מסוק

אתגר תכנון ובניית המסוק

לקראת סוף המאה ה-19, חקר ענף התעופה נולד מחדש בעת המודרנית. התפיסה השלטת בקרב חוקרי התעופה ובוני כלי-התעופה הנמרצים הייתה חיקוי תנועת כנפי הציפור. בחיקוי תעופת הציפורים התחלקו חובבי התעופה לשתי קבוצות: אלו שהאמינו בפתרון של המראה אנכית – מסוק, לעומת אלו שהאמינו בפתרון של המראה תוך כדי תנועה מהירה במסלול המראה – אווירון. ניתן לקרוא בפרק מיוחד באתר זה על המצאת אווירון המדחף.

בשנת 1903 ניצחו אלו שתמכו בפתרון של המראה לאוויר מנסיעה על מסלול המראה כשה

אחים רייט (Wright Borthers)

טסו טיסה ממונעת מוצלחת ראשונה בהיסטוריה. ברם, אלו שהאמינו בפתרון של המראה אנכית לא אמרו נואש. תקוותם לא נעלמה, אך המצאת המסוק, בשונה מהמצאת האווירון, הציגה מספר בעיות חדשות שנדרש היה לפתור אותן לפני שגם המצאה זו תוכל להמריא ולעלות לאוויר בהצלחה.

בעיה ראשונה שנתקלו בה מפתחי המסוק היא בעיה של יחס לא מספיק גבוה בין הספק הכוח המופק מהמנוע שנותן את כוח העילוי ובין כובד משקלו המכביד של המנוע על ההתרוממות באוויר. מנוע הקיטור הכבד לא אפשר כמובן המראה באוויר ונדרש היה להמתין עד לקראת סוף המאה ה-19, להמצאת מנוע הבנזין. אך גם לאחר שמנוע הבנזין הומצא ואף נכנס מאוחר יותר לשימוש באווירון המדחף, הרי שעבור המסוק נדרש יחס יעילות גבוה יותר בין כוח למשקל.

עד תחילת שנות העשרים של המאה העשרים נותרה המצאת המסוק בחיתוליה. חובבנים נועזים אשר היו נלהבים וחדורי אמונה השקיעו את זמנם, כספם ומאמציהם בפיתוח דגמים מוזרים, ראוותניים ומקוריים להפליא. הדחיפה המשמעותית הרצינית הראשונה בפיתוח המסוק הגיעה באותה תקופה עם שתי התפתחויות טכנולוגיות אשר הנן מהותיות עבור המסוק. התפתחות ראשונה הייתה התפתחות מנוע הבנזין והטבת היחס בין כוח למשקל. התפתחות שנייה היא שימוש במתכת האלומיניום הקלה לבניית שלדת מסוק קלה יותר.

משרק החל המסוק להתרומם באוויר נתקלו המפתחים בשתי בעיות מיידיות וקריטיות הקשורות בהישארותו היציבה באוויר.

בעיה ראשונה שצצה הייתה בעיית המומנט הסיבובי. כאשר הרוטור ומערכת הלהבים מסתובבים במהירות גבוהה נוצר מומנט סיבובי המניע בתנועה בלתי-רצויה את גוף המסוק בכיוון ההפוך. כוח דחף סיבובי חזק זה, הנובע מהמומנט הסיבובי, גורם למסוק לנוע באי-יציבות באוויר, להסתחרר סביב עצמו ואף להביא עד לכדי התפרקותו לחלקים.

בעיית כוח המומנט הסיבובי

דרך אחת לפתרון בעיית המומנט הסיבובי הייתה שימוש בשני מנועים משני צידי גוף המסוק, כאשר כל אחד מהם מסתובב בכיוון אחר. כל מנוע מייצר מומנט סיבובי בכיוון הפוך לזה שמייצר המנוע השני ושני המומנטים מבטלים זה את זה. בתקופה זו נבנו דגמי מסוים שונים עם שני מנועים ואף עם ארבעה מנועים (בהצלבה) הנעים כל אחד לכיוון אחר.

