هر آنچه درباره هلیکوپتر بل EDAT 429 و فناوری نوین آن می‌دانیم

هلیکوپترها از جمله هواگردهای رایج با کاربری‌های گوناگون هستند که فناوری‌های گوناگونی در دل خود دارند و بل 429 EDAT پذیرای یکی از آن‌هاست.

هلیکوپتر هواگردی از خانواده گردنده‌ بال‌ یا بالگرد است که برای ایجاد برا (لیفت) و بالا رفتن،‌ بال‌های خود که اصطلاحا به آن پروانه یا ملخ گفته می‌شود را می‌چرخانند. هلیکوپترها بسته به نوع، طراحی، هدف کاربری، وزن، اندازه و پارامتری‌هایی از این قبیل، دو یا چند تیغه در پروانه اصلی خود دارند. حضور پروانه اصلی مسائلی را ایجاد و نیازمند طراحی خاص خود است که بل 429 EDAT راهکاری متفاوت برای آن دارد.

در هلیکوپترهایی که یک پروانه اصلی دارند، حضور یک پروانه دمی الزامی است تا از چرخش هلیکوپتر به دور خود در هوا جلوگیری شود. این چرخش ناشی از گشتاور تولیدی توسط موتور پروانه اصلی است که اگر مهار نشود، هلیکوپتر دور روتور خود خواهد چرخید. به منظور جلوگیری از چرخش هلیکوپتر به دور خود، در انتهای دم هلیکوپتر یک پروانه دیگر موسوم به پروانه دمی نصب می‌شود که قدیمی‌ترین راهکار ممکن برای غلبه بر گشتاور پروانه اصلی است. وظیفه دیگر پروانه دمی تغییر جهت دماغه هلیکوپتر هنگام پرواز است.

البته فناوری‌های دیگری همچون سیستم نوتار نیز وجود دارد که در آن هوا از ابتدای دم به داخل مکیده و با گذر از کانال دمی، از انتهای آن و در جهت عکس جهت چرخش ناشی از گشتاور خارج می‌شود تا دیگر نیازی به پروانه دمی نباشد؛ هلیکوپتر MD Explorer مثالی برای این سیستم است. در هلیکوپترهایی که دو پروانه اصلی با آرایش پشت سر هم (همچون CH-47 شینوک)، یا دو پروانه اصلی هم محور با جهت چرخش مخالف یا هم محور واگرد (همچون کاموف Ka-52)، یا دو پروانه اصلی در هم گذر یا همگام (همچون K-1200 K-MAX) و آرایش پروانه‌های عرضی (همچون میل V-12) دارند نیز نیازی به پروانه دمی نیست.

و اما به رایج‌ترین آرایش که ترکیب پروانه اصلی با پروانه دمی است بازگردیم. در این آرایش، پروانه اصلی هلیکوپترهای سوختی توسط یک تا سه موتور توربوشفت (مشتقی از موتور جت) چرخانده و یک جعبه دنده و محور که در در طول دم تا پروانه دمی امتداد دارد نیز نیروی چرخش مورد نیاز پروانه دمی را از موتور(های) اصلی به آن منتقل می‌کند.

در چنین مکانیزمی که موتور اصلی نیروی لازم برای چرخش پروانه دمی را تامین می‌کند،‌ پروانه دمی نیز پا به پای پروانه اصلی چرخیده و حتی مواقعی که به آن نیاز نیست نیز کار می‌کند. برای مثال زمانی که هلیکوپتر روی زمین است، نیازی به پروانه دمی نیست و کارکرد این بخش نه تنها فاقد اثر است،‌ بلکه به شدت خطرناک بوده و می‌تواند برای افراد اطراف هلیکوپتر مرگ‌ آور باشد. ضمن اینکه استهلاک قطعات را نیز بالا می‌برد.

