Hubschrauber
aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Ein Hubschrauber (vor allem in der Schweiz auch: Helikopter, abgekürzt: Heli, zu griech. hélix, Gen. hélikos „Windung, Spirale" und pterón „Flügel“; engl. helicopter) ist ein Flugzeug und Luftfahrzeug, das durch einen oder mehrere motorisch angetriebene Drehflügel Auftrieb und Vortrieb erhält.
Die Drehflügel, Rotoren genannt, wirken wie drehende Tragflächen, daher gehören Hubschrauber auch zu den Drehflügelflugzeugen, im Unterschied zu den Starrflügelflugzeugen. Des Weiteren sind sie Senkrechtstarter, können also vertikal starten und landen. Nicht zu Hubschraubern werden gerechnet: Tragschrauber, Hybrid- und VTOL-Flugzeuge.
Inhaltsverzeichnis |
[Bearbeiten] Funktion
Die rotierenden Rotorblätter erzeugen gegenüber der anströmenden Luft einen dynamischen Auftrieb. Wie bei den starren Tragflächen eines Flugzeugs ist dieser abhängig von ihrem Profil, dem Anstellwinkel und der Anströmgeschwindigkeit. Beim schwebenden Hubschrauber entspricht die Anströmgeschwindigkeit der Umlaufgeschwindigkeit. Wenn er sich z.B. vorwärts bewegt, addieren sich Umlauf- und Fluggeschwindigkeit beim nach vorne laufenden Blatt und subtrahieren sich beim zurückdrehenden Blatt; siehe Skizze unter Flugleistungen.
Bei der kollektiven Blattverstellung verändert der Pilot den Einstellwinkel aller Rotorblätter gleichmäßig, was zum Steigen oder Sinken des Hubschraubers führt.
Die zyklische Blattverstellung dient zur Steuerung der Horizontalbewegung des Hubschraubers durch Neigung der Hauptrotorebene, das heißt zum Einleiten oder Beenden von Vorwärts-, Rückwärts- oder Seitwärtsflug. Hierbei werden die Einstellwinkel der Blätter während des Umlaufs des Rotors (zyklisch) verändert. Zum Vorwärtsflug werden sie so geändert, dass sich die Rotorebene nach vorne neigt, der Luftstrom erhält eine nach hinten gerichtete Komponente und erzeugt so eine den Hubschrauber nach vorne treibende Kraft (Schub).
Die Ansteuerung der Rotorblätter erfolgt meist durch eine Taumelscheibe, deren unterer, feststehender Teil vom Piloten mit Hilfe des kollektiven Verstellhebels nach oben oder unten verschoben wird; mit dem zyklischen Steuerknüppel kann dieser wiederum in jede Richtung geneigt werden. Der obere, sich mit dem Rotor drehende Teil der Taumelscheibe überträgt über Stoßstangen und Hebel an den Blattwurzeln den gewünschten Einstellwinkel auf die Rotorblätter.
Durch die Aerodynamik des Rotorblatts entstehen beim Flug asymmetrische Kräfte auf die vor- und rücklaufenden Blätter, die durch Schlag- und Schwenkgelenke am Rotorkopf aufgefangen werden müssen. Neuere Konstruktionen kommen ohne diese Gelenke aus, da Rotorkopf und -blätter aus besonderen Materialien hergestellt werden. Diese können die sich in Größe und Richtung ständig ändernden dynamischen Kräfte aufnehmen, ohne Ermüdungsbrüche zu entwickeln. Ein solcher gelenkloser Rotorkopf wurde erstmals bei der Bo 105 durch Blätter aus GFK und einen massiven Rotorkopf aus Titan realisiert. Beim EC 135 wurde dieser zum lagerlosen Rotorkopf weiter entwickelt, der bei den meisten aktuellen Modellen eingesetzt wird.