דרך נוספת, דומה אך מעט שונה, לפתרון בעיית המומנט הסיבובי הייתה הפעלת זוג מנועים באותו הכיוון, אך הצבתם בהטיה הפוכה כלפי גוף המסוק. הטייתם ההפוכה על גוף המסוק יצרה שני מומנטים סיבוביים שפעלו על גוף המסוק בכיוונים מנוגדים ושביטלו האחד את השני.

דרך יצירתית אחרת לפתרון בעיית המומנט הסיבובי הייתה שימוש במנוע אחד עם שתי מערכות של להבים. שתי מערכות הלהבים היו מורכבות אחת מעל השנייה, כאשר כל אחת מהן מסתובבת בכיוון הפוך לשנייה. ניתן היה לסובב את שתי מערכות הלהבים בכיוונים מנוגדים בעזרת בנייה של שני צירים, אחד בתוך השני, כאשר מרכזיהם מתלכדים. הציר הפנימי יהיה גבוה יותר מהציר החיצוני העוטף אותו והוא יישא עליו את מערכת הלהבים הגבוהה יותר. כל ציר יסתובב בכיוון אחר בעזרת מערכת גלגלי שיניים. שתי מערכות הלהבים הנעים בכיוונים מנוגדים יצרו מומנטים סיבוביים המנוגדים בכיוונם אחד לשני והמבטלים אחד את השני.

משנפתרה בעיית המומנט הסיבובי התגלתה בעיה חדשה ביציבות המסוק באוויר והיא נובעת מעצם השימוש בלהבים כבכנפיים מסתובבות. בעיה שלא הייתה קיימת באווירון בו הכנפיים קבועות במקומן.

המסוק הנו, כאמור, כלי-תעופה ייחודי בעל יכולת המראה ונחיתה אנכיים. באווירון נוצר כוח עילוי מעל לכנפיו בעזרת המבנה המיוחד שלהן. כוח העילוי מתקבל כאשר להבי המדחף יוצרים תנועת אוויר במהירויות שונות בין שני צידי הכנפיים הקבועות במקומן. המהירויות השונות מתקבלות בזכות מבנה הכנפיים הקמור בצורה מיוחדת. במסוק אוחדו הכנפיים יחד עם להבי המדחף על שני תפקידיהם לכדי יחידה אחת הממלאת את שני התפקידים גם יחד. כך שבמסוק, בניגוד לאווירון, הכנפיים אינן קבועות במקומן אלא נמצאות בתנועה מתמדת.

תנועה סיבובית זו של הכנפיים (הלהבים) באוויר טמנה בחובה בעיה. כאשר המסוק מתקדם באוויר אזי נמצא שלהב אחת (זו הנעה אחורה) נעה בכיוון המנוגד לכיוון התנועה של המסוק בעוד שלהב אחרת (זו הנעה קדימה) נעה בכיוון תנועת המסוק. הבדל בכיווני תנועות אלו משמעו זרימת אוויר דרך הלהבים (הכנפיים) במהירויות שונות. מהירויות שונות של האוויר דרך הלהבים מתורגם ישירות להבדל, לסירוגין, בכוח העילוי שיוצרות הלהבים. הבדל זה בכוח העילוי גורם לצד אחד של המסוק לעלות ולצד השני לרדת. ככל שהמסוק יתקדם קדימה באוויר כך הוא יטלטל שוב ושוב מצד לצד עד אשר יתהפך על צידו.

בעיית האסימטריה בכוח העילוי באה אל פתרונה בעזרתו של מהנדס ספרדי בשם

ח'ואן דה לה סיירבה (Juan de la Cierva)

. סיירבה פיתח מנגנון פשוט אך יעיל להפליא. כל להב חוברה לראש הרוטור המסתובב בעזרת ציר אנכי קטן אשר אפשר לה לנוע בחופשיות למעלה ולמטה. בהתאם לכוח העילוי המשתנה שנוצר בלהבים הללו נעו בחופשיות מעלה ומטה לסירוגין. כך האסימטריה שבכוח העילוי נבלמה בלהבים ותורגמה להתרוממותם או נפילתם, זאת במקום להיות מתורגמת לתנודתיות של גוף המסוק.

