהועלו על מסוקי הפינוי.
במלחמת וייטנאם, החלו האמריקנים להשתמש במסוקי הסער החמושים גם למשימות של חיפוי אווירי ותקיפת מטרות וייטקונג מהאוויר. מסוק הסער הוותיק UH-1 ("יואי") הצטיין בתפקיד זה, כאשר שני מקלעי צד מדגם "M134 מיניגאן" הותקנו בתא האחורי ושימשו לטהר שדות מלוחמי וייטקונג. מסוקי ה"יואי" החמושים שימשו למעשה כ"חיל פרשים" אווירי.
בעקבות הניסיון המוצלח עם ה"יואי" פותחו מסוקי תקיפה (באנגלית: Helicopter gunship) שייעודם העיקרי היה תקיפת מטרות קרקע וסיוע לכוחות החי"ר והשריון. מסוקים כאלה נשאו חימוש רב, כאשר בחרטום המסוק הותקן תותח אוטומטי ובכנפוני הצד הותקנו טילים וכוורות רקטות (בדרך כלל נ"ט). ככל שהתקדמה הטכנולוגיה החלו המסוקים גם לשאת אמצעי לוחמה אלקטרונית ומכ"ם. מסוקי תקיפה יכולים לשאת רק 2 אנשי צוות (טייס ואחראי מערכות נשק), אף על פי שבמקרי חירום הם מסוגלים לחלץ מספר חיילים נוספים.
פיתוח ה-AH-1 קוברה ובעיקר ה-AH-64 אפאצ'י הפך את מסוק הקרב למערכת נשק מתקדמת המסוגלת לשגר חימוש מונחה מדויק לעבר מטרות קרקע ולהשיג פגיעות כירורגיות. תכונה זו של מסוק הקרב נוצלה לא רק לתקיפת רכב קרבי משוריין ומוצבים, אלא גם לחיסולים ממוקדים של פעילי טרור בשטח עוין.
מסוקים לשימוש צבאי נחלקים לשני סוגים:
בניגוד ל"כלי טיס כנף קבועה" רגיל, המסוק אינו צריך להיות בתנועה קדימה כדי לנצל את כוח העילוי לצורך מעופו באוויר, במקום זה יוצר המסוק עילוי על ידי סיבוב להבי (כנפי) המדחף (הרוטור). תכונה זו מאפשרת למסוק לרחף ולטוס לאט מאוד לכל הכיוונים, כולל לצדדים ואחורה. יחסית למטוסי המראה ונחיתה אנכיים אחרים, המשתמשים בדחף סילון כדי לרחף, המסוק מבזבז הרבה פחות כוח שכן מטוסי סילון אלו מרחפים על זרם סילון ישירות מהמנוע ולא משתמשים בכנפיים לצורך עילוי. למעשה, פרט למה שמבוצע על ידי מסוקים, מטוסים בעלי הטיית רוטור כגון ה-V-22 אוספריי וספינות אוויר, הריחוף הוא צורת טיסה שאין לה שימוש מעשי פרט להיותה שלב ביניים קצר לקראת נחיתה או מיד לאחר המראה. היכולת לנחות ולהמריא מהמקום וכן לרחף מעל נקודה אחת מאפשרת למסוק לבצע משימות מורכבות כגון חילוץ נפגעים, הטסת כוחות בתוך שדה הקרב והטסת נוסעים בתוך אזור אורבני.
מהירות המסוק מוגבלת מאוד יחסית למטוס רגיל ומהירותם המרבית של רוב המסוקים נעה בסביבות 370 קמ"ש (200 קשר).[Art. 2] בנוסף, המסוק אינו מסוגל להרים את אותו משקל משא שמטוס באותו המשקל יכול לשאת. כמו כן, נצילות הדלק של המסוק קטנה בהרבה בשל העובדה שהוא צריך להשקיע יותר כוח ליצירת עילוי יחסית למטוס.
המסוק הוא כלי טיס מורכב מאוד מהבחינה הטכנית של מורכבות המכניקה, בשל הצורך להתגבר על תופעות טיסה שליליות מרובות, הצורך לרכז את רוב הניהוג במכלול עיקרי, וכן מבחינת ההטסה בשל הצורך לפצות בכל המישורים על כמעט כל שינוי במהירות או מצב במרחב הדורש ניהוג מתמיד בכל הצירים.
