Dies ist der 6. und letzte Teil der Reihe “Warum kann ein Heli ├╝berhaupt fliegen?” 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: Der Heckrotor

Teil 6: Vorw├Ąrts, r├╝ckw├Ąrts, seitw├Ąrts und Kurvenflug

Wir wissen nun, warum ein Hubschrauber fliegen kann, wie er abhebt, um auf der Stelle zu schweben und die Nase in eine Richtung h├Ąlt. Wie aber steuert der Pilot, in welche Richtung der Hubschrauber fliegen soll? Oder dass er ├╝berhaupt beschleunigen soll? Nachdem die linke Hand und die F├╝sse bereits voll besch├Ąftigt sind, bleibt nur noch die rechte Hand ├╝brig: Mit dieser bedient der Pilot einen Steuerkn├╝ppel, mit dem er im Ergebnis die Neigung des kompletten Hauptrotors bewirken kann. Wie wird diese Neigung bewirkt? Die Antwort ist bereits in Namen des Steuerkn├╝ppels zu finden: Er wird zyklische Blattsteuerung genannt oder aus dem englischen ÔÇ×Cyclic StickÔÇť oder nur ÔÇ×CyclicÔÇť oder nur ÔÇ×StickÔÇť (Abb. 10). Im Folgenden verwenden wir den Begriff ÔÇ×StickÔÇť. Wie genau der Stick die Neigung der Rotorscheibe bewirkt, kl├Ąren wir jetzt.

Wir haben bereits gesehen, dass uns die Taumelscheibe dabei hilft, eine Steuereingabe von der stillstehenden Zelle auf den drehenden Rotor zu bringen (Abb. 13). Der untere Teil der Taumelscheibe dreht sich nicht, der obere schon. Der untere, still stehende Teil der Taumelscheibe wird vom Piloten mittels Stick ├╝ber Steuerstangen geneigt. Der rotierende Teil folgt dieser Neigung dabei exakt, dreht sich aber mit dem Rotor. Die Pitch links zwischen dem rotierenden Teil der Taumelscheibe und den ebenfalls rotierenden Rotorbl├Ąttern steuern w├Ąhrend des Umlaufzyklus die Einstellwinkel der Rotorbl├Ątter. (Abb. 15).

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Abbildung 15: Einstellwinkel je nach Rotorblattposition in der Kreisebene

Um eine Neigung der Rotorscheiben nach vorn und damit eine Vorw├Ąrtsbewegung des Hubschraubers einzuleiten, soll der Auftrieb in der hinteren H├Ąlfte der Rotorscheibe erh├Âht und gleichzeitig in vorderen H├Ąlfte verringert werden. Auf seinem Weg durch die Rotorscheibe soll das Rotorblatt an der vordersten Stelle somit einen geringeren Anstellwinkel haben und an der hintersten Stelle der Rotorscheibe ÔÇô also genau ├╝ber dem Heckausleger ÔÇô einen steileren (Abb. 16). Dadurch wird vorne weniger Auftrieb und hinten mehr Auftrieb erzeugt, mit dem Ergebnis, dass sich die ganze Rotorscheibe nach vorn neigt und der Hubschrauber nach vorn bewegt. Aus Sicht des Hauptrotors bewegt sich die Taumelscheibe st├Ąndig hin und her ÔÇô f├╝hrt also eine Taumelbewegung aus, die ihr den Namen gab.

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Abbildung 16: Einstellwinkel je nach Blattposition

Genau genommen wird also nicht, wie oft vermutet, der ganze Rotor mechanisch geneigt. Stattdessen wird ein Blatt w├Ąhrend seines Umlaufens durch die Steuereingabe des Piloten ├╝ber Taumelscheibe und Pitch links so geneigt, dass zum Beispiel am vordersten Punkt vor dem Cockpit das Rotorblatt nur sehr wenig Auftrieb erzeugt. Je weiter das Blatt sich nach hinten dreht, desto gr├Â├čer wird der Anstellwinkel des Blattes, sodass es hinten den h├Âchsten Auftrieb erzeugt. Bei der weiteren Drehung nach vorne wird der Auftrieb aufgrund geringer werdenden Anstellwinkels wieder kleiner. Alle Bl├Ątter durchlaufen diese Zyklen, sodass jedes Blatt bei einer Position in der hinteren Kreish├Ąlfte der Rotorscheibe stark nach oben zieht und bei einer Position in der vorderen Kreish├Ąlfte weniger (Abb. 17).┬áDaraus resultiert die Neigung des ganzen Rotors und damit auch die des ganzen Hubschraubers nach vorne. Die Zelle wird quasi am Hauptrotor baumelnd hinterhergezogen. Der Hubschrauber fliegt vorw├Ąrts und beschleunigt weiter, bis der Stick wieder zur├╝ckgenommen wird.