בעיית אסימטריה בכוח העילוי

פתרון הבעיות שהוזכרו עד כה, הנוגעות ליציבות המסוק באוויר, אפשרו את בנייתם של דגמי מסוקים מוצלחים בזה אחר זה. למשל, דגם מסוק בעל מנוע אחד עם זוג מערכות להבים המסתובבים בכיוונים מנוגדים נבנה בשנת 1935 ע"י זוג צרפתים,

לואי ברגו (Louis Breguet)

ו

רנה דוראנד (Rene Dorand)

. לייצוב המסוק הוצבו בזנבו כנפיים קטנים אנכיים ואופקיים. המסוק שבר שיאים חדשים בתקופתו ביניהם זמן ריחוף של כשעה ומרחק של 44 ק"מ.

מסוק עם זוג מערכות להבים

דוגמה אחרת לדגם מסוק בעל שני מנועים להשגת איזון מבחינת המומנט הסיבובי ניתן למצוא בשכנתה ש צרפת, בגרמניה. בשנת 1938, במהלך אולימפיאדת ברלין, הציגו הגרמנים דגם מסוק משלהם, הפוקה-וולף 61 (Focke Wulf 61) שנבנה כשנתיים קודם-לכן. ה- FW-61 כלל שני מנועים, כל אחת עם מערכת להבים, שהוצבו משני צידי המסוק וחוברו אליו בעזרת סבך מוטות. המסוק התרומם באוויר ואף הפגין יציבות ויכולת שליטה טובה.

עד סוף שנות השלושים של המאה העשרים המשיכו להופיע דגמי מסוקים רבים נוספים, עם מנוע אחד ושני מערכות להבים או עם זוג מנועים (או יותר), שחלקם היו מוצלחים יותר וחלקם מוצלחים פחות. אך כדי להפוך את רעיון המסוק לבר-מימוש מבחינה מעשית וכלכלית נדרש היה, מלבד שמירה על המסוק יציב באוויר, יכולת היגוי ושליטה אמינה על תנועתו באוויר לכל הכיוונים האפשריים. בנקודת זמן זו הופיע האדם הנכון בזמן הנכון ובעל החלום הנכון. אדם זה פתר את הבעיה האחרונה שמנעה מהמסוק מלהפוך לכלי-תחבורה אווירי מעשי ובר-שימוש. אדם זה הגדיר בהצלחה את דגם המסוק הבסיסי אשר שימש את שלל מעצבי ומתכנני המסוקים שבאו אחריו ושסלל בפניהם את הדרך. על אדם זה נקרא מייד בחלק הבא.

לפרק הקודם | לפרק הבא


[ מבוא | אתגר תכנון ובניית המסוק | איגור סיקורסקי | ציוני-דרך בהתפתחות המסוק | מסוקים בשירות צה"ל ]





[ עמוד ראשי - המצאות | מתמטיקה קדומה | מספרים אי-רציונליים | משפט פיתגורס | גיאומטריה אוקלידית | אלגברה | התפתחות הסְפַרוֹת | משוואות קוביות וקווארדיות | מספרים מורכבים | לוגריתם | חשבון דיפרנציאלי ואינטגראלי | עיקרון הציפה | זכוכית מגדלת | משקפיים | מיקרוסקופ | טלסקופ | חוק סְנֵל | חוק בויל | חוקי התנועה | עיקרון ברנולי | שלושת חוקי התרמודינמיקה | טבלה מחזורית | מדידת מהירות האור | כוח לורנץ | קרינת רנטגן | טרנספורמצית לורנץ | תורת היחסות הפרטית | גילוי האטום | תורת היחסות הכללית | חשמל | חוק קולון | חוק אוהם | חוקי קירכהוף | נורת להט | מנוע קיטור | מנפה כותנה | מצלמה | מקרר | מזגן | מחשב | מכבש דפוס | כתב ברייל | טלגרף | טלפון | רדיו | טלוויזיה | כדור פורח | מצנח | רכבת | אופניים | מכונית | אווירון מדחף | מטוס סילון | אבק שריפה | תותח | רובה מוסקט | מרגמה | אקדח | מוקש | מקלע | רובה-מטען | הוביצר | תת-מקלע | רימון-יד | טנק | רובה-סער | פצצת אטום | תורת האבולוציה | פסטור | תיאוריית התורשה | פניצילין ]