Ik hoorde deze week weer eens een helikopter en vroeg me af waar dat karakteristieke klapperende geluid toch vandaan komt. De rotorbladen draaien maar het geluid suggereert dat ze ook "klapperen". Zou dat ook zo zijn? Heeft iemand een idee hoe helikoptergeluid in elkaar zit en/of hoe het naar ons toekomt?
Een mogelijkheid is dat de rotorbladen een continu geluid produceren in een bepaalde richting en dat die geluidgolf ons iedere keer passeert (als bij een vuurtoren). Maar dat impliceert dat je als je recht onder de helikopter staat een continu geluid hoort, en geen "geklapper". Wat hoor je eigenlijk als je in een helikopter zit?
Bij een windmolen heb je hetzelfde effect, alleen moet je daar veel meer je best doen om dat te horen. Ik denk, maar weet het niet zeker, dat het komt omdat het rotorblad op een gegeven moment over de achterkant van de helikopter gaat. De lucht onder dat rotorblad wordt daar dan dusdanig verstoord (omdat die staart van de helikopter ineens 'in de weg zit', of in het geval van windmolens zit daar de mast van de windmolen in de weg), dat dat misschien dat geluidseffect veroorzaakt?
Ik dacht vroeger dat het te maken zou hebben met de voorwaarste snelheid van de helikopter. De tip van het rotorblad wat naar voren gaat, bestaat uit 2 snelheidscomponenten, eentje van de ronddraaiende beweging + de voorwaarste snelheid van de helikopter. Als de helikopter hard genoeg vliegt, kan het zijn dat het roterblad, als hij halverwege naar voren is, tegen de geluidssnelheid aanzit, met als gevolg een sonic boom. Maar volgens mij zit het roterblad ook bij flinke voorwaartse snelheid van de helipkopter nog ruim onder de geluidssnelheid.
Aan de moter kan het ook niet liggen, want de meeste helipkopters hebben een of twee turbinemoteren en die produceren een heel ander geluid.
De rotor tips van van een helikopter kunnen niet door de geluidssnelheid omdat het stromingsprofiel over de bladen op dat moment heel anders wordt. Daarom is de snelheid van helikopters ook begrenst tussen de 300-400 km/h. Zoiets als Airwolf (voor de mensen die dat nog kennen) is dus onmogelijk.
Het stromingsprofiel achter een rotorblad is een vortice. Deze wordt o.a. veroorzaakt door de drukopbouw voor de rotor. Het volgende rotorblad moet door deze vortice heen. De botsing tussen het blad en de vortices geeft het bekende "chopping" geluid.
Er wordt naar dit effect veel onderzoek gedaan. De botsing tussen blad en vortice veroorzaakt namelijk niet alleen veel geluid, maar ook trillingen door de hele helikopter en liftverlies.
Er zijn inmiddels slimme technieken die hiermee omgaan. De Westland Lynx helikopter heeft bijvoorbeeld een rotor die aan het uiteinde op een aparte manier wordt afgebogen. Hierdoor neemt de luchtsnelheid over de tip af, waardoor deze helikopter 400 km/h kan vliegen. Daarmee is dit de snelste helikopter in de wereld.
De Europese EH101 die zowel voor civiele als militaire toepassingen wordt gebruikt heeft ook een hele bijzondere rotor. Hierdoor hoor je de helikopter niet aankomen als deze naar je toevliegt. En met een topsnelheid van ruim 330 km/h blijft er dan weinig tijd over voor de vijand om erop de reageren.
If I have seen further it is by standing on the shoulders of giants.-- Isaac Newton
Bedankt voor jullie teksten. Ik zie nu alweer drie mogelijke verklaringen waar ik niet aan gedacht had.
1) De tip gaat door de geluidsbarriere tijdens de voorwaartse beweging. Maar Bart heeft al uitgelegd dat dit niet klopt.
1a) Waar ik nog niet aan gedacht is dat de tip tijdens de voorwaartse beweging wel een andere snelheid heeft dan tijdens de beweging naar achteren. Dat is een periodiek verschijnsel en zou dus een periodiek geluid kunnen geven. Maar dan zou het "chopping"geluid moeten verdwijnen als de helikopter stil in de lucht hangt. Dan is er immers geen snelheidsverschil meer tussen voorwaarts en achterwaards.
2) Luchtbeweging van de tip botst met de staart. Dit is in ieder geval een periodiek verschijnsel onder alle omstandigheden. Ik zou nog niet weten of en hoe ik erachter kan komen of dit de oorzaak is.
3) Bart zegt dat het geluid komt omdat de tip botst met de wervels van de vorige rotor. Maar dit wordt me toch niet helemaal duidelijk. De tip laat continu een wervel achter. Dan is de rotor toch ook continu in botsing met wervels van de vorige? Het lijkt me dat dat dan een continu geluid oplevert en geen chopping.
Is er iemand die uitsluitsel kan geven? Groet. Oscar
Wat nuttig zou zijn om hierover meer informatie te krijgen is een filmpje van een vliegende helikopter waaruit je de draaisnelheid van de rotor en de frequentiecomponenten van het geluid kunt halen. Als je een 'klapper' hoort per rotorblad dat voorbij komt kun je al enige andere hypothesen uitsluiten.