البته برای رفع خطر و همچنین بالا بردن امنیت برای خود پروانه (محافظت در برابر برخورد با اجسام و یا پرندگان)، طرحی به نام پروانه پنجره‌ای ابداع و در انواع زیادی هلیکوپتر استفاده می‌شود که بیشتر هلیکوپترهای شهری همچون هلیکوپتر پلیس، آمبولانس و… هستند. هر چند در این هلیکوپترها نیز همچنان در مواقعی که نیاز نیست، پروانه دمی می‌چرخد.

و اما کمپانی آمریکایی بل که از قدیمی‌ترین، موثرترین و توانمندترین سازندگان هلیکوپتر است، نمونه جدیدی به نام بل 429 EDAT را آزمایش کرد که معایب گفته شده در بالا را پشت سر گذاشته است. این هلیکوپتر در کارخانه‌های این کمپانی در کانادا که مختص ساخت هلیکوپترهای غیرنظامی است تولید شده و بل پروژه آن را تا اوایل سال 2020 مسکوت نگه داشته بود. آزمایش‌های پروازی این هلیکوپتر نیز در کانادا انجام می‌شود.

بل 429 EDAT بر اساس هلیکوپتر چندمنظوره متوسط بل Bell 429 گلوبال رنجر (Global Ranger) ساخته شده و دو موتور توربوشفت PW207D1 دارد. در گلوبال رنجر نیز همچون هلیکوپترهای دیگر، پروانه دمی نیروی خود را توسط یک محور از موتورهای پروانه اصلی دریافت می‌کند. اما در Bell 429 EDAT از یک طراحی جدید و کاملا متفاوت استفاده شده است.

در EDAT، خبری از پروانه دمی خارجی و محور انتقال نیرو نیست. بلکه هلیکوپتر چهار پروانه پنجره‌ای در دم خود داشته که هر کدام به صورت مجزا توسط یک موتور الکتریکی چرخانده می‌شوند. ناگفته نماند بل در طول پژوهش‌ها و آزمایش‌های خود به این نتیجه رسید که ترکیب چهار موتور با آرایش فعلی بهتر از یک موتور الکتریکی بزرگ است. موتورهای کوچک صدا و وزن کمتری دارند. ضمن اینکه سریعتر نسبت به دستوراتی همچون تغییر دور موتور پاسخ می‌دهند.

بل 429 EDAT نخستین هلیکوپتری است که چنین طرحی دارد و تا کنون یک فروند پیش نمونه آزمایشی از آن ساخته شده که اولین پرواز خود را تقریبا یک سال پیش، در 23 می 2019، انجام داد. واژه “EDAT” کوتاه شده عبارت “Electrically Distributed Anti-Torque” و به معنی سیستم «الکتریکی توزیع شده ضد گشتاور» است.

از آنجا که موتورها الکتریکی بوده و هر پروانه یک موتور مجزا دارد، خلبان می‌تواند دور هر پروانه را در هر سرعتی تنظیم و یا آن‌ها را خاموش کند. در حالی که در طرح محور انتقال نیرو و جعبه دنده، پروانه دمی نه خاموش شده و نه در هر سرعتی می‌‌چرخد. پروانه دمی یک جعبه دنده دارد که دور آن را بسته به دور پروانه اصلی، در چند سرعت‌ تنظیم می‌کند.

نیروی الکتریکی مورد نیاز برای چرخاندن چهار موتور الکتریکی که در دم بل 429 EDAT قرار دارند نیز توسط دو ژنراتور که جای محور به جعبه دنده پروانه اصلی متصل‌ هستند فراهم می‌شود و حتی در صورت از کار افتادن دو موتور نیز به دلیل چرخش آزاد پروانه اصلی، ژنراتورها چرخیده نیروی الکتریکی پروانه‌های دمی را تامین می‌کنند.

نیروی الکتریکی تولید شده توسط ژنراتورها با سیم و مجددا از میان کانال دمی به موتورها که در دم هستند می‌رسد و دیگر خبری از محور و جعبه نیست. بدین ترتیب خلبان هنگامی که به پروانه دمی نیاز ندارد، می‌تواند آن را خاموش کند. این موتورهای الکتریکی با همکاری کمپانی هوافضا، امنیتی و دفاعی فرانسوی سافران (Safran) ساخته شده‌اند که در زمینه تولید انواع موتورها و سیستم‌های الکترونیکی هوایی کار می‌کند.

