เฮลิคอปเตอร์

เฮลิคอปเตอร์ จัดเป็น อากาศยาน ปีกหมุน (Rotor Craft) มีใบพัดขนาดใหญ่ติดตั้งเหนือลำตัว ใบพัดหมุนรอบตัวในแนวนอน ทำหน้าที่ช่วยพยุงตัวและบังคับให้บินไปตามทิศทางที่ต้องการได้ ใช้เครื่องยนต์ขับเคลื่อนและบินขึ้นลงในแนวดิ่งได้ สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างสะดวกแม้แต่ในที่แคบก็ขึ้นลงได้อย่างสบาย

เฮลิคอปเตอร์ลำแรกของโลกพัฒนาขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2482 โดยชาวอเมริกันเชื้อสายรัสเซีย ชื่ออิกอร์ ซิคอร์สกี ( Igor Sikorsky) โดยใช้ชื่อว่า VS-300 ใช้เครื่องยนต์ 4 สูบ ประกอบด้วยเหล็กท่ออย่างหนา ไม่มีผนังลำตัวปกปิด และไม่มีเครื่องวัดใด ๆ โรเตอร์หลักประกอบด้วยใบพัดสามใบ และมีโรเตอร์ท้ายเพื่อต้านแรงหมุนที่เกิดขึ้น

จากหลักฐานอ้างอิงที่เก่าแก่ที่สุดสำหรับบันทึกของการบินในแนวดิ่งนั้นได้มาจากประเทศจีน ตั้งแต่เมื่อประมาณราว 400 ปีก่อนคริสตกาล เด็ก ๆ ชาวจีนได้เล่นกับของเล่นบินได้ทำจากไม้ไผ่ (bamboo flying toys) คอปเตอร์ไม้ไผ่จะถูกปั่นหมุนโดยกลิ้งไถลแท่งไม้กลมที่ยึดติดอยู่กับใบพัดด้วยมือสองข้าง และในศตวรรษที่ 4 หลังคริสตกาล ได้มีหนังสือในลัทธิเต๋าชื่อ เป้าผูจื่อ (Baopuzi) (??? "Master who Embraces Simplicity" ("นายผู้ที่โอบกอดกันอย่างเรียบง่าย")) ซึ่งได้อธิบายถึงบางส่วนของความคิดที่มีอยู่เกี่ยวกับอากาศยานปีกหมุนไว้:

จวบจนเวลาผ่านไปก็ยังไม่มีอะไรเกิดขึ้นจนกระทั่งถึงยุคต้นปี 1480 เมื่อเลโอนาร์โด ดาวินชีได้ทำการออกแบบเครื่องกลที่สามารถอธิบายได้ว่าเป็น "สกรูอากาศ", นับได้ว่าเป็นบันทึกหลักฐานแรกของความก้าวหน้าในเรื่องราวของการบินในแนวตั้ง จากบันทึกของเขาบอกไว้ว่าเขาได้สร้างแบบจำลองการบินขนาดเล็กขึ้น แต่ก็ไม่มีข้อบ่งชี้ใด ๆ สำหรับข้อกำหนดในการที่จะทำให้มีการที่จะหยุดตัวโรเตอร์ (ใบพัดหลักของเฮลิคอปเตอร์) จากการทำให้ตัวยานนั้นหมุนไปได้ (ซึ่งเฮลิคอปเตอร์ในยุคปัจจุบันนี้นั้นทำได้แล้วคือ เพิ่มใบพัดส่วนหางสำหรับผลักดันต่อต้านผลของแรงบิดอันเนื่องมาจากแรงปฏิกิริยาที่เกิดจากการหมุนย้อนกลับอันเนื่องมาจากการหมุนของใบพัดโรเตอร์เข้าไป) เป็นความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่เพิ่มขึ้นและกลายเป็นที่ยอมรับมากขึ้น มนุษย์ก็ยังคงเฝ้าติดตามแนวความคิดใหม่ ๆ ในเรื่องของการบินในแนวตั้งอยู่ตลอดมา หลาย ๆ แบบจำลองและเครื่องกลไกเหล่านี้ในระยะเวลาภายหลังต่อ ๆ มาดูจะคล้ายคลึงอย่างใกล้ชิดมากกับเครื่องบินที่ทำจากไม้ไผ่ที่บินด้วยปีกหมุนที่อยู่ด้านบน, มากกว่าสกรูอากาศของดาวินชี