מסוקים מתחלקים למספר סוגים עיקריים אשר שונים זה מזה בעיקר בצורת ההתקנה ובכמות הרוטורים. הסוגים הם:
מטוס אוטוג'ירו הוא מטוס המשתמש ברוטור כמקור עילוי עיקרי, אך בניגוד למסוקים, הרוטור אינו מונע על ידי מנוע אלא על ידי זרימת האוויר הנוצרת עקב התנועה קדימה. כלי הטיס הזה מאפשר טיסה ושליטה במהירויות נמוכות במיוחד. למרות פשטות הפתרון, הכלי לא הפך לכלי טיס משמעותי ומשמש בעיקר לטיסה ספורטיבית, על אף שבשנות החמישים של המאה ה-20, ייצרה חברת פיירי תעופה את מטוס הג'ירודיין (Gyrodyne) שהוא מעין בן כלאיים בין אוטוג'ירו למסוק. בשלבי נחיתה והמראה, מניע המטוס את הרוטור הראשי כמו מסוק. בטיסה קדימה, מתנתקת התמסורת מהרוטור והמטוס מתנהג כמו אוטוג'ירו.
ההגבלה התמידית שהקשתה על מטוסים הייתה הצורך במסלול המראה. מהנדסים רבים ניסו לשלב במטוס יכולת נחיתה והמראה אנכית כמו במסוק. הפתרונות שהוצעו היו הטיית כנף והטיית רוטור. בהטיית כנף, כל המשטחים והמנועים מוטים בצורה אנכית לצורך נחיתה אנכית, אך התנהגות בעייתית בזמן הטיית הכנפיים, הנגרמת בשל היפרדות זרימת האוויר מהכנפיים ואובדן העילוי, לא אפשרה יצירת מטוסים מעשיים המשתמשים בפתרון זה. בהטיית רוטור, רק הרוטורים המורכבים בקצות הכנפיים מוטים כלפי מעלה לטובת המראה ונחיתה. פתרון זה הוא יותר מעשי אך עדיין מורכב למדי. מטוסים מטי-מדחף נתקלים בהגבלות ובעיות שונות הנובעות מההבדלים בשני אופני הפעולה של ריחוף וטיסה ישרה, ולכן הם גם מוגבלים ביכולת הריחוף והטיסה האנכית.
בדומה למסוק המאויש, המסוק הבלתי מאויש אינו יכול להתחרות עם כלי טיס לא מאוישים אחרים, נוכח נוחות ופשטות תפעולם. חלק מכלי הטיס האלה קטנים מספיק בשביל להיות נישאים, משוגרים ומתופעלים על ידי אותו אדם, לפיכך המסוק הבלתי מאויש צריך למלא נישה ספציפית מאוד. אחד היתרונות במסוק בלתי מאויש הוא ביטול הצורך בתא טייס והצורך במכניקה כבדה בשביל ממשק ההיגוי, אי לכך יכול המסוק להיות מיוצר בצורות לא סטנדרטיות. כמו כן רוב כלי הטיס הללו הם קואקסיאליים בשל הפתרון הפשוט יחסית לבעיית הפיתול. יתרון נוסף הוא היכולת ליצור צורה קומפקטית אשר לא דורשת אורך או רוחב ספציפיים בגלל אי הצורך בהתקנת רוטור זנב קטן ורגיש.[Art. 5]
ישנו שוק מיוחד למסוקים בלתי מאוישים פרטיים הנקראים רחפן המשמשים לצילום, לספורט ולהובלות קלות.
למרות יתרונותיו, המסוק הוא עדיין כלי טיס מוגבל מבחינת יכולותיו. משימה הניתנת לביצוע עם מטוס, תהיה יותר זולה ופשוטה לביצוע מאשר עם מסוק. עקב כך משתמשים במסוק למשימות שכלי טיס אחרים אינם מסוגלים לבצע, תוך ניצול יכולותיו המיוחדות: יכולתו להמריא ולנחות באתרים מאולתרים וקטנים, ריחוף ללא תזוזה במרחב, טיסה במהירות נמוכה קדימה אחורה ולצדדים, טיסה בגובה נמוך מאוד מעל הקרקע ונשיאת מטען מחוץ לגוף כלי הטיס בדומה לעגורן.