Zelf denk ik dat het momentane geluidspatroon dat uitgezonden wordt door de rotorbladen gewoon meedraait met de positie van de rotorbladen, en dat je zo'n maximum hoort elke keer wanneer er een rotorblad een bepaalde hoek maakt met de vector van de helikopter naar jou.
1a) Waar ik nog niet aan gedacht is dat de tip tijdens de voorwaartse beweging wel een andere snelheid heeft dan tijdens de beweging naar achteren. Dat is een periodiek verschijnsel en zou dus een periodiek geluid kunnen geven. Maar dan zou het "chopping"geluid moeten verdwijnen als de helikopter stil in de lucht hangt. Dan is er immers geen snelheidsverschil meer tussen voorwaarts en achterwaards.
Ik weet niet of dit een effect heeft op het geluid. Het heeft wel effect op de manier van vliegen. Doordat de ene tip meer lift creert dan de ander, is de totale lift assymetrisch. Het gevolg is dat de helikopter will gaan hellen. Dit wordt gecompenseerd met de staartrotor. De staartrotor compenseert tevens voor het gyroscopisch effect.
3) Bart zegt dat het geluid komt omdat de tip botst met de wervels van de vorige rotor. Maar dit wordt me toch niet helemaal duidelijk. De tip laat continu een wervel achter. Dan is de rotor toch ook continu in botsing met wervels van de vorige? Het lijkt me dat dat dan een continu geluid oplevert en geen chopping.
De vortices zijn niet continue maar discreet. Vandaar het 'chopping' geluid
Doordat de ene tip meer lift creert dan de ander, is de totale lift assymetrisch. Het gevolg is dat de helikopter will gaan hellen. Dit wordt gecompenseerd met de staartrotor. De staartrotor compenseert tevens voor het gyroscopisch effect.
Hoo wacht, even tussendoor een misverstand uit de weg helpen. Dat van die asymmetrische lift zou kloppen wanneer de rotorbladen niet van invalshoek veranderen over een omloop. En dat doen ze bij voorwaartse vlucht juist wel, onder andere om die gegenereerde liftkracht links en rechts gelijk te houden. De staartrotor zorgt ervoor dat de helikopter niet om de verticale as gaat tollen (vanwege het tegenmoment dat de motor+romp ondervinden van de draaiende rotor). Googelen op 'swashplate' geeft allerlei nuttige links.
Weer on-topic, over de vortices: helikoptergeluid heeft meerdere significante bijdragen. Een nuttige link over bronnen van helikoptergeluid is hier:
Hoo wacht, even tussendoor een misverstand uit de weg helpen. Dat van die asymmetrische lift zou kloppen wanneer de rotorbladen niet van invalshoek veranderen over een omloop. En dat doen ze bij voorwaartse vlucht juist wel, onder andere om die gegenereerde liftkracht links en rechts gelijk te houden.
Grappig, dat wist ik niet. Ik dacht dat dit ook met de staartrotor werd gecompenseerd. Is dit een mechanisch mechanisme, of wordt het electrisch gestuurd?
If I have seen further it is by standing on the shoulders of giants.-- Isaac Newton
In principe is het gewoon een mechanisch systeem: elk rotorblad kan (onder andere!) roteren om zijn eigen lengte-as, en zit aan de wortel met zijn trailing edge verbonden aan de bovenste swashplate via een stangetje. Door het kantelen van de swashplate (dit gebeurt met de cyclic stick) beinvloedt de piloot het verloop van de invalshoek van de bladen over de omloop. Dit is het systeem dat het in principe mogelijk maakt voor een helikopter om alle kanten uit te vliegen.
Leuke teksten allemaal. Het gaat over meer dan geluid. Des te leuker. Bedankt daarvoor.
Fijn ook om een medestander te vinden bij mijn oorspronkelijke gedachte dat het het geluid "meedraait" met de rotor. Ik was helemaal vergeten om die bij mijn opsomming te zetten. Ik zou hem 0) willen noemen, maar..
Bart, je heb helemaal gelijk dat de wervels discreet zijn. Maar ik vermoed wel dat ze klein zijn (in verhouding tot de omtrek die de (tip van de) rotorbladen beschrijft. De volgend rotor een klapt maakt iedere keer als hij een wervel passeert, denk ik dat de chopping-frequentie wel heel hoog wordt.
Een filmpje zou inderdaad mooi zijn. Dat je in ieder geval vast kunt stellen wat het verband is tussen de chopping-frequentie en de omwentelings-frequentie van de bladen (en het aantal bladen). Eigenlijk had ik nog hoop dat er iemand zou reageren die heel veel in helikopters zit en die kan vertellen of het onder bepaalde omstandigheden anders klinkt. B.v. in de helikopter of recht eronder. Maar helaas. Ik woon dicht bij een basis dus ik hoor ze wel regelmatig. En ik zal nog beter opletten.
