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Warum kann ein Hubschrauber überhaupt fliegen? Teil 4

Dieser Teil ist der vierte Teil einer Reihe von Beiträgen, die die Frage beantworten sollen, warum ein Heli denn nun überhaupt fliegen kann. Die Reihe basiert auf dem von Florian Gronau und mir verfassten gleichnamigen E-Book. Das gesamte E-Book ist aber zu lang für einen einzigen Blog-Beitrag, deshalb haben wir hier kleine und damit leichter verdauliche Häppchen angefertigt und eine Blog-Reihe draus gemacht. Wenn Sie der Reihe nach lesen möchten, finden Sie hier die vorangegangenen Teile:

Teil 1: Einleitung

Teil 2: Bernoulli, Drücke, Auftrieb im Detail

Teil 3: Reaktionsprinzip und Impulserhaltung

Teil 4: Völlig abgehoben: Der senkrechte Start

Bevor ein Flugzeug abheben kann, muss es eine nötige Mindestgeschwindigkeit erreichen. Erst dann wird der nötige Auftrieb erzeugt. Beim Hubschrauber ist der Auftrieb aber nicht abhängig von der Vorwärtsgeschwindigkeit des Hubschraubers, sondern von der Drehzahl des Hauptrotors. Ohne Mindestdrehzahl des Hauptrotors also kein Abheben. Bevor der Hubschrauberpilot demnach etwas in Richtung Abheben unternehmen kann, muss er als erstes die richtige Drehzahl des Hauptrotors einstellen. Diese ändert sich im Flug auch nicht permanent, sondern ist beim Hubschrauber immer weitgehend konstant. Egal ob am Boden, beim Schweben oder beim Vorwärtsflug mit 200 km/h – der Hauptrotor hat immer die gleiche Drehzahl von etwa 400 Umdrehungen pro Minute. Der Pilot stellt also noch auf dem Boden stehend die Standard-Drehzahl ein.

 

 

Hubschrauber Rotorblatt flach

Abbildung 11: Rotorblätter in „flacher“ Stellung

 

Erinnern Sie sich? In diesem Moment findet bereits das Experiment statt, in welchem Sie die Hand flach aus dem Fenster des fahrenden Autos halten. Nur sind es hier die Rotorblätter, die flach durch die Luft schneiden. Nun muss der Winkel der Blätter verstellt werden. Um die Neigung der Blätter zu ermöglichen, sind sie so gelagert, dass sie um Ihre Längsachse drehbar sind.

 

 

Hubschrauber Rotorblatt angestellt

Abbildung 12: Angestellte Rotorblätter

 

Um den Winkel der Blätter zu verstellen, zieht der Pilot langsam mit der linken Hand an dem Hebel, der für die sogenannte kollektive Blattverstellung zuständig ist – engl. „Collective“ (Siehe Abb. 10 im vorherigen Teil dieser Reihe). Die Blattverstellung wird deshalb „kollektiv“ genannt, da alle Blätter gleichzeitig verstellt werden. Dieser Hebel wird gerne vom Erscheinungsbild her von Nicht-Piloten mit einer Handbremse verglichen. Er befindet sich anders als die Auto-Handbremse links vom Pilotensitz. Der fest definierte Sitze des Piloten befindet sich bei den meisten Hubschraubertypen übrigens vorne rechts.

 

 

Rotorkopf Taumelscheibe Pitch links

Abbildung 13: Elemente am Rotorkopf

 

Eine plausible Erklärung dafür, dass der Pilot rechts vorne sitzt könnte sein, dass in der Mitte zwischen den Sitzen eher die nötige Bewegungsfreiheit zur Bedienung der kollektiven Blattsteuerung vorhanden ist.  Der Pilot kann diesen Hebel also einfacher mit seiner linken Hand bedienen, wenn er auf der rechten Seite im Heli sitzt. Wenn der Pilot links säße, wäre die kollektive Blattverstellung zwischen Sitz und linker Tür positioniert. Das ist bei vielen Hubschraubertypen eher beengt und damit nicht die ideale Position. Trotzdem kann fast jeder Hubschrauber mit einem Doppelsteuer ausgestattet werden, um einen Flug mit zwei aktiven Piloten zu ermöglichen.

Vom Collective neben dem Pilotensitz wird die Verstellung über Steuerstangen, eine Schiebehülse und sogenannte Pitch links (Abb. 13) schliesslich auf die Rotorblätter übertragen. Nun entsteht das Problem, dass die Blätter verstellt werden müssen, während sie sich drehen.  Die vom Pilotensitz kommenden Steuerstangen stehen jedoch fest. Dies wird durch die Taumelscheibe gelöst (Abb. 13). Die Taumelscheibe löst ausserdem ein weiteres Problem bei der Beschleunigung und Steuerung für uns, auf das wir später noch zu sprechen kommen. Sie funktioniert wie folgt: Die untere Hälfte der Taumelscheibe steht fest, die obere Hälfte dreht sich zusammen mit dem Hauptrotor. Sie wird als Ganzes nach oben und unten bewegt. Dadurch können die Blätter über die Pitch Links verstellt werden, während sich der Hauptrotor dreht. Es werden also alle Rotorblätter gleichzeitig um einen bestimmten Winkel abhängig von der Stellung des Collective geneigt. Durch diese Neigung der Blätter kommt es wie bereits erklärt zu einer Auftriebskraft, die mit wachsender Neigung der Rotorblätter zunimmt, so dass der Hubschrauber schließlich abhebt und schwebt.  Kurz bevor die Auftriebs­kraft das Gewicht des Hubschraubers ausgleicht und den Hubschrauber vom Boden abheben lässt, passiert noch etwas anderes: Bühne frei für den Heckrotor.

Im nächsten Teil:

  • Der Heckrotor
  • Drehmomentausgleich
  • Alternativen zum Heckrotor

 

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