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Die Landung mittels Autorotation
...manchmal die letzte Rettung

Auf dieser Seite:

Die Autorotation - was ist das

Der Heli bezieht die zum Fliegen notwendige Energie aus dem Antrieb. Der Antrieb liefert die Energie für den Auftrieb und den Vortrieb des Helikopters. Fällt der Antrieb aus, bleibt als einziger Ausweg entweder ein Absturz oder sinvollerweise eine Notlandung, die sogenannte Autorotationslandung. Die Autorotationslandung gehört bei Helikopterpiloten zur Ausbildung und wird regulär geübt. Im Modellsportbereich wird die Autorotation geflogen, um den Heli im Notfall, gleich den bemannten Vorbildern zu landen, oder aber auch als Kunstflugfigur bei Flugvorführungen, die durchaus ihren Reiz hat.

So wie ein Flugzeug ohne Antrieb die begrenzte Möglichkeit hat weiter zu segeln, so hat auch ein Helikopter die Möglichkeit weiter zu fliegen - natürlich mit Höhenverlust. Das Fliegen ist in diesem Fall aber eher mit einem kontrollierten Höhenabbau zu vergleichen, wobei das Fluggerät weiterhin steuerbar bleibt. Wichtig ist dabei, dass die vorhandenen Energien sinnvoll genutzt werden.

Mit ausgefallenem Antrieb, oder bei Fliegen einer Autorotation muss mit den noch im System steckenden Energien sparend umgegangen werden. Jede einzelne Steuerbewegung kostet Energie! Daher sollte so wenig wie möglich gesteuert werden. !


Autorotation - Primärziel Rotordrehzahl halten und aufbauen, Energie sparen

Da die Rotorblätter im Flug einen entsprechend hohen Anstellwinkel haben und somit gegen den Luftwiderstand arbeiten, würde die Drehzahl des Rotors ohne Antrieb sehr schnell abfallen. Der notwendige Auftrieb würde verloren gehen. Der Hubschrauber stürzt unweigerlich ab. Bei Ausfall des Antriebes muss der Pilot sofort den kollektiven Blattanstellwinkel auf ein Minimum verringern. Beim 3D RC-Helikopter bringt der Pilot den Blattanstellwinkel vom positiven sogar geringfügig in den negativen Bereich. Nur ganz wenig! Gerade mal eben 1-2° negativ Pitch! Der Hubschrauber beginnt dabei natürlich zu sinken, aber der Luftwiderstand an den Blättern wird auf diese Weise wesentlich verringert und die Rotordrehzahl wird dabei gehalten, ja sogar wieder aufgebaut. Grund hierfür ist, dass die Rotorfläche nun nicht mehr von oben nach unten, sondern von unten nach oben durchströmt wird und diese Luftströmung den Bremseffekt durch den Luftwiderstand aufhebt und den Rotor sogar antreibt. Bei einer Autorotationslandung kehren wir sozusagen die Strömungsrichtung der Luft am Rotor um. Die Luftströmung treibt den Rotor an und bremst gleichzeitig den Fall des Helikopters.




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Energie im System, die es gilt zu nutzen

In unserem Heli stecken verschiedene Energieformen, die wir für unsere Autorotation sinnvoll nutzen können.

Lageenergie, physikalisch: Potentielle Energie

Unser Heli hat eine Masse/ Gewicht. Um diese Massei in eine bestimmte Höhe / Flughöhe zu bringen, haben wir eine ganze Menge Antriebs-Energie in das System stecken müssen. Diese verwendete Antriebsenergie ist dabei nicht verloren gegangen, sondern steckt immer noch in Form von Lageenergie in unserem Heli.

Umso größer die Masse des Helikopters und umso größer die Flughöhe, umso größer ist auch die im System gespeicherte Potentielle Energie.

Diese Potentielle Energie gilt es möglichst gut auszunutzen!