שימושים נפוצים של מסוקים הם חילוץ אווירי (מאזורים קשי-גישה כמו הרים, יערות וקניונים), תובלה לאזורים קשי-גישה שבהם אין מסלול נחיתה, עבודות כעגורן אווירי, סיור ושיטור ונחיתה על כלי שיט.
השימוש העיקרי במסוקים הוא צבאי וכולל שתי קטגוריות של מסוקים: מסוק סער, שהוא מסוק תובלה שמשמש במשימות תובלה, הצנחת כוחות, איתור וחילוץ. מסוק קרב לעומתו משמש במשימות תקיפה וסיוע אווירי קרוב לכוחות קרקע.
אמצעי הניהוג במסוק הם:
ניהוג המסוק המתבצע בפועל הוא מעט לא אינסטינקטיבי להבנה, כיוון שלא כמו במטוס המגיב בצירים לפי תנועת ההגאים (לדוגמה: מאזנות הממוקמות בשפת הזרימה של כנפי המטוס והפועלות אחת בניגוד לשנייה, מגלגלות את כלי הטיס), במסוק, פקודת הגלגול לא באה מצידי המסוק אלא דווקא בניצב אליהם,[Art. 6] זאת בגלל תופעת הנקיפה (פרצסיה) האופיינית לג'יירואים והמשפיעה גם על רוטור המסוק, שהוא בעצם מסה הסובבת סביב ציר בודד במהירות גבוהה.
הנקיפה גורמת להסטת הכוח הפועל על הלהבים בתשעים מעלות בכיוון הסיבוב, כלומר אם ישנה פקודה שניתנה באחד מצידי המסוק, הכוח יבוא לידי ביטוי בציר העלרוד. אם ישנה פקודה שהתבצעה בקדמת המסוק או מאחוריו, היא תבוא לידי ביטוי ותשפיע על ציר הגלגול. לכן ישנה מורכבות לא קטנה במערכות וממשקי ההיגוי של המסוק.
המסוק מסתמך על הלהבים הסובבים ברוטור להיווצרות עילוי בדומה לכנף של מטוס, הטסה במהירות כלשהי עם גוף המטוס. הלהבים יעילים רק בטווח מהירות סיבוב רוטור מסוימת. מתחת למהירות זו, הרוטור לא יוצר את העילוי המתאים ומעל מהירות סיבוב זו, הכוח הפועל על המכלול (להבים, מנועים ותמסורות) יכול לגרום לכשל, שבר ובסופו של דבר להתרסקות. במקום לשלוט על כוח הדחף האנכי על ידי הקטנת או הגדלת מהירות הסיבוב של הרוטור, מוטס המסוק על ידי שינוי זווית הפסיעה של הלהבים. בשביל ליצור תנועה מעלה או מטה יש ליצור שינוי משותף לכלל הלהבים. אופן פעולה זה, וכן מוט ההיגוי השולט בשינוי הזווית המשותף נקראים קולקטיב. משום שאין זרימת אוויר המאפשרת פעולת משטחי היגוי קלאסיים (הגאי גובה, כיוון ומאזנות), השליטה בצירי העלרוד והגלגול צריכה להיעשות על ידי שינוי זווית הלהבים במיקום ספציפי של להב במהלך סיבובו ושליטה מחזורית בזווית הפסיעה של הלהבים, מכאן נובע השם של אופן הפעולה וכן של מוט ההיגוי השולט בצירי הגלגול והעלרוד.
כדי לאפשר כל זאת, נבנה מכלול הדיסקה (באנגלית: Swashplate). המכלול בנוי מדיסקה סטטית המושפעת על ידי מוטות הפעלה, אשר יוצאים או נכנסים ביחד בעת פקודה של מוט הקולקטיב ואשר גורמים להעלאה או הורדה של זווית הפסיעה המשותפת או פועלים בנפרד בעת פקודה ממוט ההיגוי הסייקליק, מה שגורם להטיית הדיסקה לשם שליטה על זווית הפסיעה המחזורית של הלהבים. הדיסקה הסטטית משנה את הזווית של הדיסקה הסובבת, השולטת על זווית פסיעת הלהבים בעזרת מוט המחובר לשורש כל להב.[8] על ידי כך, עוקב כל להב אחר ההטייה שיוצרת הדיסקה הסטטית.[Art. 7]
הדיסקה הסטטית מנוהגת בדרך כלל על ידי שלושה מפעילים ראשיים. בשביל לתת למפעילים אלה פקודה מתואמת מכלל ממשקי ההיגוי ישנו מכלול מערבל הגאים.
