4. Vrtuľník vzorové riešenie

Pozrime sa na taký vrtuľník. Čo na ňom vidíme? Vo väčšine prípadov jednu veľkú vrtuľu, ktorá je vodorovne, a druhú malú, kolmo na ňu. Na čo slúži vrtuľníku tá veľká vrtuľa? Táto vrtuľa vytvára potrebný ťah na to, aby sa vrtuľník vznášal, stúpal, jednoducho pôsobí proti tiažovej sile. Pozrime sa na to, ako vrtuľa takúto silu vytvára.

Táto sila sa volá ťah a ten vzniká tak, že vrtuľa urýchľuje prúd vzduchu (toto neplatí len pri vrtuli, ale na rovnakom princípe fungujú aj prúdové motory. V takom prípade prúdový motor urýchľuje prúd vzduchu.). Z tretieho Newtonovho zákona akcie a reakcie platí, že ak je prúd vzduchu urýchľovaný dozadu, vrtuľa (a všetko čo je k nej pripevnené, čím je celé lietadlo, alebo vrtuľník) je urýchľovaná dopredu. Ako ale vrtuľa tento prúd vzduchu urýchľuje?

Vrtuľa rotuje, a na základe toho na nej (podobne ako na krídlach na lietadle) vzniká rozdiel tlakov na vrchnej a spodnej strane vrtuľového listu, a teda vrtuľa vytvára vztlak. Toto ale nehovorí vôbec nič o tom, prečo by mala byť na vrtuľníku aj nejaká iná vrtuľa, a ešte k tomu tak divne otočená.
Dôvod je ten, že na vrtuľa nevytvára len ťah, ale aj iné sily a momenty síl, ktoré je treba kompenzovať, ako je gyroskopický moment a reakčný moment vrtule.

Gyroskopický moment vzniká preto, lebo vrtuľa je pomerne ťažká, a otáča sa s vysokými otáčkami, a teda pôsobia ako zotrvačník. Gyroskopický moment vzniká vtedy, keď sa zmenia otáčky na vrtuli. Skúsiť si to doma môžete tak, že si doma roztočíte vĺčik, a skúsite ním otáčať okolo rôznych osí. Budete vidieť zmeny v tom, akou silou musíte pôsobiť.

Druhým momentom je reakčný moment vrtule. Skúsme si predstaviť vrtuľu ako rovnú dosku, ktorá sa otáča tak, že má veľkú čelnú plochu a teda aj veľký aerodynamický odpor.
A keďže tretí Newtonov zákon stále platí, vieme povedať, že ak má vrtuľa má nejaký aerodynamický odpor a vrtuľník je vo vzduchu, reakčná sila (alebo teda moment) vzduchu otáča vrtuľníkom.

Predstavme si extrémny prípad, kde vrtuľu niečo pevne drží, aby stála na mieste. Vrtuľník by visel vo vzduchu, a ako by sa snažil ňou točiť, začal by sa točiť sám. Vrtuľa na chvoste vrtuľníka sa odborne volá vyrovnávací rotor, preto, lebo vyrovnáva momenty a sily, ktoré na vrtuľníku za letu vznikajú. Samozrejme vyrovnávací rotor slúži aj na natáčanie vrtuľníka doprava a doľava.

Pilot vyrovnávací rotor riadi nohami (má dva pedále, navzájom spriahnuté, teda keď ide jeden dozadu, druhý pôjde dopredu a tým sa dá riadiť zatáčanie vrtuľníka okolo zvislej osi doprava a doľava).
V niektorých druhoch vrtuľníkov sa vyrovnávací rotor s normálnou vrtuľou nahrádza systémom Fenestor (vrtuľa, ktorá je v chvoste), alebo NOTAR (vyfukovanie prúdu vzduchu). Je to z toho dôvodu, že vrtuľa je veľmi náchylná na poškodenie cudzími predmetmi.
A na záver ešte jeden vtip, ktorý koluje medzi pilotmi lietadiel:

„Vrtuľníky nemôžu lietať. Iba sú také škaredé, že ich zem odpudzuje.“