[Bearbeiten] Giermomentausgleich
Mit Ausnahme des Blattspitzenantriebs wird der Rotor stets durch einen Antrieb im Rumpf in Drehung versetzt. Somit entsteht an der Rotorachse ein Drehmoment (Giermoment), das eine entgegengesetzte Drehung des Rumpfes bewirkt. Um dies zu vermeiden, gibt es mehrere Möglichkeiten:
- Erzeugung eines seitlichen Gegenschubs durch einen Heckrotor, auch gekapselt als Impeller beim Fenestron oder durch Schubdüsen beim NOTAR System. Einzig beim Fairey Gyrodyne von 1946 wurde ein in Flugrichtung wirkender Propeller eingesetzt.
- Zwei gegenläufige Hauptrotoren, deren Giermomente sich ausgleichen – durch Anordnung übereinander auf der selben Achse (Koaxialrotor) oder auch hintereinander (Tandem-Konfiguration) oder nebeneinander. Eine weitere Variante sind die ineinander greifenden Rotoren mit nahe zusammen liegenden, zueinander schräg gestellten Drehachsen beim Flettner-Doppelrotor.
- Verwendung von vier Rotoren beim Quadrocopter, die allein durch Verstellung von Pitch oder Drehzahl eine Steuerung um alle drei Achsen ermöglichen.
- Selten (Cierva W.11), in der Planung (Mi-32) oder im Modellbau (Tribelle) traten Dreifach-Rotoren auf, bei denen das Drehmoment durch leichtes Kippen der Rotorhochachsen ausgeglichen wird.
Mag ein System mit zwei Rotoren auf den ersten Blick als effizientere Konstruktion erscheinen, so hat sich in der Praxis aber weitgehend das Einrotorsystem mit Heckrotor durchgesetzt. Ursachen sind die niedrigeren Bau- und Wartungskosten bei nur je einem Rotorkopf und Getriebe, den aufwändigsten und empfindlichsten Baugruppen eines Hubschraubers. Hinzu kommt die nicht aussteuerbare Unsymmetrie des Auftriebs bei Ausfall eines der beiden Rotorantriebe.
Heckrotoren gibt es in Ausführungen mit zwei bis fünf Blättern. Um den Lärm zu verringern, werden teils vierblättrige Rotoren in X-Form eingesetzt. Eine besonders leise Variante ist der Fenestron, ein ummantelter Propeller im Heckausleger mit bis zu 18 Blättern.
Meist wird der Heckrotor aus dem Hauptgetriebe über Wellen und Umlenkgetriebe angetrieben, so dass seine Drehzahl stets proportional zu der des Hauptrotors ist. Der Schub zur Steuerung um die Gierachse wird dann mit den Pedalen über den Einstellwinkel der Heckrotorblätter geregelt, nach dem gleichen Prinzip wie die kollektive Verstellung des Hauptrotors.
Während des Vorwärtsflugs wird bei vielen Hubschraubern der Heckrotor entlastet, indem die Anströmung des Seitenleitwerks das Giermoment weitgehend kompensiert. Dies ist vielfach durch Endscheiben an der horizontalen Dämpfungsfläche realisiert, die zur Rumpflängsachse schräg gestellt sind, bei einer einzelnen Seitenflosse in der Regel zusätzlich durch ein unsymmetrisches Profil.
Sollte der Antrieb ausfallen, können Hubschrauber trotzdem noch landen. Sie gehen dann in einen Sinkflug über, wobei der freilaufende Rotor durch die nun in umgekehrter Richtung, von unten nach oben strömende Luft in Drehung gehalten wird – eine Autorotation wie beim Autogiro. Ein Giermomentausgleich ist dabei nicht notwendig; eine solche Landung ist daher auch beim Ausfall des Heckrotors möglich, zum Beispiel bei Bruch der Antriebswelle, des Winkelgetriebes oder des ganzen Heckauslegers. Kurz vor dem Aufsetzen wird nun der kollektive Einstellwinkel (Pitch) vergrößert und damit der Auftrieb erhöht, um mit der begrenzten kinetischen Energie des Rotors einmalig möglichst weich aufzusetzen. Der Verlust der Steuerung um die Hochachse und die Notwendigkeit, den richtigen Moment genau zu treffen, macht dieses Manöver jedoch stets riskant.