סיבוב הרוטור הראשי מבוצע על ידי המנועים המניעים תמסורות, המעבירות את הכוח ומסובבות את הלהבים. בשל החוק השלישי של ניוטון, הכוח יוצר מומנט סיבובי (אפקט פיתול) הדוחף את המסוק בכיוון המנוגד לסיבוב הרוטור. תופעה זו הייתה אחד האתגרים שהקשו על ייצור מסוק בר הטסה. הפתרון הנפוץ יותר לתופעה זו הוא התקנת רוטור שני קטן, המותקן בצורה אנכית בקצהו הרחוק של זנב ארוך, מחוץ לזרימת האוויר שיוצר הרוטור הראשי, אשר יוצר דחף מנוגד ושווה ערך למומנט שיוצר סיבוב הרוטור הראשי. רוטור הזנב מצריך כוח להנעתו ולכן ישנה מערכת תמסורת המעבירה אליו כוח מהמנועים.
פתרון אחר הוא התקנת שני רוטורים ראשיים המספקים עילוי ומסתובבים בכיוונים מנוגדים. שני הרוטורים מבטלים את אפקט הפיתול של האחד את השני. בפתרון זה אין איבוד כוח מנועים המנותב לטובת ייצוב המסוק. למעשה, פתרון זה הועדף על חלוצי התעופה אשר ניסו לייצר מסוק, בשל הפשטות לכאורה של הפתרון לבעיית הפיתול, אך פתרון זה יצר שתי בעיות אחרות חמורות לא פחות מבעיית הפיתול. הראשונה הייתה בעיית הכוח, מכיוון שישנם שני רוטורים המצריכים שתי תמסורות ושני מכלולי דיסקה כדי להניעם ולשלוט בהם. המכלול נוטה להיות כבד מאוד יחסית לפתרון הראשון והוא מעשי בעיקר למסוקים גדולים וכבדים כגון ה-CH-47 צ'ינוק. הבעיה השנייה בפתרון זה היא בעיית היציבות והשליטה. מסוק רגיל הפועל בעזרת רוטור ראשי אחד, יוצר רעידות רבות בשל תופעות אווירודינמית שונות. במסוק בעל שני רוטורים, בעיות היציבות חריפות אף יותר ומסכנות את שלמות המסוק כאשר אין פתרונות להגברת היציבות.
תופעת הפיתול מהווה את ממשק השליטה הראשי בציר הסבסוב ברוב דגמי המסוקים. במסוקים בעלי רוטור ראשי אחד, זהו רוטור הזנב השולט בסבסוב על ידי הגדלה או הקטנת התנגדותו לפיתול של הרוטור הראשי. במסוקים בעלי שני רוטורים קואקסיאליים, בעת פקודת סבסוב, הרוטור הסובב נגד כיוון הפנייה, מגדיל את זווית הפסיעה שלו בעוד הרוטור השני מקטין אותה. כך גדל הפיתול המסובב את המסוק לכיוון הרצוי. במסוקים בעלי שני רוטורים העומדים זה לצד זה או אחד מאחורי השני, מבוצעת השליטה בסבסוב על ידי פקודה מחזורית הפוכה בין הרוטורים. במסוקים בעלי רוטורים העומדים זה לצד זה, הפקודה ההפוכה באה בציר העלרוד (פקודה קדימה או אחורה). במסוקים בעלי רוטורים העומדים זה אחר זה, מתבצע הסבסוב על ידי פקודת גלגול הפוכה (ימינה שמאלה).
