Hubschrauber: Langsamer Flug in jede Richtung

Hubschrauber: Langsamer Flug in jede Richtung

 

Während sich konventionelle Flugzeuge (Starrflügler) stets mit einer Mindestgeschwindigkeit vorwärts bewegen müssen, damit die Tragflächen den erforderlichen Auftrieb erzeugen, verfügen Hubschrauber über bewegliche Tragflächen, die auch ohne Vorwärtsbewegung des Hubschraubers Auftrieb erzeugen können. Damit können Hubschrauber sehr langsam fliegen, in der Luft stehen bleiben und sich sogar rückwärts bewegen.

 

 Auftriebsprinzip des Hubschraubers

 

Die bewegliche Tragfläche (Rotor) eines Hubschraubers besteht aus mehreren Rotorblättern, die ein ähnlich gewölbtes Profil aufweisen wie die Tragflächen eines Starrflüglers. Wird der Rotor durch den Antrieb des Hubschraubers (heute meistens ein Turbinentriebwerk) in Drehung versetzt, entsteht durch die Luftströmung um die Rotorblätter eine Auftriebskraft, die den Hubschrauber senkrecht nach oben steigen lässt. Dabei wird die Größe des Auftriebs außer von der Rotorprofilform und der Rotordrehzahl auch vom Rotoranstellwinkel der Rotorblätter gegen die Luft bestimmt. Über ein Hebelwerk kann der Anstellwinkel der Rotorblätter vergrößert oder verkleinert werden. So wird durch eine Vergrößerung des Anstellwinkels der Auftrieb und damit die Steiggeschwindigkeit des Hubschraubers erhöht.

 

 Vortrieb

 

Um nicht nur eine senkrechte Bewegung, sondern zusätzlich auch eine Vortriebsbewegung zu ermöglichen, muss der Hubschrauber so geneigt werden, dass die Rotorachse nicht mehr senkrecht, sondern schräg zur Erdoberfläche steht. Dann erzeugt der Rotor neben einer Auftriebskraft auch eine Vortriebskraft schräg nach vorne. Die für eine Vorwärtsbewegung erforderliche Schrägstellung des Hubschraubers, also das Anheben des Hecks, wird dadurch bewirkt, dass jeweils das Rotorblatt, das sich gerade über der Heckseite dreht, einen größeren Auftrieb erzeugt. Einen großen Auftrieb auf der Heckseite und einen kleinen Auftrieb auf der Frontseite erreicht man dadurch, dass die Anstellwinkel der Rotorblätter dementsprechend verändert werden.

 

Die ständige Änderung des Rotoranstellwinkels während einer Drehung des Rotors erfolgt durch die Taumelscheibe. Entsprechend zur gewünschten Flugrichtung stellt der Hubschrauberpilot über Steuerstangen den unteren Teil der Taumelscheibe in eine bestimmte Schrägstellung. Während der untere Teil der Taumelscheibe keine Drehbewegung ausführt, dreht sich der obere Teil der Taumelscheibe mit dem Rotor mit und gleitet dabei auf dem unteren Teil. Dabei führt die Schrägstellung der Taumelscheibe zu einer Auf- und Abbewegung der Schubstangen und damit im Verlauf einer Rotordrehung zu einem ständigen Wechsel des Rotoranstellwinkels.

 

 Ausgleichsgelenke

 

Die beim Vorwärtsflug unterschiedlichen Auftriebskräfte an den einzelnen Rotorblättern würden bei starrer Verbindung der Rotorblätter an den Rotorkopf dazu führen, dass der Hubschrauber seitlich wegkippt und umschlägt. Diese Kippmomente könnten entstehen, wenn die Auftriebskräfte über die Rotorblätter eine Hebelwirkung auf den Rotorkopf erhalten.

 

Um dies zu verhindern, verbindet man bei vielen Hubschrauberkonstruktionen die starren Rotorblätter über Gelenke mit dem Rotorkopf. Dann wirken nur noch senkrechte Kräfte auf den Rotorkopf sowie die nach außen gerichteten Fliehkräfte der Rotorblätter, nicht jedoch Drehmomente, die den Hubschrauber wegkippen können und die auch zu einer starken Belastung des Rotorkopfes und der Blätter führen. Durch die gelenkige Befestigung machen die Rotorblätter schlagende Bewegungen (ähnlich wie ein Vogel seine Flügel schlägt), weil sich im Laufe einer Umdrehung die Kräfte auf die Rotorblätter ständig ändern und die Blätter entsprechend den wirkenden Kräften nach oben oder unten schwingen. Bei neueren Hubschrauberkonstruktionen verbindet man die Blätter zwar starr mit dem Rotorkopf, verwendet aber elastische Blätter, sodass sich ein ähnliches Bewegungsverhalten wie bei gelenkig angebrachten Rotorblättern ergibt.

 

 Seitensteuerung

 

Nach dem newtonschen Prinzip »Actio = Reactio« würde sich bei einem Hubschrauber mit nur einem Rotor der Rumpf in entgegegengesetzter Richtung zum Rotor wegdrehen, wenn er nicht durch eine zusätzliche Kraft abgestützt und am Drehen gehindert würde. Dazu dient der seitlich angebrachte Heckrotor.

 

Er wird mit ca. 10 % der Triebwerksleistung angetrieben. Er hält den Kurs des Hubschraubers stabil, indem er dem wegdrehenden Drehmoment entgegenwirkt. Durch Ändern des Heckrotoranstellwinkels kann der Hubschrauberpilot den Hubschrauber nicht nur geradeaus fliegen, sondern auch gezielt um seine Hochachse drehen.