[Bearbeiten] Flugleistungen
Hubschrauber erreichen prinzipiell nicht die Flugleistungen von Starrflügelflugzeugen:
Die Höchstgeschwindigkeit liegt meist zwischen 200 und 300 km/h, einige Kampfhubschrauber erreichen 340 km/h. Der Geschwindigkeits-Rekord liegt bei 400,87 km/h und wurde am 11. August 1986 mit einem Westland Lynx erzielt.
Die Höchstgeschwindigkeit wird dabei durch die Aerodynamik der Rotorblätter begrenzt: Das jeweils nach vorne laufende Blatt hat gegenüber der von vorn anströmenden Luft eine höhere Geschwindigkeit als das nach hinten laufende. Nähert sich nun das vorlaufende Blatt im Außenbereich der Schallgeschwindigkeit, kommt es dort zu Effekten wie Abfall des Auftriebs, starke Erhöhung des Widerstands und große Blattbeanspruchung durch Torsionsmomente. Für den Piloten äußert sich dies zum Beispiel in starken Schwingungen, die die Kontrolle des Hubschraubers erschweren.
Meist wird die Geschwindigkeit eines Hubschraubers jedoch durch das rücklaufende Rotorblatt begrenzt: Hier führt die Kombination aus hohem Anstellwinkel (zyklische Verstellung, s. o.) und geringerer Strömungsgeschwindigkeit beim Rücklauf zum Strömungsabriss und damit Auftriebsverlust. Viele Hubschrauber kippen daher zuerst in Richtung zum rücklaufenden Rotorblatt, bevor das vorlaufende Blatt in den Überschallbereich gelangt.
Auch die Gipfelhöhe ist begrenzt und liegt normalerweise bei 5.000 Metern, wobei einzelne Modelle bis zu 9.000 Meter erreichen. Der Höhenrekord von 13.716 m (45.000 ft) wurde im Mai 2005 von Didier Delsalle mit einem darauf optimierten Eurocopter AS 350 aufgestellt.
Der Kraftstoffverbrauch eines Hubschraubers liegt bei gleicher Zuladung im Allgemeinen deutlich über dem eines Tragflächen-Flugzeugs.
Der Vorteil eines Hubschraubers aber liegt in der Fähigkeit, in der Luft stehen zu bleiben (Schwebeflug, auch Hover genannt), rückwärts oder seitwärts zu fliegen, sowie sich im langsamen Flug um die Hochachse (Gierachse) zu drehen. Weiterhin kann er senkrecht starten und landen (VTOL) und benötigt daher keine Start- oder Landebahn. Neben einem Hubschrauberlandeplatz reicht dazu bereits ein ebener Platz von ausreichendem Durchmesser.
[Bearbeiten] Entwicklungsgeschichte
Schon Leonardo da Vinci hatte Ende des 15. Jahrhunderts Skizzen eines Hubschraubers angefertigt, aber erst im 20. Jahrhundert gelang die technische Umsetzung dieser Idee. Pioniere der Hubschrauberentwicklung waren u. a. Étienne Oehmichen, Juan de la Cierva, Louis Charles Breguet, Henrich Focke und Igor Sikorski:
Am 11. November 1922 brachte Étienne Oehmichen erstmals seine Oehmichen No.2 in die Luft, den wohl ersten zuverlässig fliegenden, manntragenden Senkrechtstarter.
Bei der Entwicklung seines Autogiro gelangen Juan de la Cierva 1923 wesentliche Lösungen zur Stabilisierung des Rotors eines Drehflüglers, so z. B. die Schlaggelenke.
In den frühen 1930er Jahren bauten Louis Charles Breguet und René Dorand mit dem Gyroplane-Laboratoire den ersten, längere Zeit stabil fliegenden Hubschrauber. Er hatte Koaxialrotoren und hielt ab Juni 1935 alle internationalen Rekorde für Hubschrauber.
