Grundlagen der Hubschrauberfliegerei
Vorbemerkungen
Als Erfinder des Hubschraubers gilt allgemein Leonado da Vinci, mit seinen Zeichnungen aus dem Jahre 1483 hat er praktisch die Grundlagen des Hubschrauberfliegens gelegt. Professor Henrich Focke entwickelte den ersten Serienhubschrauber der Welt. Von einem anderen Hubschrauberpionier Igor Sikorsky, ist folgendes Zitat überliefert: ” Die vielen Verwendungen, die Hubschrauber heute finden, habe ich nicht vorausgesehen. Aber ich bin der Überzeugung gewesen, dass ein Fluggerät, das wie ein Kolibri fliegen kann, äußerst nützlich sein würde.” Sikorsky hat nicht übertrieben, so zeigt der Hubschrauber gegenüber dem Starrflügler eine Vielzahl von Vorteilen. Er kann aus dem Stand abheben und senkrecht landen, vorwärts, rückwärts und seitwärts fliegen, senkrecht steigen und sinken, in der Luft schweben und sich dabei um seine vertikale Achse drehen. Diese Vorteile besitzt der Hubschrauber deshalb, weil bei ihm im Gegensatz zum Starrflügler der Auftrieb ohne Vortrieb erzeugt wird.
Themenauswahl
- Abkürzungen und Fachbegriffe
- Auftrieb im Schwebeflug
- Boden-Effekt / Ground-Effekt
- Vertikaler Steig- und Sinkflug
- Kräftegleichgewicht beim Schwebeflug und Horizontalflug
- Rotoranordnungen
- NOTAR (No Tail Rotor/ohne Heckrotor)
- Verwandlungshubschrauber/Tiltrotor
Abkürzungen und Fachbegriffe
Fachbegriffe:
Abkürzungen:
Auftrieb im Schwebeflug
Genau wie das Flugzeug, ist der Hubschrauber (da der Hubschrauber unter den Drehflüglern eine bevorzugte Stellung einnimmt, beziehen sich unsere Betrachtungen vornehmlich auf ihn) ein Luftfahrzeug schwerer als Luft. In beiden Fällen muß die Gewichtskraft durch eine entgegengesetzte Auftriebskraft überwunden werden. Durch die Drehgeschwindigkeit des normalerweise aus mehreren Rotorblätterr bestehenden Rotors wird das Profil angeblasen und umströmt. Der entstehende Auftrieb ist abhängig vom Anstellwinkel und der Strömungsgeschwindigkeit; diese wiederum ergibt sich aus der Drehzahl bzw. der Umfangsgeschwindigkeit. Es besteht also keine Beziehung zwischen der Geschwindigkeit des Rumpfes zur umgebenden Luft und der Drehgeschwindigkeit des Rotors. Der Hubschrauber ist senkrechtstartfähig; er benötigt keine Vorwärtsbewegung und er kann auf der Stelle schweben (auch ,,hovern” genannt). Die Luftströmung verläuft hierbei von oben nach unten durch den Rotorkreis. Durch den positiven Anstellwinkel entsteht eine Beschleunigung der durch den Rotorkreis fließenden Luftmasse. Diese Beschleunigung ruft eine Reaktionskraft hervor, die als Schub bezeichnet wird. Im Schwebeflug muß der Rotorschub gleich dem Hubschraubergewicht sein. Da aber der im Rotorabwind liegende Rumpf der Luftströmung einen Widerstand entgegensetzt, muß dieser zusätzlich überwunden werden. Deshalb muß der für den Schwebeflug erforderliche Rotorschub, abhängig von der Form und Größe des Rumpfes, um etwa 2 bis 3 % größer sein als das Hubschraubergewicht.
Boden-Effekt/Ground-Effekt
Vertikaler Steig- und Sinkflug
Um aus dem Schwebeflug in den senkrechten Steigflug überzugehen, muß der Einstellwinkel aller Rotorblätter gleichmäßig durch den kollektiven Blattverstellhebel (Pitch) vergrößert werden. Eine Vergrößerung des Rotorschubes und des Auftriebes bringt auch eine Vergrößerung des Blattwiderstandes mit sich, der durch erhöhte Triebwerksleistung überwunden werden muß. Das Angleichen der Motorleistung kann sowohl durch einen Drehgasgriff als auch automatisch über Triebwerksleistungsregler erfolgen. Sobald der Hubschrauber in einen gleichmäßigen Steigflug übergegangen ist, kann der Rotorschub auf eine Größe reduziert werden, die dem Gewicht plus dem Widerstand der Zelle entspricht.
Wird der Anstellwinkel durch drücken des kollektiven Blattverstellhebels verkleinert, verringern sich Rotorschub und Auftrieb – es wird der Sinkflug eingeleitet. Soll die Rotordrehzahl konstant bleiben, so muß die Triebwerksleistung verringert werden, da der Widerstand der Rotorblätter ebenfalls kleiner geworden ist.
Kräftegleichgewicht beim Schwebeflug und Horizontalflug.
Rotoranordnungen
Konventionelle Bauweise
Koaxiale Bauweise
Tandemanordnung
Paralellanordnung
Ineinanderkämmend
NOTAR
NOTAR
Drehmomentausgleich ohne Heckrotor.
Das System NOTAR (NO TAil Rotor) ist eine alternative Lösung des Drehmomentausgleiches bei Hubschraubern mit einem Hauptrotor. Bei diesem System wird der Schub zum Drehmomentausgleich nicht durch einen Heckrotor erzeugt, sondern durch ein Gebläse in Verbindung mit einer verstellbaren Steuerdüse. Darüber hinaus ist der Leitwerksträger (Heckausleger) aerodynamisch so geformt, dass die nach unten vorbeiströmende Luft des Hauptrotors (Downwash) diesen Schub unterstützt (siehe Animation).
Verwandlungshubschrauber/Tiltrotor
Tiltrotor ( Kipprotor- oder Verwandlungshubschrauber) hier die Bell Model 609.
Bei dieser Bauweise der Drehflügelflugzeuge stand, wie beim Kombinations-Flugschrauber, die Erhöhung der Fluggeschwindigkeit im Vordergrund. Nur dass sich hier die Konfiguration der Flugmaschine änderte: während des Fluges wird aus einem Hubschrauber, durch Schwenken des Rotors nach vorn, ein normales Flugzeug mit hoher Fluggeschwindigkeit. In neuerer Zeit versucht man sogar, unter Benutzung gesonderter Vortriebsorgane und dann falt- und einziehbarer Rotoren, die Geschwindigkeit in den Überschallbereich zu bringen. Die Schwierigkeiten bei der Entwicklung der Verwandlungshubschrauber bestehen darin, dass ein guter und leistungsfähiger Hubschrauberrotor nicht immer auch gleichzeitig ein guter Propeller für den Reiseflug sein kann, weil die Arbeitsbedingungen für beide grundverschieden sind. Die Vorteile sind aber so bestechend, dass von fast allen Herstellerfirmen an diesen Projekten zumindest theoretisch gearbeitet wird. Nur die Firma Bell Textron, in Zusammenarbeit mit Boeing, hat diese Art von Hubschrauber bis zur Serienreife gebracht, mit dem Militärtransporter V-22 “Osprey” für das Marinecorps der USA. In der weiteren Entwicklung steht auch ein ziviler Verwandlungshubschrauber, die Bell 609 ( siehe oben ) die wohl eine Revolution auf dem zivilen Markt der Geschäftsflugzeuge darstellt (ich habe ein Mock-Up auf der ILA 98 in Berlin gesehen und sie machte einen sehr guten Eindruck).
