Die Helikopter unterscheiden sich ganz grundsätzlich
von den Flächenflugzeugen. Zwar wirken auch beim
Helikopter aerodynamische Kräfte, die sind aber viel
schwieriger zu berechnen und zu erklären als bei
einem Flugzeug. Dies vor allem weil beim sich drehenden
Rotor zusätzliche Kräfte entstehen, welche bei
einem Flächenflugzeug nicht vorhanden sind.
Bei einem Flugzeug mit Flügeln sind die Verhältnisse
einigermassen klar. Der Vortrieb wird entweder durch einen
Propeller oder ein Düsentriebwerk geliefert (ausser
bei einem Segelflugzeug). Der Auftrieb wird durch die
Flügel erzeugt und das Ganze wird mit Klappen, Ruder
und Leitwerken gesteuert (Abb 5).
Abb 5
Anders sieht es beim Hubschrauber
aus. Die sich drehenden Rotorblätter erzeugen, ähnlich
wie bei einem Flügel, den Auftrieb und beschleunigen
die Luft von oben nach unten. Dies geschieht indem bei
allen Rotorblättern der Einstellwinkel (Winkel zwischen
Rotorblattsehne und Helilängsachse) und dadurch auch
der Anstellwinkel gleichzeitig erhöht wird. Dies
wird als kollektive Blattverstellung bezeichnet. Dadurch
wird die Luft, ähnlich wie bei einem Ventilator,
nach unten "geblasen", der Gesamtauftrieb wird
erhöht und der Helikopter beginnt zu steigen. Damit
sich dieses Gefährt nach vorne bewegt, muss "nur"
die Rotorebene nach vorne geneigt werden, so dass der
Luftstrom durch den Rotor leicht nach hinten "geblasen"
wird (Abb 6).
Abb 6
Die Steuerung des Helikopters
erfolgt nach dem gleichen Prinzip. Die Rotorebene wird
in die Richtung geneigt wohin der Hubschrauber fliegen
soll. Dies tönt sehr einfach, ist in Wirklichkeit
aber ein sehr komplexer aerodynamischer Vorgang (davon
sprechen wir später). Gemeinerweise besagt ein physikalisches
Gesetz (von Newton), dass eine Aktion eine Reaktion hervorruft.
Dies bewirkt, dass sich der Rumpf des Helikopter entgegen
der Drehrichtung des Rotors drehen möchte. Um dies
zu verhindern wird bei den meisten Hubschraubern ein senkrecht
drehender Rotor, der Heckrotor angebracht, welcher dieses
Drehmoment ausgleicht (Abb 7). Mit diesem Heckrotor kann
der Helikopter im Schwebeflug um die Hochachse gesteuert
werden.
Abb 7
Dieser Anstellwinkel bewirkt
zusätzlich eine Erhöhung des Unterdrucks auf
der Oberseite, da die Luft einen noch weiteren Weg zurücklegen
muss und dadurch stärker beschleunigt wird. Durch
die Anstellung des Flügels wird aber auch der Luftwiderstand
erhöht, was mit einer grösseren Leistung für
den Vortrieb kompensiert werden muss. Grundsätzlich
kann gesagt werden, dass der Auftrieb grösser wird
je schneller sich das Flugzeug vorwärts bewegt. Gleichzeitig
wird aber auch der Luftwiederstand erhöht. Aus diesem
Grund besitzen Flugzeuge welche nur langsam fliegen dicke
Profile, bei sehr schnellen Flugzeugen reichen schlanke
Profile für die Erzeugung des Auftriebs aus. Der
Anstellwinkel und die Geschwindigkeit können aber
nicht beliebig erhöht werden da die Luftströmung
auf der Oberseite abreissen kann. Das heisst die Strömung
fliesst nicht mehr entlang dem Profil, sondern bildet
Wirbel (Abb 4).
Bei Konstruktionen mit zwei
gegenläufig drehen Hauptrotoren, entsteht kein Drehmoment
auf den Rumpf, resp die Drehmomente der beiden Rotoren
heben sich gegenseitig auf.
