Dies ist der 5. Teil der Reihe “Warum kann ein Heli ├╝berhaupt fliegen?” Die Reihe basiert auf dem von Florian Gronau und mir verfassten gleichnamigen E-Book. Das gesamte E-Book ist aber zu lang f├╝r einen einzigen Blog-Beitrag, deshalb haben wir hier kleine und damit leichter verdauliche H├Ąppchen angefertigt und eine Blog-Reihe draus gemacht. Wenn Sie der Reihe nach lesen m├Âchten, finden Sie hier die vorangegangenen Teile:

Teil 1: Einleitung

Teil 2: Bernoulli, Dr├╝cke, Auftrieb im Detail

Teil 3: Reaktionsprinzip und Impulserhaltung

Teil 4: Der senkrechte Start

 

Teil 5: V├Âllig weggedreht – wozu ein Heckrotor gut ist

Experiment 6: Wer einen Kollegen wegdrehtÔÇŽ dreht sich selber weg.

Stellen Sie sich vor, Sie sitzen wieder auf einem typischen B├╝ro┬şdrehstuhl mit Rollen und haben Ihre F├╝├če vom Boden entfernt. Sie wollen Ihren Kollegen, der neben Ihnen ebenfalls auf einem solchen Stuhl sitzt, diesmal nicht wegsto├čen, sondern wegdrehen. Sie werden es vermutlich schaffen, ihn zu drehen, aber sich selbst drehen Sie auch und zwar in die entgegengesetzte Richtung. Die Drehung wurde aufgrund des Reaktionsprinzips wieder etwa zur H├Ąlfte auf Sie zur├╝ckgeworfen, wenn Sie beide gleich schwer sind. Die Kraft, mit der sich ein Objekt drehen will oder soll, kann gemessen werden und wird Drehmoment genannt. Dieser Begriff sorgt allgemein bei Nicht-Technikern f├╝r Verwirrung, da wir das Wort “Moment” nur aus dem Umfeld “Zeit” und als Synonym f├╝r “Augenblick” kennen. “Das ist der Moment, in dem der Frosch in’s Wasser rennt”. Das Drehmoment hingegen ist eine Kraft, mit der nicht in eine Richtung gedr├╝ckt, sondern in eine Richtung gedreht wird.

Aber nun zur├╝ck zu dem Augenblick, in welchem der Hubschrauber vom Boden abhebt: Die Zelle baumelt am Hauptrotor ÔÇô der sich dreht. Und der dreht sich, weil die Zelle ihn antreibt. Sie sind also im B├╝rostuhlexperiment die Zelle und haben Ihre Kufen noch am Boden und der Hauptrotor der Kollege aus Experiment Nr. 6. Sie heben die Kufen vom Boden hoch. Die Zelle w├╝rde sich selbst in die andere Richtung wegdrehen. Jeder Hubschrauber w├╝rde sich in der Tat wie wild um die eigene Hochachse drehen, wenn es nicht einen Drehmomentausgleich g├Ąbe, der bei den meisten Hubschraubern in Form eines Heckrotors zu finden ist. Der Heckrotor dr├╝ckt n├Ąmlich mit gleicher Kraft dagegen, damit die Zelle sich eben nicht wegdreht. Weil der Heckrotor etwas kleiner ist, wird er durch den langen Heckausleger – den Hebelarm  – etwas gest├Ąrkt.

 

 

drehmomentausgleich-heckrotor

Abbildung 14: Drehungen um die Hochachse und Drehmomentausgleich

 

Um also die ungewollte Drehung des Hubschraubers um die Hochachse zu verhindern, ist bei unserem Beispielhubschrauber am Ende des Heckauslegers ein kleinerer Heckrotor angebracht, der den Hubschrauber in die entgegengesetzte Richtung drehen soll. Der vom Pilotensitz aus betrachtet nach links drehende Hauptrotor will die Hubschrauber-Zelle rechts herum wegdrehen lassen. Der Heckrotor h├Ąlt dagegen. Um den Schub des Heckrotors korrekt einzustellen, nutzt der Pilot die beiden Pedale im Fu├čraum des Cockpits. Sie sind so miteinander verbunden, dass beim Dr├╝cken des einen Pedals das andere Pedal entgegen kommt. ├ťber Steuerstangen sind die Pedale direkt an den Heckrotor gekoppelt. ├ähnlich wie beim Hauptrotor wird ├╝ber eine Schiebeh├╝lse und ├╝ber Pitchlinks (das sind die Verbindungen von der Schiebeh├╝lse zu den Rotorbl├Ąttern) der Anstellwinkel der Heckrotorbl├Ątter verstellt. Je nach Anstellwinkel der Heckrotorbl├Ątter dr├╝ckt der Heckrotor mehr oder weniger stark, sodass hierdurch nicht nur der Hubschrauber gerade gehalten werden kann, sondern auch gewollte Drehungen um die Hochachse in beide Richtungen m├Âglich sind.