Bewegungsenergie, physikalisch: Kinetische Energie und Rotationsenergie

Unser fliegender Heli hat unter Umständen gleich zwei Mal kinetische Energie zu bieten. Zum einen bewegt sich der Heli mit einer bestimmten Geschwindigkeit, falls er nicht gerade auf der Stelle schwebt. Zumindest aber drehen sich die Rotorblätter und beherbergen so eine ganze Menge an Kinetischer Energie. Die in den drehenden Rotorblättern gespeicherte Energie nennt man auch Rotationsenergie.

Umso größer die Masse des sich bewegenden Helis und umso größer die Geschwindigkeit, umso größer ist auch die gespeicherte kinetische Energie.
Umso größer die Masse der sich drehenden Rotorblätter und umso größer die Drehzahl, umso größer ist auch die darin gespeicherte Rotationsenergie.

Diese Kinetische Energie und die Rotationsenergie gilt es möglichst gut auszunutzen!

Energie sinnvoll nutzen - möglichst wenig steuern!

Die oben genannten Energieformen können jeweils in andere Energieformen umgewandelt werden. Lageenergie kann in Bewegungsenergie oder Rotationsenergie umgewandelt werden, Rotationsenergie in Lageenergie oder Bewegungsenergie und vice versa. Der Haupttrick bei der Autorotation ist eine Umwandlung von Lageenergie (potentielle Energie) in eine Bewegungsenergie (kinetische Energie) und Rotationsenergie unter Ausnutzung der Luftströmung. Der Helikopter besitzt nämlich auf Grund der Flughöhe in der er sich befindet eine definierte Lageenergie. Umso höher er gerade fliegt, umso größer ist diese Lageenergie, die unserem Helikopter innewohnt. Bei einer Autorotationslandung tauschen wir vereinfacht gesagt Flughöhe gegen Rotordrehzahl ein. Aber um das möglichst effizient zu machen, bedarf es der Beachtung einiger Grundregeln. Sonst verliert der Helikopter Flughöhe und obendrein noch Rotordrehzahl - das wäre fatal, denn wir brauchen eine ausreichend hohe Rotordrehzahl zum sicheren Landen!

Um möglichst viel der potentiellen Energie in Rotordrehzahl umzuwandeln und den Helikopter steuerbar zu halten, sollte eine Autorotation mit angepasster Vorwärts (Rückwärts) -geschwindigkeit geflogen werden. Das erfordert Feingefühl und Übung um das perfekt hinzubekommen. Dabei gilt ein ganz wesentlicher Grundsatz:

Bei jedem Steuervorgang am Heli bzw. bei jeder Umwandlung von potentieller in Rotations- oder Bewegungsenergie und umgekehrt, gehen Anteile dieser für die Autorotation nutzbaren Energien in andere nicht nutzbare Energie über. Die Energie (Rotationsenergie) mit der wir z.Bsp. mittels einer Steuerbewegung die Luft in Bewegung versetzen, steht uns am Heli nicht mehr zur Verfügung! Wer viel steuert, verschenkt wichtige Energie, die vielleicht am Ende fehlt, um den Heli sicher abzufangen und aufzusetzen.

Die Grafik verdeutlicht den Unterschied der Strömungs- Verhältnisse bei normalem Vorwärtsflug und Autorotation, sowie die Bewegung des Helis relativ zum Boden.

Helikopter Autorotation

Autorotation - Flären, Geschwindigkeit abbauen und Drehzahl weiter aufbauen

Der Helikopter wird also mit angepasster Vorwärtsgeschwindigkeit in Richtung Landestelle geflogen. Um eine bruchfreie Landung sicherzustellen, muss die Vorwärts- und Fallgeschwindigkeit kurz vor der Landung wieder reduziert werden. Dieses Manöver nennt man "Flären" oder Flare.

Kurz über dem Boden zieht der Pilot die Nase des Helikopter etwas nach oben (Nick ziehen). Die Bewegungsenergie aus der Fallgeschwindigkeit und Vorwärtsgeschwindigkeit wird so in eine andere Form der Bewegungsenergie, nämlich in Rotordrehzahl umgewandelt. Beim Flare wird vom Rotor also noch einmal mehr Energie aufgenommen und Rotordrehzahl aufgebaut. Gleichzeitig wird der Helikopter dabei im Sinken abgebremst. Kurz über dem Boden kontrolliert der Pilot durch Geben von positivem Pitch die Aufsetzgeschwindigkeit und der Hubschrauber kann eine fast normale Landung durchführen - trotz ausgefallenem Antrieb.



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Im Bild zu erkennen: Mögliche Verläufe einer Autorotationslandung. Wie die Autorotation durchgeführt wird, hängt letztendlich von den örtlichen Gegebenheiten und den Vorlieben des Piloten, aber auch vom Typ des Helikopters ab.

Helikopter Autorotation

Autorotation - das will gelernt sein

Der einzige Unterschied einer Autorotation zu einer normalen Landung besteht darin, dass man für eine Autorotationslandung nur eine Chance hat - nach dem Flären muss man aufsetzen, sonst fällt der Helikopter doch noch runter. Wir haben nämlich keinen Antrieb mehr und mit sinkender Rotordrehzahl sinkt auch unser Auftrieb am Heli. Die Autorotation muss also beim ersten Versuch erfolgreich sein. Der Pilot hat nicht die Möglichkeit noch einmal durchzustarten und ein zweites Landemanöver zu versuchen. Die Rotordrehzahl würde dafür nicht mehr ausreichen.

Bei Profi- Piloten gehört die Übung der Autorotationslandung zur Ausbildung. Im Vietnam- Krieg wurde die Autorotationslandung oft praktiziert um möglichst geräuschlos zu landen. Bei Hubschrauber Modellpiloten ist die Autorotationslandung Bestandteil in Pflicht und Kürprogrammen bei Wettkämpfen.


Autorotation - wie üben

Beim Üben der Autorotationslandung geht es in erster Linie darum, das Modell unbeschädigt zu landen. Wie die Autorotation optisch wirkt, ist dabei zunächst mal völlig egal, die Perfektion kommt später. Hauptsache das Modell ist unbeschädigt gelandet. Daher ist es ratsam, sich eine größere ebene Fläche zum Landen auszusuchen, denn am Anfang wird es schwer sein, sich gleichzeitig auf die Autorotation zu konzentrieren und auf eine Punktlandung.

Erste Autorotations- Vorübungen macht man mit stark verringerter Drehzahl um zunächst das Auftouren des Rotors vor dem Aufsetzen (Flären) zu üben. An 600er Helikoptern stellt man dazu eine Drehzahl von 1400 bis 1500 U/min ein. Bei 700er Helis nutzt man den Drehzahlbereich zwischen 1250 und 1400 U/min. Bitte an die niedrigste mögliche Drehzahl langsam rantasten! Man baut zunächst Höhe auf (etwa 30m oder mehr) und schaltet dann auf die niedere Drehzahl. Dann wird eine Autorotation eingeleitet mit negativ Pitch (negativ 1° -2°max) im langsamen Vorwärts- (Rückwärts) Sinkflug. Der Heli sollte mit konstanter Drehzahl herunterkommen. Die Rotordrehzahl soll sich dabei möglichst nicht verändern! Beim Flären, dem Abbremsen des Helikopters aus dem Sinkflug, bei dem wir auch die Vorwärts- oder Rückwärtsgeschwindigkeit aus dem System nehmen, in ein paar Metern Höhe, muss es gelingen die Drehzahl am Rotor spürbar zu erhöhen. Wir müssen also die Bewegungsenergie des Helikopters (Geschwindigkeit/Masse) in Rotationsenergie am Rotor umwandeln. Das sollte geübt werden, bis es sitzt.

Hat man einen Flugregler, welcher die schnelle Zuschaltung des Antriebes aus der Autorotation erlaubt (Autorotationsmodus), dann kann man die oben beschriebene Übung im zweiten Schritt auch mit auf Autorotation geschaltetem Regler üben. Nach Dem Flären wird dann der Motor wieder zugeschaltet. VORSICHT: Bitte nur mit Flugreglern üben, die einen solchen AURO Modus unterstützen. Bei allen anderen Reglern würde das Wiederanlaufen viel zu lange dauern.

Eine weitere Vorübung ist das "Verhungern lassen". Verhungern bedeutet in unserem Besipiel, dass der Heli anfangs etwa 0,5 bis später max. 2m über dem Boden geschwebt wird. Dann wird der Antrieb abgeschaltet und man lässt den Heli langsam sinken, bis er nur wenige cm über dem Boden schwebt und dann auf Grund mangelnden Auftriebs aufsetzt.

Beherrscht man die obigen Übungen aus dem FF, dann kann man dazu übergehen, die gesamte AURO mit dem sanften aufsetzen auf dem Boden zu beenden.

Unbedingt zu beachten sind die folgenden Punkte.

1. Unverzüglich oder gleichzeitig zum Abschalten des Antriebes den Pitchwinkel ganz leicht negativ einstellen. Umso schneller der Helikopter fällt, umso weniger Rotordrehzahl geht verloren. Wir wollen den Heli aber nicht runterfallen lassen, also nicht zu viel negativ Pitch steuern. Der Heli soll kontrolliert sinken. So wenig wie möglich steuern!!!

2. Den Heli aus dem Fall und der Vorwärtsgeschwindigkeit durch Ziehen von Nick etwa einen Meter über dem Boden so abbremsen, dass sich die Rotordrehzahl merklich erhöht!!! Sollte dann doch mal zu wenig Drehzahl vorhanden sein um den Helikopter noch in der Luft zu halten, dann fällt der Helikopter allenfalls diese geringe Distanz auf den Boden - dabei kann nicht allzu viel kaputt gehen.

3. Die ersten Übungen müssen noch nicht unbedingt schön anzuschauen sein - wichtiger ist eine bruchfreie Landung, auch wenn diese etwas härter als gewöhnlich ausfallen sollte.

Egal ob eine Motorwelle bricht, der Antriebs- Akku oder der Regler abschmiert, sich das Motorritzel löst, oder sonst etwas den Antrieb ausfallen lässt - früher oder später wird jeder einmal in die Situation kommen, das Modell ohne Antrieb landen zu müssen. Dann ist es gut, wenn man die Autorotation vorher geübt hat. Wert auf schönes Aussehen braucht man da nicht zu legen - Hauptsache sicher gelandet.

Ich wünsche allen Helikopter-Piloten, dass nie ein Ernstfall eintritt, bei dem nur noch die Autorotationslandung das Schlimmste verhindert. Ich wünsche aber auch allen den Mut die Autorotation zu üben und zu lernen, bevor man sie im Notfall braucht.

Bei kleinen Modellhelikoptern bis zur 450er Klasse ist Vorsicht geboten, da eine Autorotation bei manchen Modellen nicht oder nur schwer funktioniert.
Ab der 550er Klasse stellt eine Autorotation kein großes Problem mehr dar.
Möglichst wenig steuern !



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Autorotation - Varianten

Neben der normalen Autorotation in Normalfluglage kann man eine Autorotation auch in Rückenfluglage durchführen - selbstverständlich nur mit Modellhelikoptern.

Autorotation in Rückenfluglage
Dazu wird der Helikopter bis zum Flären in Rückenfluglage gehalten und dann unmittelbar vor der eigentlichen Landung über Roll oder sogar über die Nickachse herumgedreht und aufgesetzt. Vom Schwierigkeitsgrad her ist diese Art der Autorotation wesentlich höher angesiedelt, weshalb man auch zunächst einmal die normale Autorotation fast mit verbundenen Augen fliegen können sollte, bevor man sich an diese abgewandelten Varianten heranwagt. Eine Drehung am Ende der Autorotation über die Nickachse kostet wesentlich mehr Energie als eine Drehung über die Rollachse. Also bitte zuerst das Drehen über die Rollachse üben.

Die Drehung über Nick ist wesentlich energiehungriger. Daher sollte man beim Üben mit der Drehung des Heli über die Rollachse beginnen.


Aerodynamik am Modellhelikopter Beleuchtung am Modellhelikopter

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