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Abbildung 17:┬á Auftriebskr├Ąfte je nach Blattposition

Seitw├Ąrts und R├╝ckw├Ąrts

Da die Taumelscheibe in alle Richtungen neigbar ist, und vor lauterer Dreherei gar nicht wei├č, wo vorne und hinten ist, kann der Pilot durch seine Steuerung am Stick die Taumelscheibe so neigen, dass ├Ąquivalent zum Vorw├Ąrtsflug auch seitw├Ąrts, r├╝ckw├Ąrts oder diagonal geflogen werden kann. Nat├╝rlich ist der Stick so eingestellt, das die Flugrichtung der Steuereingabe des Stick entspricht: Dr├╝ckt der Pilot den Stick nach vorne, bewegt sich der Hubschrauber nach vorne, dr├╝ckt er ihn zur Seite, bewegt sich der Hubschrauber zur Seite, und so weiter. Das macht den Hubschrauber so wendig.

Wird der Stick im Schwebeflug seitlich gedr├╝ckt, kommt ein seitliches Schweben heraus. Im Vorw├Ąrtsflug mit entsprechender Fluggeschwindigkeit wird daraus eine Kurve mit entsprechender Schr├Ąglage. Stick nach hinten entspricht im Vorw├Ąrtsflug dementsprechend einer Bremsung. Mit dem Beschleunigen str├Âmt nun auch immer mehr Wind an der Zelle vorbei ÔÇô auch am Heckausleger, an welchem Finnen angebracht sind. Diese fungieren nun stabilisierend ÔÇô daher im englischen auch die treffendere Bezeichnung ÔÇ×StabilizerÔÇť. Sie helfen mit, den Hubschrauber allein aufgrund des Fahrtwindes gerade zu halten (Wetterhahneffekt). Der Heckrotor wird also haupts├Ąchlich im Schwebeflug ben├Âtigt, wenn der Hubschrauber keinerlei Vorw├Ąrtsfahrt hat. Das Schweben auf der Stelle ist demnach f├╝r den Antrieb auch am forderndsten: Der Heckrotor muss das durch den Hauptrotor auf die Zelle erzeugte Drehmoment voll ausgleichen. Es gibt in diesem Flugzustand noch keinen Fahrtwind, der ├╝ber die Stabilizer str├Âmt und per Wetterhahneffekt mithilft. F├╝r den Antrieb ist also das Schweben auf der Stelle der Flugzustand, der am meisten Leistung abverlangt.

Die Steuereingaben liegen in den meisten F├Ąllen nur im Millimeterbereich, sodass Passagiere den Eindruck haben, der Pilot h├Ąlt alle Steuerelemente einfach nur fest und tut wenig bis gar nichts. Dass Hubschrauber fliegen aber unter anderem aufgrund dieser extrem filigranen Steuereingaben anspruchsvoll ist und zugleich unglaublich viel Spa├č macht, k├Ânnen Sie in einem Schnupperflug selbst testen!

Die Beitragsreihe endet hier. Nach Lekt├╝re dieser Beitragsreihe oder des E-Books verf├╝gen Sie ├╝ber erhebliches Vorwissen. Wir fragen Sie dann aus. Mehr einfach erkl├Ąrtes Wissen zum Thema Hubschrauber und benachbarten Gebieten wie Technik von Hubschraubern, Aerodynamik, Meteorologie, Navigation und vielen weiteren spannenden Themen rund um die Luftfahrt finden Sie unter┬á www.heliflieger.com