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Hubschrauber-Grundlagen

Wie schafft es der Hubschrauber, vorwärts, rückwärts und sogar seitwärts zu fliegen? Warum müssen Hubschrauberpiloten ständig an den Pedalen rudern? Auch wenn die Grundlagen die selben sind wie beim Flächenflugzeug, sieht die Anwendung beim Hubschrauber anders aus.

Beim Hubschrauber wird die Anströmung der Roterblätter durch die Drehung des Rotors sichergestellt. Übersteigt die Kraft des Auftriebs die Schwerkraft, mit der der Hubschrauber zur Erde gezogen wird, hebt das Fluggerät ab und beginnt zu steigen. Um die Größe des Auftriebs zu verändern, kann der Anstellwinkel der Rotorblätter verändert werden. Die kollektive Blattverstellung ändert den Anstellwinkel aller Rotorblätter gleichmäßig. Mit ihrer Hilfe wird also quasi die Leistung reguliert. Gesteuert wird die kollektive Blattverstellung über den Hebel links neben dem Pilotensitz, der ein bisschen wie die Handbremse beim Auto aussieht. Wir nennen ihn Collective oder Pitch.

Vorwärts marsch!

Kraftvektoren im VorwärtsflugDaneben gibt es aber noch eine weitere Möglichkeit, den Anstellwinkel der Rotorblätter zu verändern: nämlich zyklisch. Ein Rotorblatt nimmt damit einen anderen Anstellwinkel ein je nach dem, an welcher Position seiner Kreisbahn es sich gerade befindet. So kann man zum Beispiel dafür sorgen, dass hinten mehr Auftrieb erzeugt wird als vorne. Die Gesamte Rotorebene (und damit der darunter hängende Hubschrauber) neigt sich nach vorne.

Wenn wir uns nun die Kraftvektoren anschauen, erkennen wir, dass sich die Kraft in zwei Teile aufspaltet: Den Auftrieb, den wir schon hatten, sowie eine Komponente, die in Richtung der geneigten Rotorebene wirkt. Der Hubschrauber nimmt Vorwärtsfahrt auf!

Da die Rotorebene mit der zyklischen Steuerung in jede beliebige Richtung geneigt werden kann, kann man den Hubschrauber auch rückwärts, seitwärts oder schräg fliegen lassen. Gesteuert wird die zyklische Blattverstellung über den Cyclic oder Stick genannten "Steuerknüppel".

Das Drehmoment

DrehmomentDie Drehung des Rotors verhilft dem Hubschrauber zwar erst zu den Eigeneschaften, die ihn ausmachen. Sie hat aber auch einen Nachteil. Erinnern wir uns an den Physikunterricht: Dort habt sicher jeder schon mal gehört, dass jede Kraft eine gleichgroße Gegenkraft erzeugt. Für den Hubschrauber bedeutet das, dass er beginnt, sobald er nicht mehr durch die Reibung am Boden gehalten wird, sich um die eigene Achse zu drehen, und zwar entgegengesetzt der Drehrichtung des Rotors.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, das zu kompensieren. Bei den meisten gängigen Hubschraubermustern wird am Heck mit der Hebelwirkung des Auslegers ein kleiner weiterer Rotor angebracht, der der Drehung entgegenwirkt – der Heckrotor. Seine Rotorblätter sind zur Regulierung seiner Leistung ebenfalls verstellbar und werden über die Pedale gesteuert. Dabei entstehen allerdings weitere Effekte, die für die Steuerung des Hubschraubers von Bedeutung sind. Als angehende Piloten sollten wir diese Effekte etwas genauer unter die Lupe nehmen; wenn wir mit einem realitätsnahen Simulator fliegen, werden wir dagegen anzukämpfen haben.

heckrotormomente

Besonders spürbar nebem dem Drehmoment an sich sind die Drift und das Rollmoment um die Längsachse. Um die Drift auszugleichen, müssen wir die Rotorachse leicht in die entgegengesetzte Richtung neigen. Das Rollmoment bekommen wir besonders zu spüren, wenn wir in die Pedale treten – um so deutlicher, je tiefer der Heckrotor unter der Rotorebene liegt. Gerade bei einem Landeanflug oder bei unruhigem Wetter, wenn ständige Korrekturen beim Drehmomentausgleich gemacht werden müssen, zwingt uns die geänderte Rollneigung auch zu zusätzlicher Ausgleichsarbeit am Stick.

Die beiden Grafiken zum Drehmoment sind sind dem Buch Die Hubschrauber Flugschule. Mit Flugtechnik für RC-Piloten von Helmut Mauch, erschienen im GeraMond-Verlag, München, entnommen. Vielen Dank an Helmut Mauch, der RotorSim freundlicherweise erlaubt hat, die Zeichnungen hier zu verwenden.

Letzte Änderung am Donnerstag, 21 Februar 2013 20:19

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