Tandem-Konfiguration
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Als Tandem-Konfiguration bezeichnet man bei Hubschraubern die Verwendung von zwei in der Regel gleich großen Hauptrotoren, bei denen sich durch entgegen gesetzten Drehsinn deren Drehmoment (Giermoment) ausgleicht. Wie die Bezeichnung ausdrückt, sind sie in Flugrichtung hintereinander angeordnet, wobei die hintere der beiden Rotorebenen stets höher als die vordere ist. Durch die Koppelung beider Rotoren über ihre Antriebswellen ist für ihren synchronen Lauf bei allen Betriebszuständen gesorgt. Sie sind außerdem so auf ihre Antriebswellen aufgesetzt, dass sie in der Draufsicht ineinander kämmen, also nie zwei Blätter genau über einander stehen und sich so bei Schlagbewegungen auch niemals berühren können.
Diese Bauart verlangt einen theoretischen Mindestachsabstand der beiden Rotoren von mehr als einer Blattlänge. Aus strömungstechnischen Gründen werden sie aber so weit von einander angeordnet, dass sich die Rotorebenen meist nur geringfügig überdecken. Notgedrungen ergibt sich daraus eine große Länge des Hubschraubers.
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[Bearbeiten] Die Vorteile der Tandemanordnung
- Da der Heckrotor entfällt, der sonst 10 bis 20% der Leistung verbraucht, steht hier die ganze Antriebsleistung zur Schuberzeugung zur Verfügung. Auch die seitliche Drift ist nicht vorhanden.
- Das ganze Antriebssystem kann leichter gehalten werden. Bei gleicher Blattspitzengeschwindigkeit können die im Durchmesser kleineren Tandemrotoren schneller drehen. Sie benötigen damit bei gleichem Schub eine geringere Untersetzung zwischen Motor und Rotor, was, zusammen mit dem ebenfalls niedrigeren erforderlichen Drehmoment zu einer gewissen Senkung des Gewichts des ganzen Antriebs führt, trotz der Verbindungswellen.
- Für Hubschrauber mit einer Gesamtmasse von unter etwa 9.000 kg wird von den Verfechtern des Tandemantriebs neidlos dem Heckrotorkonzept der Vorzug zugestanden. Bis etwa 30.000 kg Startmasse geben sie beiden Systemen gleiche Chancen. Für darüber liegende Hubschrauber aber sehen sie klare Vorteile für die Tandemausführung.
- Die große Schwierigkeit, beim Einzelrotor die engen Schwerpunktsgrenzen wegen des sonst damit verbundenen Verlusts an Steuerweg einzuhalten, entfällt bei der Tandemanordnung. Schwerpunktverschiebungen in verhältnismäßig weiten Grenzen können durch entsprechende Kollektiveingaben am vorderen oder hinteren Rotor gut beherrscht werden.
- Schließlich brauchen die Konstrukteure für einen Tandemhubschrauber nur einen einzigen Rotor zu entwerfen und nicht zwei. Auch eine Höhenflosse ist nicht erforderlich.
[Bearbeiten] Die Nachteile
- Alle Hubschrauber neigen dazu, den Rumpf nicht von alleine in Flugrichtung zu halten, sondern sich mit Schiebewinkeln bis zur völligen Querstellung fort zu bewegen. Bei Heckrotor-Hubschraubern wirkt das lange Heck mit mehr oder weniger großem Seitenleitwerk wegen des großen Abstands vom Schwerpunkt zumindest bei höheren Vorwärtsgeschwindigkeiten wie eine Windfahne. Anders bei Tandemanordnung. Der lange Rumpf weist sowohl vor dem Schwerpunkt als auch dahinter große seitliche Flächen auf, welche eher das Querstellen zur Flugrichtung begünstigen, als stabilisierend in Flugrichtung zu wirken. Das Geradehalten braucht so ständige Steuereingaben des Piloten und bleibt trotzdem „schwammig“. In manchen Situationen ist der Mangel an Längsstabilität aber sogar vorteilhaft, z.B. bei Landungen auf Schiffen oder bei Manövern in der Nähe von Hindernissen bei böiger Luft, weil sich der Tandemhubschrauber dort wenig empfindlich für die Windrichtung zeigt.
- Erschwerend beim Steuern zum In-Richtung-Halten wirkt sich außerdem das sich von der Konstruktion her ergebende große Trägheitsmoment um die Hochachse aus, bedingt durch die weit vom Schwerpunkt entfernt angeordneten Massen.
- Die beiden Rotoren unmittelbar hintereinander müssen mit einer erheblich kleineren Luftmasse arbeiten als bei zwei seitlich angeordneten. Bei jenen erfasst jeder Rotor seine eigene Luftmasse, während beim Tandem trotz höher sitzendem hinteren Rotor ein großer Teil der bereits vom vorderen Rotor beeinflussten Luft auch noch durch den hinteren strömt. Dadurch wird eine größere Gesamtenergie erforderlich für den nötigen Schub. Der Nachteil kann z.B. vermieden werden, wenn ein Tandem-Hubschrauber seinen Steigflug mit nahezu quer stehendem Rumpf macht, zumindest so lange, bis die Zunahme des Rumpfwiderstands die Einnahme der normalen Vorwärtsrichtung erfordert.
- Schließlich spielt bei allen Steuereingaben auch noch die Steifigkeit des langen Rumpfes eine Rolle. Er wird sowohl auf Biegung (Nickachse) als auch auf Verdrehung (Hochachse) stark beansprucht.
[Bearbeiten] Die Steuerung
Sie geschieht wie üblich durch Taumelscheiben unter den beiden Rotorköpfen. Nickbewegungen werden durch Vorwärts-/Rückwärtsimpulse am Knüppel erzeugt, die aber hier entgegengesetzte Kollektivverschiebungen vorn und hinten bewirken. Um die Rollachse wird durch synchrone zyklische Blattverstellung an beiden Rotoren gesteuert, wie bei Einzelrotoren auch. Zum Drehen (Gieren) werden die beiden Rotorebenen gegensinnig um die Längsachse gekippt.
[Bearbeiten] Anmerkung
Hubschrauber mit seitlichen Rotoren können weder von der Bezeichnung, noch von ihren Eigenschaften her bei den Tandemhubschraubern eingeordnet werden. Sie weisen so gut wie keine der oben aufgeführten Eigenheiten auf, haben hingegen sehr viele mit den Einrotorhubschraubern gemeinsam.
[Bearbeiten] Modelle (Auswahl)
Der erfolgreichste Hersteller von Hubschraubern mit Tandemrotoren ist bis heute Boeing-Vertol mit den beiden Modellen CH-46 Sea Knight und CH-47 Chinook, die in zivilen und militärischen Ausführungen gebaut wurden.
- Piasecki H-21 „Fliegende Banane“
- Jakowlew Jak-24 „Fliegender Waggon“
- Bristol 173
- Bristol 192 Belvedere
- Boeing-Vertol 107
- Boeing-Vertol CH-47
[Bearbeiten] Literatur
R.W. Prouty: Helicopter Aerodynamics. Mojave Books LLC, 2004, ISBN 0-9726368-6-2