ترکیب پروانه پنجره‌ای و موتورهای الکتریکی امنیت هلیکوپتر برای انسان‌ها اطراف آن را به شدت افزایش می‌دهد. چرا که برخورد آن تیغه‌ها با بدن نتایج وحشتناک و غیرقابل تصوری ایجاد می‌کند و متاسفانه در طول تاریخ حوادث این چنین کم نبوده‌اند. تا آنجا که مطالعات صورت گرفته در این زمینه مشخص کرد 50 درصد حوادث منجر به مرگ با هلیکوپتر فرود آمده بابت پروانه دم است.

حسن دیگر خاموش کردن موتورهای دمی روی زمین، کاهش نویز تولیدی توسط موتور است. همچنین هنگام کار خلبان می‌تواند چهار موتور خود را با دور پایین بپرخاند تا نویز تولیدی حتی هنگام پرواز کاهش یابد. چنین قابلیتی در محیط‌های شهری به شدت مناسب است و سبب کاهش آلودگی صوتی می‌شود. برای هلیکوپترهای نظامی نیز سبب افزایش پنهانکاری صوتی آن‌ها می‌شود. البته گاهی اوقات موتورهای این هلیکوپتر نیز باید با نهایت سرعت چرخیده و چندین تن رانش تولید کنند که همیشه به نهایت رانش نیاز نیست و موتورها بیشتر در دور بهینه و کم صدا کار می‌کنند.

بد نیست بدانید صدای تولیدی توسط پروانه دمی هلیکوپترهای عادی، نه تنها بابت چرخش نوک تیغه پروانه هنگام گذر از درون هواست، بلکه جعبه دنده آن نیز سرچمشه می‌گیرد. همچنین جالب توجه است که گاهی اوقات در هلیکوپترهای کوچک نویز تولیدی توسط پروانه دمی بیشتر از پروانه اصلی است؛ چرا که 3 تا 6 برابر سریعتر از پروانه اصلی  می‌چرخد.

علاوه بر توقف پذیر بودن، پنجره‌ای بودن پروانه‌های EDAT یک مزیت دیگر آن است. پروانه دمی پنجره‌ای که اصطلاحا به آن فنسترون (Fenestron) گفته می‌شود، بیشتر در هلیکوپترهای اروپایی دیده می‌شود تا هلیکوپترهای روسی و آمریکایی و اولین بار در هلیکوپتر فرانسوی SA 340 گازل (Gazelle) ساخت سود-اویاسیون (Sud-Aviation) استفاده شد. محصور بودن پروانه نیز سبب می‌شود احتمال برخورد به آن به شدت کم شود. ضمن اینکه از خود پروانه در مقابل برخورد با موانع و اجسام نیز محافظت به عمل می‌آید.

و اما در هلیکوپترهای عادی، برای چرخش و تغییر جهت دماغه، پروانه دمی زاویه خود را توسط یک جعبه دنده مکانیکی تغییر می‌دهد که این ساختار ضمن افزایش هزینه، پیچیدگی ساخت و وزن سازه دم را بالا برده و نگه داری و تعمیر آن را نیز سخت‌تر می‌کند. اما در بل 429 EDAT پروانه‌ها در جای خود ثابت هستند و به واسطه تغییر سرعت آن‌ها و در نتیجه تغییر رانش تولیدی،‌ زاویه هلیکوپتر تغییر می‌کند.

در این حالت خلبان می‌تواند برای مانورهای سریع و ناگهانی، پروانه‌ها را هنگام پرواز نیز متوقف کرده و یا حتی در جهت عکس بچرخاند. در حالی که هلیکوپترهای عادی قادر به انجام چنین کارهایی نیستند. خلبان EDAT به لطف داشتن چهار موتور مجزا با دور قابل تنظیم متفاوت از یکدیگر، می‌تواند مانورهای بسیار سنگین و پیچیده‌‌ای را با هلیکوپتر چابک و چالاک خود اجرا کند.