בניגוד לכנפי מטוס, להבי רוטור המסוק צריכים להיות ארוכים, דקים וגמישים כדי ליצור מספיק דחף וכן לשכך בצורה מבנית את הרעידות והפיתולים הנוצרים בזמן סיבוב הלהבים. הלהבים מורכבים על מכלול ראש הרוטור שתפקידו העיקרי הוא העברת התנועה הסיבובית מהתמסורת הראשית ללהבים. ישנן מספר צורות של ראשי רוטור ולהבים:
במסוק טהור, רוטור הזנב מהווה את הרכיב הנוגד את פיתול הרוטור הראשי וכן כממשק היגוי בציר הסבסוב. רוטור הזנב מוּנע לרוב על ידי התמסורת הראשית המניעה גם את הרוטור הראשי, מה שדורש חיבור תמסורות נוספות וצירים מעבירי תנועה. בדגמי מסוקים שונים ישנן שתי שיטות עיקריות לשליטה על הדחף של רוטור הזנב. השיטה הראשונה היא שליטה על דחף הרוטור על ידי מהירות הסיבוב. כאשר נדרש להעלות את דחף הרוטור, הוא מאיץ את סיבוביו. כאשר יש צורך להקטין את הדחף, הרוטור מאט את סיבוביו. השיטה השנייה היא שליטה על הדחף בעזרת זווית פסיעת הלהבים. בשיטה זו, רוטור הזנב משנה את זווית הפסיעה הקולקטיבית של הלהבים כתלות בפקודת הטייס.[Art. 8]
סוג נוסף של שליטה בסבסוב ניתן לביצוע על ידי מערכת NOTAR המייצרת זרימת אוויר סיבובית חזקה הנוגדת את הפיתול, וזאת במקום רוטור משני בזנב המסוק.[Art. 9]
מסוקים מדגמים שונים צריכים לעיתים ייצוב או עזרה בניהוג בצירי הסבסוב והעלרוד, אלה מושגים על ידי משטחי עזר קבועים או נעים המשתמשים בשטף האוויר מהרוטור הראשי או מזרימת האוויר הנוצרת בטיסה קדימה.[Art. 10]
בשל ריכוז השליטה ברכיב אחד שהוא הרוטור הראשי, תפעולו בציר אחד גורם לתגובה ביחס ישר בציר אחר, תופעה הנקראת צימוד. במסוק טהור ישנם מספר צימודים אופייניים:
הריחוף הוא מצב טיסה ייחודי ועיקרי במסוקים. במצב זה, נדרש המסוק לייצר דחף מהרוטור שהוא שווה ערך למשקל המסוק. עקב פעולת הרוטור אשר דוחפת אוויר כלפי מטה נוצר מצב שבו נשאב אוויר מלמעלה ונוצרת זרימת אוויר אנכית אשר מקטינה את יעילות הרוטור ואת זווית הפסיעה הקולקטיבית שלו. בשל מצב זה וכן בשל חוסר היציבות הדינמית של המסוק, אין מצב הגאים נכון למצב זה, וזה דורש תיקון מתמיד בכל הצירים. בנוסף על כך, השליטה בכלל הצירים בריחוף וטיסה איטית, שונים מהשליטה באותם הצירים בטיסה מהירה. בעת טיסה איטית, הטיית האף קדימה, אחורה, ימינה או שמאלה תייצר תנועה איטית לאותו הכיוון.
בעת תחילת טיסה איטית, עובר המסוק למצב ביניים בו דחף המסוק מוּטה מעט כלפי הצד האחורי ויוצר דחף קדימה. במצב זה, האוויר הנדחף על ידי הרוטור והיורד כלפי מטה, מספיק עדיין לעלות בחזרה אל מעל לדיסקה, אך הרוטור עדיין פחות יעיל ביצירת העילוי הדרוש כדי להחזיק את המסוק באוויר. כמו כן, להבי המסוק נכנסים למערבולות בקצה הלהב שלהם, מה שיוצר רעידות חזקות יחסית בתנאי טיסה אלה. ישנה התייחסות מיוחדת למצב טיסה זה בשל הקטנת יעילות דחף הרוטור וכן בגלל השפעת אפקט הקרקע.