ในเดือนกรกฎาคมปี ค.ศ. 1754 มิคาอิล ลามานาซูฟ (Mikhail Lomonosov) ได้จัดแสดงสาธิตให้เห็นถึงโรเตอร์ตีคู่ขนาดเล็กแก่สถาบันการศึกษาวิทยาศาสตร์แห่งรัสเซีย มันถูกขับเคลื่อนโดยสปริงและเขายังได้แนะนำให้เป็นวิธีการที่จะใช้สำหรับยกเคลื่อนย้ายอุปกรณ์เครื่องมือทางอุตุนิยมวิทยาอีกด้วย ในปี 1783 คิสชองก์ เดอ ลัวนัวว์ (Christian de Launoy) และช่างเครื่องของเขาชื่อ เบียเวนู (Bienvenu) ได้สร้างแบบจำลองใบพัดคู่ที่หมุนสวนทางกันขึ้นมา, โดยใช้การบินด้วยขนไก่งวงเป็นใบพัดโรเตอร์, และในปี 1784, เขาได้จัดแสดงสาธิตให้แก่สถาบันการศึกษาวิทยาศาสตร์แห่งฝรั่งเศส (French Academy of Sciences) เซอร์ จอร์จ เคย์ลี (Sir George Cayley) ได้รับอิทธิพลจากความหลงใหลในวัยเด็กกับสุดยอดในด้านการบินของชาวจีน, เขาเติบโตขึ้นมาเพื่อพัฒนาโมเดลของสิ่งประดิษฐ์ที่ทำจากขนนกคล้ายกับสิ่งประดิษฐ์ของลัวนัวว์ และเบียเวนู แต่มันถูกขับเคลื่อนด้วยหนังยาง ในตอนท้ายของศตวรรษ, เขามีความก้าวหน้าในการใช้แผ่นดีบุกสำหรับใช้ทำใบพัดโรเตอร์และสปริงสำหรับการใช้เป็นแหล่งพลังงาน งานเขียนของเขาเกี่ยวกับการทดลองและแบบจำลองของเขาได้กลายเป็นสิ่งที่มีอิทธิพลต่อผู้บุกเบิกด้านการบินในอนาคต หลังจากนั้นต่อมา อัลฟองส์ พนูลด์ (Alphonse P?naud) ก็ได้พัฒนาของเล่นเฮลิคอปเตอร์ที่มีใบพัดโรเตอร์คู่ที่มีแกนอันเดียวกันในปี ค.ศ. 1870, โดยขับเคลื่อนด้วยหนังยาง หนึ่งในของเล่นเหล่านี้นั้นได้รับมอบเพื่อเป็นของขวัญจากพ่อของเขาเพื่อสร้างแรงบันดาลใจให้กับเขาเหมือนดังเช่นพี่น้องไรต์ (Wright brothers) ในการที่จะไล่ตามความฝันของการบินให้จงได้

ในปี ค.ศ. 1861 คำว่า "เฮลิคอปเตอร์" ได้รับการบัญญัติชื่อเรียกโดย กุสตาฟ เดอ พอนดัน ดามาโคร์ท (Gustave de Ponton d'Am?court), นักประดิษฐ์ชาวฝรั่งเศสที่ได้จัดการแสดงสาธิตเล็ก ๆ ให้เห็นถึงแบบจำลองที่ขับเคลื่อนด้วยพลังไอน้ำ ในขณะที่มีการเฉลิมฉลองกับการมีการประยุกต์ใช้งานนวัตกรรมใหม่ ๆ, คือ โลหะอะลูมิเนียม, แบบจำลองต่าง ๆ ที่ประดิษฐ์สร้างกันขึ้นมาก็ไม่เคยสามารถบินยกตัวมันเองขึ้นจากพื้นได้เลย ดามาโคร์ทนั้นได้มีส่วนร่วมทางด้านเกี่ยวกับภาษาศาสตร์ในการที่จะมีชีวิตอยู่ดูผลงานเพื่อให้คำอธิบายเกี่ยวกับเรื่องของการบินในแนวตั้งที่เขาคิดวาดภาพจินตนาการเอาไว้ในท้ายที่สุด พลังไอน้ำนั้นก็ได้รับความนิยมกับนักประดิษฐ์คนอื่น ๆ ด้วยเช่นกัน ในปี ค.ศ. 1878 อากาศยานแบบไร้คนขับได้ถูกสร้างขึ้นโดยนักประดิษฐ์ชาวอิตาเลียนชื่อ เอนริโก ฟอร์ลานินี่ (Enrico Forlanini) โดยใช้กำลังที่ถูกขับเคลื่อนโดยเครื่องจักรไอน้ำ, เป็นการบินครั้งแรกที่เครื่องสามารถทะยานลอยตัวขึ้นไปที่ระดับความสูง 12 เมตร (40 ฟุต), ซึ่งมันได้ทำการบินร่อน (hovered) อยู่นานเป็นเวลาประมาณ 20 วินาทีหลังจากที่ได้พยายามทำการบินขึ้นไปในแนวดิ่ง