Ist der Heckrotor vom Piloten richtig eingestellt, h├Ąlt sich alles genau die Waage, der Hubschrauber zeigt stabil in eine Richtung. Wenn der Pilot das linke Pedal etwas mehr dr├╝ckt, schiebt der Heckrotor etwas mehr und dreht die Zelle mehr nach links als der Hauptrotor sie nach rechts drehen will. Ergebnis: Die Zelle beginnt sich nach links zu drehen. Diese zus├Ątzlich ben├Âtigte Kraft muss der Antrieb aufbringen. Dr├╝ckt der Pilot das rechte Pedal, l├Ąsst der Schub des Heckrotors nach und die Zelle beginnt, sich nach rechts zu drehen. Der Antrieb wird nun entlastet, da der Heckrotor weniger schiebt. Fazit: Linkes Pedal dreht die Zelle nach links, rechtes Pedal dreht die Zelle nach rechts. Eigentlich ganz einfach.

 

Es geht auch ohne Heckrotor

Sie haben schon mal einen Hubschrauber ohne Heckrotor gesehen? Sie m├╝ssen sich keine Brille kaufen: Es gibt neben dem Heckrotor n├Ąmlich noch andere Bauarten, um das Drehmoment des Hauptrotors auszugleichen, wie etwa das Fenestron-System (hergeleitet vermutlich vom Wort “Fenster”, in dem der Rotor l├Ąuft), in welchem der Heckrotor in einem Geh├Ąuse untergebracht ist. Vorteile dieses Systems sind, dass es etwas leiser ist als die herk├Âmmlichen Heckrotoren und auch die Verletzungsgefahr ist erheblich geringer. Weil der Heckrotor so klein ist, muss er recht schnell drehen, um den n├Âtigen Schub aufzubringen. Deshalb ist er durch das menschliche Auge nur sehr schwer zu erkennen. Der Heckbereich eines Helis ist deshalb f├╝r alle die “Verbotene Zone”. Es entstehen immer wieder schreckliche Unf├Ąlle, weil Personen in den Heckrotor laufen, sogar im Umgang damit sehr erfahrenes Personal und auch Piloten. Aus diesem Grund darf bei mir niemand den Heli verlassen, solange sich noch irgendetwas dreht. Es sei denn, es gibt Bodenpersonal, das auf Sie achtet und Sie mittels Elektro-Schocker aufh├Ąlt, sollten Sie sich trotz deutlich erfolgter Sicherheitseinweisung auf den Weg Richtung Heckrotor machen. Kleiner Scherz. Nachteile des Fenestron-Systems sind die Kosten und das Gewicht. Das Bild unten zeigt einen Gr├Â├čenvergleich.

 

hubschrauber blog heckrotor fenestron

Ein Fenestron kann recht gro├č und damit schwer ausfallen und ist in der Regel auch teurer in Konstruktion und Herstellung

 

Eine weitere Alternative, die hier kurz erw├Ąhnt sein soll sind NOTAR-Systeme. Der Begriff ÔÇ×NOTARÔÇť ist dabei nichts wirklich Wissenschaftliches und hat nat├╝rlich auch nichts mit Notaren zu tun. Es ist lediglich die Abk├╝rzung f├╝r das englische ÔÇ×no tail rotorÔÇť. Es gibt auch Hubschrauber-Bauarten, die gar keinen Drehmomentausgleich ben├Âtigen, weil sie von vornherein kein Drehmoment erzeugen, das ausgeglichen werden m├╝sste. Dazu geh├Âren etwa Hubschrauber mit Koaxial- oder Tandemanordnung. Diese Hubschrauber haben meistens zwei Rotoren, die unterschiedliche Drehrichtungen haben und dadurch das Drehmoment des jeweiligen anderen Rotors weitgehend ausgleichen. Die meisten Hubschrauber haben aber eben nur einen Hauptrotor und ben├Âtigen deshalb einen Drehmomentausgleich.

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Im n├Ąchsten und letzten Teil:

  • Vorw├Ąrts
  • R├╝ckw├Ąrts
  • Seitw├Ąrts
  • Kurvenflug