בעת טיסה מהירה קדימה, מתנהג המסוק יותר כמו "מטוס כנף קבועה" רגיל. במהלך טיסה מהירה, בעת פקודה בעלרוד מטה או מעלה, יחווה המסוק (בנוסף על האטה או האצה) גם עליה או ירידה בגובה. בעת פקודת גלגול (בנוסף על הטיית גוף המסוק) יחל כלי הטיס בפנייה לכיוון ההטייה. הרוטור עצמו יחל גם הוא להתנהג כמו כנף ותידרש זווית פסיעה נמוכה יחסית לטובת שמירה על המהירות. כמו כן, תופעות "להב מתקדם" ו"להב נסוג" יחלו להשפיע בצורה משמעותית על הטיסה. במהלך הטיסה קדימה, התנהגות הלהבים משתנה מעט משום שבחלק ממהלך סיבובם, מתקדמים הלהבים בכיוון הטיסה ועל ידי כך פוגשים יותר אוויר (להלן "להב מתקדם"). בחלקו השני של הסיבוב, מתקדמים הלהבים עם כיוון זרימת האוויר ולכן פוגשים פחות אוויר (להלן "להב נסוג"). ההבדל בין תנאי האוויר במהלך סיבוב הלהבים, יוצר הבדלים בנתוני העילוי בין שני המצבים וכן בנתוני הפיתול. כלומר, "להב מתקדם" מייצר יותר עילוי אך גם חווה יותר גרר.
כמו בכל כלי טיס, הנחיתה היא שלב טיסה הכולל בתוכו סיכונים רבים שיש להתחשב בהם. השאיפה במסוקים היא לבצע נחיתה רכה ככל האפשר. מכת נחיתה חזקה עלולה להוציא את הלהבים מאיזון ולהכניסם לתהודה קרקעית. בעת התרחשות תופעה זו, מטים הלהבים שיצאו מאיזון, את מרכז המסה של המסוק אחריהם ועל ידי כך מטלטלים אותו. תופעה זו עשויה להחריף ככל שהלהבים מתבדרים ויוצאים יותר ויותר מאיזון. ישנה גם תופעה של תהודה אווירית, אך ראשי רוטור מודרניים קשיחים וחצי קשיחים מסוגלים לשכך אותה בצורה מבנית.[Art. 11]
ישנו סיכון של התהפכות בנחיתה על משטח לא מישורי, כאשר הטיית המסוק היא כלפי אחד הצדדים בגלגול, או לחלופין בעת נחיתה או המראה תוך כדי הטיה ולא בצורה מאוזנת. תופעה זו מתרחשת מפני שכיוון הדחף של המסוק אינו בקו אחד עם כיוון מרכז המסה השואף למטה. במצב זה, ציר הגלגול של המסוק נמצא באחד מגלגליו/מגלשיו ולא במרכז הכובד. מצב זה דומה למצב בו בו תלויה משקולת במשקל המסוק, רק בצד אחד של הגוף. תופעה זו יכולה להחריף ולצאת מידי שליטה ולכן הנחיתה מוגבלת לזוויות גלגול מתונות יחסית.[Art. 12]
ישנן הרבה מגבלות הטסה בטיחותיות במסוק אשר נובעות מהמורכבות של מכניקות טיסת המסוק. המגבלה הברורה ביותר היא הגבלת מהירותו של המסוק. במהירויות גבוהות מדי, זרימת האוויר בלהבים הנסוגים תהיה כה קטנה עד אשר להבים אלה יזדקרו ולא ייצרו עילוי כלל, תופעה הנקראת "הזדקרות להב נסוג". מסוק טהור במצב זה, יתחיל בהעלאת אף וגלגול בלתי נשלטים, הגורמים להאטה ולשינוי כיוון.
במסוק קואקסיאלי, "הזדקרות להב נסוג" תגרום לאיבוד משמעותי של עילוי בשל הסיבה שכל רוטור סובב בכיוון שונה, מה שגורם לכך שהזדקרות להב נסוג קיימת משני צידי המסוק. מצב זה מסוכן בשל שהשליטה בעלרוד בשלב זה היא מחצית ממה שהיא אמורה להיות ולכן קשה יותר להיחלץ ולהאט, בנוסף העילוי המוגבר על הלהבים המתקדמים, מפעיל עליהם הרבה יותר כוח וגורם ליצירת גלי הדף חזקים, הגורמים לפרפר להבים מעלה ומטה, מה שבתורו יכול להביא להישברות הלהבים והתרסקות המסוק. כמו כן, הפיקוד בערוץ העלרוד יהיה קטן משמעותית מהרגיל מכיוון שבשתי הדיסקות ישנם להבים נסוגים ואלה יהיו תמיד במצב של הזדקרות במהירויות גבוהות מהמותר, ולכן לא יוכלו להשפיע על ציר העלרוד.