یک نکته دیگر درباره بل 429 EDAT این است که این هلیکوپتر هنگام پرواز عادی نیز می‌تواند موتورهای دم خود را خاموش کند. هنگام پیمایش در یک سری سرعت‌های خاص، نیروی آیرودینامیک که توسط پایدار کننده عمودی دم تولید می‌شود و گذر هوا از دو طرف آن نیز می‌تواند بر گشتاور پروانه اصلی غلبه و بی نیاز از پروانه دمی، مانع چرخیدن هلیکوپتر به دور خود شود. بدین ترتیب با خاموش کردن موتورها حتی هنگام پیمایش، نویز تولیدی، استهلاک و انرژی مصرفی کاهش می‌یابد. مجددا هلیکوپترهای عادی نیز از چنین قابلیتی محروم هستند؛ چرا که در آ‌ن‌ها پروانه دم توقف ناپذیر است.

وجود 4 موتور سبب بقاپذیری هلیکوپتر نیز می‌شود و در صورت از دست رفتن یک موتور یا حتی بیشتر، همچنان چند موتور دیگر در دم خود دارد تا با افزایش سرعت خود، جای خالی موتور از دست رفته را پر کنند. از سوی دیگر می‌توان موتور آسیب دیده را با سرعت کمتر نسبت به بقیه چرخاند. همچنین دیگر خبری از خراب شدن محور انتقال نیرو و جعبه دنده و از کار افتادگی آن‌ها نیست. محور انتقال نیرو و جعبه دنده از اجزای پر استهلاک هستند که بایستی به صورت منظم بررسی و در صورت نیاز تعویض شوند.

موتورهای دمی بل EDAT توسط کامپیوتر و از طریق سیستم الکتریکی پرواز با سیم کنترل می‌شوند و برخلاف هلیکوپترهای عادی، دیگر خبری از آلات مکانیکی همچون پدال برای کنترل پروانه دمی نیست. عدم نیاز به کار با پدال‌های مکانیکی برای کنترل پروانه دمی سبب می‌شود هلیکوپتر EDAT بستری بسیار بالقوه و مناسب برای ساخت هلیکوپتری بدون سرنشین نیز باشد.

طرح بل 429 EDAT نه تنها از وزن دم و پیچیدگی آن کم می‌کند، بلکه سبب افزایش عمر سازه، کاهش هزینه و سختی ساخت،‌ نگه داری و تعمیر آن نیز می‌شود و در مقایسه با طرح هلیکوپترهای عادی بهینه‌تر است. این ویژگی‌ها سبب جلب توجه سازندگان به آن خواهد شد و احتمالا در آینده شاهد طرح‌های مشابه بیشتری داشته باشیم.

همچنین از آنجا که این هلیکوپتر موتور سوختی در کنار موتور الکتریکی دارد، هلیکوپتری دوگانه یا اصطلاحا هیبرید محسوب می‌شود و مصرف سوخت و تولید آلاینده‌هایش نسبت به هلیکوپترهای عادی کمتر است که این ویژگی نیز بر محبوبیت طرح آن می‌افزاید.

البته تلاش بسیاری کمپانی‌ها که خود بل را نیز شامل می‌شود، ساخت هلیکوپترهایی تماما الکتریکی است که از نظر توانمندی، قابل قیاس با هلیکوپترهای عادی بوده و البته مزایای خاص خود را نیز داشته باشند. از جمله این مزایا می‌توان به کاهش استهلاک کلی، کاهش هزینه‌ها، کاهش چشمگیر آلودگی صوتی و نویز،‌ انعطاف پذیری بیشتر هلیکوپتر برای پیمایش در سرعت‌های گوناگون بیشتر، حذف کلی سوخت فسیلی و… است. از جمله این هلیکوپترها می‌توان به BELL FCX-001 از سوی بل اشاره کرد که تا به امروز تنها طرح ارائه شده از یک هلیکوپتر سرنشین دار و تماما الکتریکی است. این طرح در سال 2017 رونمایی شد.