Die Focke-Wulf Fw 61, die zwei seitlich angeordnete Rotoren benutzte, startete erstmalig am 26. Juni 1936 und übernahm 1937 die Spitzenposition; es wurden nur zwei Exemplare gebaut.
Der erste in Serie gebaute Hubschrauber, ebenfalls mit zwei seitlich angeordneten Rotoren, war 1941 die deutsche Focke-Achgelis Fa 223. Es folgten 1943 die Flettner Fl 282, ebenfalls mit Doppelrotor, und 1944 die Sikorsky R-4 'Hoverfly' in den USA, die wie ihr Vorgänger Sikorsky VS-300 einen Einzelrotor zusammen mit einem Heckrotor verwendete.
1955 rüstete die französische Firma Sud Aviation ihren Hubschrauber Alouette II mit einer 250 kW-Turboméca Artouste-Wellenturbine aus und baute damit den ersten Hubschrauber mit Gasturbinenantrieb, der heute von allen kommerziellen Herstellern verwendet wird, mit der einzigen Ausnahme der Robinson Helicopter.
Die deutsche Bölkow Bo 105 setzte 1961 als erster Hubschrauber einen gelenklosen Rotorkopf zusammen mit GFK-Rotorblättern ein, die erstmals bei der Kamow Ka-26 zum Einsatz gekommen waren. Die Eurocopter EC 135 als aktueller Nachfolger benutzt diese Bauweise in weiterentwickelter Form.
1968 startete mit der sowjetischen Mil Mi-12 der größte jemals gebaute Hubschrauber. Er verfügt über nebeneinander angeordnete Rotoren und über ein Startgewicht von 105 t, bei einer Nutzlast von 40 t.
1977 fand der Jungfernflug des größten in Serie gebauten Helikopters statt, der Mil Mi-26.
Ab 1983 entstand mit der RAH-66 Comanche ein Kampfhubschrauber mit Tarnkappentechnik, dessen Fertigung jedoch kurz vor Erreichen der Einsatzreife 2004 gestoppt wurde.
1984 flog erstmals die Sikorsky X-wing, deren Rotor beim Vorwärtsflug angehalten und festgestellt wird und dann als zusätzliche Tragfläche dient. Wie bei anderen VTOL-Konzepten sollen damit gegenüber reinen Drehflüglern bessere Flugleistungen erreicht werden.
[Bearbeiten] Steuerung
Ein Hubschrauber ist ein nicht eigenstabiles Luftfahrzeug – er hat vor allem im Schwebeflug und langsamen Flug stets die Tendenz, seine Fluglage zu verlassen und in die eine oder andere Richtung zu schieben, sich zu neigen oder zu drehen. Dies ist u. a. darin begründet, dass der Neutralpunkt über dem Rumpf und damit über dem Schwerpunkt liegt. Der Pilot muss diese Bewegungen durch kontinuierliche, entgegen wirkende Steuereingaben abfangen. Oberhalb von ca. 100 km/h verhält sich ein Hubschrauber ähnlich wie ein Tragflächenflugzeug und ist entsprechend einfach zu steuern.
Zur Steuerung des Hubschraubers benötigt der Pilot – anders als im Starrflügel-Flugzeug üblicherweise rechts sitzend – beide Hände und Füße. Mit der linken Hand kontrolliert er über einen Hebel die kollektive Blattverstellung (engl. Pitch) und damit den Auftrieb. Um beim Aufstieg den Abfall der Rotordrehzahl zu verhindern, wird auch die Motorleistung und damit das erzeugte Drehmoment erhöht, entweder manuell, mit einem Drehgriff an diesem Hebel, oder automatisch. Mit der rechten Hand kontrolliert der Pilot über den Steuerknüppel die zyklische Blattverstellung, das heißt die Neigung der Taumelscheibe und damit die Bewegung um Längs- und Querachse.