בעת צניחה מהירה מדי במהירות חזיתית נמוכה או בזמן ריחוף, נוצרות מערבולות טבעת (באנגלית: Ring Vortex) אשר נגרמות מאוויר העולה מלמטה (יחסית למסוק) והכולא חלק מהאוויר שנדחף על ידי הרוטור. האוויר הכלוא עולה אל מעל לדיסקה ונדחף חזרה למטה וחוזר חלילה. מערבולות הטבעת מקטינות את יעילות הלהבים והפקודה הקולקטיבית של המסוק. מעל מהירות צלילה מסוימת, יכול העילוי להיות חסר משמעות והמסוק יהיה כלוא בצניחה שאי אפשר לעצור. במצב זה יש להטות את המסוק לאחד הכיוונים, לרוב קדימה, כדי לצאת מאותן מערבולות וכדי לצבור מהירות אוויר ולהשתלט על המסוק. בשל תופעה זו, מוגבלים מסוקים למהירויות צניחה נמוכות במשטרי טיסה איטית ובריחוף.[Pri. 3]
ישנה גם מגבלה על קצב צניחה בתנאי טיסה מהירה. במצב זה, האוויר העולה כלפי המסוק, מסוגל על ידי אפקט האוטורוטציה, לדחוף את הלהבים ולהאיץ את סיבובי הרוטור, המכלולים והתמסורות שמחוברים אליו. בקצב צניחה גבוה מדי, מסוגל הרוטור להגיע לסל"ד גבוה מידי עד כדי רמה מסוכנת ובכך לפגוע בשלמות המסוק ומכלוליו.
ישנן גם מגבלות תמרון מחמירות בתנאי ג'י חיובי, בשל העומס הגדול שפועל על הלהבים והמסוגל לשבור אותם, או לחלופין לשבור את תורן הרוטור. בתנאי ג'י שלילי, ההגבלה היא אף חמורה יותר מפני שהעומס על הלהבים מתהפך והם עלולים לרדת ולפגוע בגוף המסוק.
אוטורוטציה במסוקים היא מצב בו הרוטור מוּנע מזרימת האוויר העולה מלמטה. במצב זה האוויר הפוגש את הלהבים יוצר גרר וכן שטח של לחץ גבוה מתחת לדיסקת הרוטור. האוויר השואף לחמוק מבעד ללהבים מסובב אותם. מצב זה במסוקים, נמצא בשימוש כיכולת דאייה נשלטת לנחיתה בחירום. בזמן כשל מנועים, מנתק הטייס את התמסורת המתנגדת לסיבוב החופשי של הלהבים, ומוריד את הקולקטיב לשם השגת זווית פסיעה מתונה שתמנע את הזדקרותם. כמו כן, שומר הטייס על זווית אף מתונה, גם כדי לשמור על תנועה קדימה וגם כדי למנוע את הזדקרות הלהבים. בקרבת הקרקע, יצנח הטייס מעט מהר יותר בשביל לבנות יותר מהירות אוויר וכן בשביל לבנות מומנט גדול יותר בלהבים, שיאפשרו לו ליצור עילוי לזמן קצר לקראת נחיתה.[Art. 13]
Helicopter Physics Series Intro - #1, סרטון באתר יוטיוב - איך מסוקים פועלים. Helicopter Physics Series - #2, סרטון באתר יוטיוב - אמצעי השליטה במסוק. Helicopter Physics Series - #3, סרטון באתר יוטיוב - ערבוב עלרוד קולקטיב-סייקליק. Helicopter Physics Series - #4, סרטון באתר יוטיוב - מסוקים הם גירוסקופים - המחשה לאופן ניהוג המסוק. Helicopter Physics Series - #5, סרטון באתר יוטיוב - אוטורוטציה - הסבר והמחשה. Helicopter Physics Series #6, סרטון באתר יוטיוב - המחשת תצורת הלהבים על ידי קרן לייזר תוך מתן פקודות שונות באמצעי השליטה. Helicopter Physics Series #7, סרטון באתר יוטיוב - גבול מהירות המסוק - עילוי אי-סימטרי והזדקרות להבים.
מסוקים בארכיון הסרטונים של APSeamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
