Dies ist der 5. Teil der Reihe “Warum kann ein Heli überhaupt fliegen?” 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: Der senkrechte Start

Teil 5: Völlig weggedreht – wozu ein Heckrotor gut ist

Experiment 6: Wer einen Kollegen wegdreht… dreht sich selber weg.

Stellen Sie sich vor, Sie sitzen wieder auf einem typischen Bürodrehstuhl mit Rollen und haben Ihre Füße vom Boden entfernt. Sie wollen Ihren Kollegen, der neben Ihnen ebenfalls auf einem solchen Stuhl sitzt, diesmal nicht wegstoßen, 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 Hälfte auf Sie zurückgeworfen, 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 für Verwirrung, da wir das Wort “Moment” nur aus dem Umfeld “Zeit” und als Synonym für “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 gedrückt, sondern in eine Richtung gedreht wird.

Aber nun zurück zu dem Augenblick, in welchem der Hubschrauber vom Boden abhebt: Die Zelle baumelt am Hauptrotor – der sich dreht. Und der dreht sich, weil die Zelle ihn antreibt. Sie sind also im Bürostuhlexperiment 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 würde sich selbst in die andere Richtung wegdrehen. Jeder Hubschrauber würde sich in der Tat wie wild um die eigene Hochachse drehen, wenn es nicht einen Drehmomentausgleich gäbe, der bei den meisten Hubschraubern in Form eines Heckrotors zu finden ist. Der Heckrotor drückt nämlich 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 gestärkt.

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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 hält dagegen. Um den Schub des Heckrotors korrekt einzustellen, nutzt der Pilot die beiden Pedale im Fußraum des Cockpits. Sie sind so miteinander verbunden, dass beim Drücken des einen Pedals das andere Pedal entgegen kommt. Über Steuerstangen sind die Pedale direkt an den Heckrotor gekoppelt. Ähnlich wie beim Hauptrotor wird über eine Schiebehülse und über Pitchlinks (das sind die Verbindungen von der Schiebehülse zu den Rotorblättern) der Anstellwinkel der Heckrotorblätter verstellt. Je nach Anstellwinkel der Heckrotorblätter drückt 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 möglich sind.

Ist der Heckrotor vom Piloten richtig eingestellt, hält sich alles genau die Waage, der Hubschrauber zeigt stabil in eine Richtung. Wenn der Pilot das linke Pedal etwas mehr drückt, 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 zusätzlich benötigte Kraft muss der Antrieb aufbringen. Drückt der Pilot das rechte Pedal, lässt 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 müssen sich keine Brille kaufen: Es gibt neben dem Heckrotor nämlich noch andere Bauarten, um das Drehmoment des Hauptrotors auszugleichen, wie etwa das Fenestron-System (hergeleitet vermutlich vom Wort “Fenster”, in dem der Rotor läuft), in welchem der Heckrotor in einem Gehäuse untergebracht ist. Vorteile dieses Systems sind, dass es etwas leiser ist als die herkömmlichen Heckrotoren und auch die Verletzungsgefahr ist erheblich geringer. Weil der Heckrotor so klein ist, muss er recht schnell drehen, um den nötigen Schub aufzubringen. Deshalb ist er durch das menschliche Auge nur sehr schwer zu erkennen. Der Heckbereich eines Helis ist deshalb für alle die “Verbotene Zone”. Es entstehen immer wieder schreckliche Unfälle, 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 aufhält, 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 Größenvergleich.

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

Eine weitere Alternative, die hier kurz erwähnt sein soll sind NOTAR-Systeme. Der Begriff „NOTAR“ ist dabei nichts wirklich Wissenschaftliches und hat natürlich auch nichts mit Notaren zu tun. Es ist lediglich die Abkürzung für das englische „no tail rotor“. Es gibt auch Hubschrauber-Bauarten, die gar keinen Drehmomentausgleich benötigen, weil sie von vornherein kein Drehmoment erzeugen, das ausgeglichen werden müsste. Dazu gehören 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 benötigen deshalb einen Drehmomentausgleich.

Im nächsten und letzten Teil: