Funktionsweise eines Hubschraubers

Warum können Hubschrauber fliegen?

Das liegt am Auftrieb. Bei einem Flugzeug geschieht das durch die Tragflächen, deren aerodynamische Kraft groß genug zum Steigen ist. Das Profil teilt den Luftstrom nach oben bzw. unten beim Vorwärtsbewegen der Tragfläche. Durch diese Wölbung erhöht sich die Anströmgeschwindigkeit und verringert sich der Druck. Dadurch entsteht auf der Ober- und Unterseite des Flügels ein unterschiedlich großer Sog. Durch den leicht ansteigenden Flügelwinkel entsteht auf der Unterseite ein Überdruck. Fertig ist der Auftrieb.

Da durch diese Flügelstellung der Luftwiderstand erhöht, muss die Vortriebsleistung erhöht werden. Bei einem Flugzeug wird das durch eine Düse oder einen Propeller realisiert.

Statt einem Flügel ist ein Helikopter mit einem drehenden Rotor versehen, der zusätzliche Kräfte verursacht. Einstell- und Anstellwinkel werden gleichzeitig erhöht, die sogenannte kollektive Blattverstellung oder Pitch. Die Luft wird dadurch nach unten gedrückt und der Hubschrauber steigt.

Eine Düse benötigt der Helikopter nicht, denn auch der Vortrieb wird durch den Rotor realisiert. Er wird nach vorne geneigt und die Luft entweicht hinten.

Wie steuert man einen Hubschrauber?

Das ist eigentlich ganz einfach. Der Steuerhebel erinnert etwas an einen Joystick für ein PC-Game. Er steuert die Rotorebene. Bewegt man den hebel nach rechts, fliegt der Hubschrauber nach rechts usw. 

Um zu verhindern, dass sich der Rumpf des Fluggerätes entgegen der Drehrichtung des Rotors dreht befindet sich ein Heckrotor am Hubschrauber. Dieser Rotor dreht sich senkrecht und gleicht damit den Drehmoment aus. Außerdem kann der Helikopter im Schwebeflug um die Hochachse gesteuert werden.

Warum kann ein Hubschrauber in der Luft stehen?

Hubschrauber benötigen für einen Schwebeflug keinen Düsen- oder Propellervortrieb. Die Hauptrotorblätter werden durch die Rotation immer durch die Luft angeströmt. Dadurch entsteht der Auftrieb. Wenn der Hubschrauber in der Luft stehen soll, muss der Auftrieb genauso groß sein wie das Gewicht des Helikopters. Die aerodynamischen Kräfte sind in der Situation gleichmässig verteilt.

Der Heckrotor erzeugt einen horizontalen Schub, wodurch sich der Hubschrauber in dessen Drehrichtung verschiebt. Das seitliche Versetzen muss mit dem Hauptrotor korrigiert werden. Der Luftstrom wird leicht entgegen der Verschieberichtung geleitet, wodurch der Hubschrauber im stationären Schwebeflug bleibt. Dabei steht er durch die unebenen Kräfte des Haupt- und Heckrotors allerdings meist nicht horizontal, sondern leicht quer.

Warum stürzt der Hubschrauber nicht ab, wenn der Motor streikt?

Der Hubschrauber geht in die Autorotation. Das funktioniert bei einem Ausfall des Antriebs so, dass der Pilot den kollektiven Blatteinstellwinkel verringert. Der Hubschrauber sinkt nun. Durch den kleineren Anstellwinkel verringert sich der Luftwiderstand an den Rotorblättern. Die Luftströmung erfolgt nun nach oben. Die Rotordrehzahl bleibt dadurch konstant. Der Helikopter stürzt nicht ab.

Die Geschwindigkeit bei diesem 'Gleitflug' muss zur Landung durch den Flare reduziert werden. Dazu wird das Vorderteil des Gerätes kurz über dem Boden nach oben gezogen und der Pilot kann sicher landen.

Warum muss der Pilot beim Vortex reagieren?

Unter einem Vortex versteht man einen Wirbelringzustand. Er entsteht bei einem Schwebe- oder Vorwärtsflug bei zeitgleichem starkem Sinkflug. Die Luftströmung wirkt dem Downwash entgegen. Die Luft im Rotor wird dabei sowohl nach unten beschleunigt als auch durch die Strömung wieder nach oben befördert.

Die Folge ist, dass der Hubschrauber noch stärker sinkt. Die Steuerung wird nun durch starke Vibrationen erschwert.

Der Pilot ist nun gefordert. In Bodennähe sollte er in den Vorwärtsflug übergehen, um den Downwash nach hinten zu verlagern. Ansonsten bietet sich die Autorotation an.