Am Boden finden sich zwei Fußpedale, mit denen der Heckrotor und damit die Bewegung um die Gierachse gesteuert wird, also die Rechts-Links-Drehung.
[Bearbeiten] Unfälle
Verglichen mit Tragflächenflugzeugen weisen Hubschrauber eine deutlich höhere Unfallhäufigkeit auf: Zwischen 1980 und 1998 verzeichnete die Bundesstelle für Flugunfalluntersuchung (BFU) bei Hubschraubern statistisch pro einer Million Abflüge 54 Unfälle mit sechs Toten, bei Tragflächenflugzeugen lediglich zehn Unfälle mit 1,6 Toten. Die Unfallsursachen liegen dabei anteilig häufiger im menschlichen Versagen (über 80 %).
Aus Sicht der Technik sind Hubschrauber nicht unsicherer als Tragflächenflugzeuge und werden unter den gleichen Zuverlässigkeitsforderungen ausgelegt und zugelassen. Die höhere Unfallgefahr kann mehr durch die Einsatzbedingungen erklärt werden: Rettungsdienste und Militär können einen Einsatzort nicht vorher bestimmen, Hindernisse wie Antennen oder Stromleitungen sind dem Piloten dann nicht bekannt. Einsätze im Hochgebirge, wie Lastentransport und Bergrettung, können wiederum durch die geringere Luftdichte und Abwinde den Antrieb an die Leistungsgrenze bringen. Bei seinem Ausfall sind wiederum die Bedingungen für eine Autorotations-Landung häufig schlecht.
Bekannt wurde zuletzt der Unfall eines CH-53GS am 21. Dezember 2002, bei dem sieben deutsche Soldaten in Afghanistan ums Leben kamen, als sie nach einem Erkundungsflug nahe dem Flughafen Kabul abstürzten. Ursache war ein Antriebsschaden, wodurch Teile der Flugsteuerung beschädigt wurden. Es handelte sich um das bis dahin schwerste Unglück bei Auslandseinsätzen der Bundeswehr.
[Bearbeiten] Einsatzarten
Der Betrieb eines modernen Hubschraubers ist im Vergleich zu einem Flächenflugzeug mit vergleichbarer Zuladung deutlich teurer. Dennoch ergeben sich aufgrund seiner Fähigkeit, auf unvorbereitetem Gelände starten und landen zu können, eine Reihe von zusätzlichen Einsatzgebieten, unterscheidbar in zivile und militärische.
[Bearbeiten] Zivile Verwendung
Die häufigste Verwendung in Mitteleuropa ist der Bereich Luftrettung mit dem Rettungshubschrauber, wovon es allein in Deutschland über 50 Stützpunkte gibt. Weitere Spezialisierungen stellen Intensivtransporthubschrauber, Großraum-Rettungshubschrauber, Notarzteinsatzhubschrauber und Bergrettungsdienst dar. Auch bei der Polizei und bei der Feuerwehr sind Hubschrauber zu einem wichtigen unterstützendem Faktor geworden.
Hubschrauberfluglinien verkehren im Passagierdienst. Der Einsatz von Transporthubschraubern stellt, etwa bei Bohrinseln, ein wichtiges Element der Logistik dar. Auch für Frachtflüge werden Hubschrauber eingesetzt, z. B. für die Automobilindustrie. Der Hubschrauber hat den Vorteil direkt auf dem Werksgelände zu landen die Ware an Bord zu nehmen und beim Empfänger-Werk auch wieder direkt auf dem Werksgelände zu entladen. Im Hochgebirge ist der Transport von Baumaterial und Bauteilen mangels geeigneter Landwege oft wichtig für die Errichtung von alpinen Einrichtungen. Gleiches gilt für Montagearbeiten an unzugänglichen Stellen, mitunter werden Hubschrauber dort auch als Baukran eingesetzt. In nicht mechanisierbaren steilen Weinbergen wird der Pflanzenschutz zum Teil mit Hubschraubern durchgeführt. Im Touristikbereich werden Rundflüge angeboten.
