| Aerodynamik • Der Hubschrauber
im Vorwärtsflug |
| Der wohl grösste Vorteil der Hubschrauber liegt
darin, dass sie sowohl schweben, als auch vorwärts
fliegen können. Der Übergang vom Schwebe- in
den Vorwärtsflug wird als sogenannte Transition bezeichnet
und ist ein aerodynamisch wie auch mechanisch äusserst
komplizierter Vorgang. Der Einfachheit halber werden wir
den Rotor als eine Scheibe und nicht die aerodynamischen
Verhältnisse am einzelnen Rotorblatt betrachten.
Wie bereits erwähnt, wird die Luft im Schwebeflug
von oben nach unten durch den Rotor beschleunigt (Abb
15). Damit der Hubschrauber in den Vorwärtsflug übergeht,
muss die gesamte Rotorscheibe nach vorne geneigt werden. |
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| Abb 15 |
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| Durch die Neigung nach vorne
wird die Luft nicht mehr senkrecht nach unten, sondern
nach hinten beschleunigt (Abb 16). Dadurch beginnt sich
der Hubschrauber nach vorne zu bewegen. Da aber auch der
Auftrieb nicht mehr senkrecht nach oben wirkt, muss die
Leistung durch den Piloten in der Startphase leicht erhöht
werden, um das richtige Verhältnis zwischen Auftrieb
und Gewicht zu erreichen. |
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| Abb 16 |
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| Durch die Rotation des Rotors
entstehen im Vorwärtsflug unterschiedliche Anströmgeschwindigkeiten
an den Rotorblättern. Das Rotorblatt, welches sich
in Flugrichtung gesehen nach vorne bewegt wird als vorlaufendes
Blatt, dasjenige welches sich nach hinten bewegt als rücklaufendes
Blatt bezeichnet (Abb 17). |
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| Abb 17 |
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| Die Anströmgeschwindigkeit
ist abhängig von der Vorwärtsgeschwindigkeit,
der Rotordrehzahl und dem Rotordurchmesser. Gehen wir
davon aus, dass sich der Helikopter mit einer Geschwindigkeit
von 200 km/h vorwärts bewegt und eine Blattspitzengeschwindigkeit
von 750 km/h aufweist, entstehen folgende Verhältnisse
am Rotor: |
| Das vorlaufende Blatt erreicht eine effektive
Geschwindigkeit an der Blattspitze von 950 km/h
(750 + 200). Diese Geschwindigkeit befindet sich
bereits sehr nahe an der Schallgeschwindigkeit.
An der Blattwurzel wird immer noch eine Anströmung
mit über 200 km/h erreicht (Abb 18). |
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Abb
18 |
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Das rücklaufende Blatt wird nur noch mit
einer Geschwindigkeit von 550 km/h an der Blattspitze
angeströmt (750 - 200). Die Anströmge-schwindigkeit
nimmt ab, je näher man sich dem Rotationszentrum
befindet. In der Gegend der Blattwurzel kann das
Blatt sogar von hinten angeströmt werden und
liefert demzufolge in diesem Bereich keinen Auftrieb
mehr (Abb 19). |
| Abb 19 |
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Der Auftrieb ist bekannterweise
von der Anströmgeschwindigkeit und dem Anstellwinkel
(nebst der Art des Profils) abhängig. Um einigermassen
konstante Auftriebsverhältnisse über die gesamte
Rotorscheibe zu erreichen, muss der Anstellwinkel während
dem Umlauf des Blattes konstant verändert
werden, da sich die Anströmgeschwindigkeit ja auch
konstant ändert. Diese Verstellung des Anstellwinkels
wird als zyklische Blattverstellung bezeichnet. Die Grenzen
im Vorwärtsflug liegen bei heutigen Hubschrauber
bei ca 400 km/h. Über dieser Geschwindigkeit würden
sich grosse Teile des vorlaufende Blattes im Überschallbereich
und ein grosser Bereich des rücklaufenden Blattes
im Strömungsabriss befinden. Es gibt kein Flügelprofil,
welches einen solch grossen Geschwindigkeitsbereich abdecken
könnte. |
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