การบินด้วยปีกโรเตอร์ในช่วงยุคแรก ๆ ได้ประสบกับความล้มเหลวเป็นส่วนใหญ่อันเนื่องมาจากความเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่แบบหมุนที่เกิดจากความไม่สมดุลที่ถูกสร้างขึ้นเมื่อได้มีความพยายามในการบินทะยานขึ้นไปของตัวอากาศยานนั้นเนื่องมาจากการสูญเสียความสมมาตร (dissymmetry) ของการยกตัวเองขึ้นในระหว่างใบพัดโรเตอร์ด้านที่กำลังเคลื่อนที่หมุนมาข้างหน้าและใบพัดโรเตอร์ด้านที่กำลังหมุนเคลื่อนที่ถอยหลังออกไป

ระบบโรเตอร์หรือมากยิ่งไปกว่านั้นเป็นส่วนที่หมุนของเฮลิคอปเตอร์ในการที่จะสร้างให้เกิดแรงยกขึ้น ระบบโรเตอร์อาจจะติดตั้งในแนวนอน, ในขณะที่ใบพัดโรเตอร์หลักคือการให้แรงยกในแนวดิ่ง, หรืออาจจะติดตั้งในแนวตั้ง เช่น ใบพัดหางเพื่อทำให้เกิดแรงยกเป็นแรงผลักดันในแนวนอนเพื่อต่อต้านกับผลกระทบที่เกิดขึ้นจากแรงบิด (torque) โรเตอร์ประกอบไปด้วยเสากระโดง, ดุมใบพัด (hub) และใบพัด

เสากระโดงเป็นเพลาโลหะทรงกระบอกที่ยื่นยาวสูงขึ้นไปและถูกขับเคลื่อนโดยส่งผ่านแรง ที่ด้านบนของเสากระโดงคือจุดที่เป็นที่ยึดติดสำหรับใบพัดโรเตอร์ที่เรียกว่าดุมใบพัดหรือฮับ ใบพัดโรเตอร์นั้นจะถูกยึดติดเข้ากับฮับด้วยจำนวนของใบพัดอันเนื่องมาจากวิธีการที่แตกต่างกัน ระบบใบพัดหลักจะถูกแบ่งจำแนกตามวิธีการที่ใบพัดโรเตอร์หลักจะถูกยึดติดและมีการเคลื่อนที่ที่สัมพันธ์กับฮับหรือศูนย์กลางโรเตอร์หลัก

เฮลิคอปเตอร์ส่วนใหญ่มีโรเตอร์หลักแกนเดียว แต่แรงบิดที่ถูกสร้างขึ้นเพื่อเป็นกลไกสำหรับไปหมุนโรเตอร์เป็นสาเหตุทำให้ลำตัวเครื่องของเฮลิคอปเตอร์นั้นเกิดการหมุนไปในทิศทางที่ตรงกันข้ามกับโรเตอร์ เพื่อลดผลกระทบที่เกิดขึ้นนี้, การจัดเรียงลำดับในการควบคุมเพื่อต่อต้านแรงบิดด้วยวิธีการบางอย่างเป็นสิ่งจำเป็นจะต้องทำ

จำนวน, ขนาดและประเภทของเครื่องยนต์ ที่ใช้กับเฮลิคอปเตอร์จะเป็นตัวกำหนดขนาด, ฟังก์ชันการทำงานและความสามารถในการออกแบบเฮลิคอปเตอร์

เฮลิคอปเตอร์มีปัจจัยในการควบคุมการบินอยู่สี่ตัวแปร เหล่านี้ก็มี ไซคลิก (cyclic) คอลเลกทีฟ (collective) คันเหยียบต่อต้านแรงบิด (anti-torque pedals) และ คันเร่ง (throttle)

มีสามเงื่อนไขการบินพื้นฐานสำหรับเฮลิคอปเตอร์: คือ การบินโฉบลอยตัวอยู่นิ่ง ๆ, การบินไปข้างหน้า และการเปลี่ยนแปลงลักษณะการบินระหว่างทั้งสองข้อแรกข้างต้น

ต่อมามีการนำมาใช้ในการทหารเช่น ฮิวอี้ (UH-1 HUEY) ที่ถูกพัฒนาขึ้นในปี พ.ศ. 2499 ยุคของสงครามเกาหลี เนื่องจากจำเป็นต้องใช้ยานขึ้น-ลงแนวดิ่ง เคลื่อนย้ายกำลังทหารที่บาดเจ็บ และมีการนำมาใช้ในสงครามเวียดนามในเวลาต่อมา