Modellhubschrauber bekommen zunehmend Bedeutung, da sich die Technik stetig entwickelt hat und der Pilot sein Hobby auch in Innenräumen ausüben kann.
[Bearbeiten] Militärische Verwendung
Typische militärische Einsatzgebiete sind die Panzerabwehr durch spezialisierte Kampfhubschrauber, wie den Eurocopter Tiger, den Hughes AH-64 oder den Mil Mi-24, weiter die Artilleriebeobachtung, CSAR (Combat Search and Rescue, dt. Suchen/Retten im Gefecht) die Luftabwehr und Einsätze innerhalb der Marine zur U-Jagd, Seeaufklärung und Seenotrettung (SAR – Search and Rescue).
Siehe auch: Militärhubschrauber
[Bearbeiten] Hubschraubertechnik
Weitere Details zu Bauweise und Technik von Hubschraubern finden sich in diesen Artikeln:
- Varianten der Bauweise zum Drehmomentausgleich
- Heckrotor-Konfiguration – Hubschrauber mit seitlichen Rotoren - Tandem-Konfiguration – Koaxialrotor – Flettner-Doppelrotor – Blattspitzenantrieb
- Verwandte Flugzeug-Bauweisen
- Tragschrauber – Flugschrauber – Wandelflugzeug – Senkrechtstarter – VTOL
[Bearbeiten] Wichtige Hubschrauberhersteller
Europa:
- Eurocopter Group: Sie ist eine Tochter von EADS. In in dieser Gruppe sind u.a. namhafte nationalen Hersteller wie Messerschmitt-Bölkow-Blohm (MBB) aus Deutschland, Aérospatiale und SUD Aviation aus Frankreich aufgegangen.
- Italien/Vereinigtes Königreich: AgustaWestland (früher Agusta in Turin, Westland Aircraft in Yeovil)
- Polen: PZL
- Russland: Mil, Kamow
Südamerika:
Asien:
- Indien: Hindustan Aeronautics Limited (HAL)
Afrika:
Amerika:
- USA: Bell Helicopters, Robinson Helicopter, Enstrom, Schweizer Aircraft Corporation, Kaman, MD Helicopters (heute Teil von Boeing Helicopters), Sikorsky, Boeing Helicopters, Vertol (heute Teil von Boeing Helicopters).
[Bearbeiten] Siehe auch
- Kategorie:Hubschrauberhersteller
- Liste der Hubschrauber
- Heliskiing
- Liste von Flugzeugtypen
- Heliport
- Bodeneffekt
[Bearbeiten] Literatur
- Heinrich Dubel: Helikopter Hysterie Zwo. ISBN 3929010771
- Rolf Besser: Technik und Geschichte der Hubschrauber. , ISBN 3763759654
- Steve Coates and Jean-Christophe Carbonel: Helicopters of the Third Reich. ISBN 1903223245
- Kyrill von Gersdorf und Kurt Knobling: Hubschrauber und Tragschrauber. ISBN 3763752730
- Yves Le Bec: Die wahre Geschichte des Helikopters ISBN 2-8399-0100-5
[Bearbeiten] Weblinks
 |
Commons: Kategorie:Hubschrauber – Bilder, Videos und/oder Audiodateien |
 |
Wiktionary: Hubschrauber – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme und Übersetzungen |
- Die Hubschrauber Seite mit Informationen rund um Helicopter aller Art
- German Helicopter Database
- Informationen zu div. Hubschraubertypen
- Technische Daten der bei der Bundespolizei verwendeten Hubschraubertypen
- Hubschrauber Datenbank
- „All the worlds Rotorcraft“, viele seltene Modelle
- Geschichte und Technik, Fotos und Diagramme
- HeliWeb - Fotodatenbank, Fotobücher, Register etc.
- Helipictures - Fotodatenbank, Register, Zivil, Militär, Luftrettung etc.
 |
Dieser Artikel wurde in die Liste der Lesenswerten Artikel aufgenommen. |
