Wieso kann ein Helikopter fliegen?

Auftrieb am Hubschrauber und am Flächenflugzeug

Der Auftrieb wird an einem Flugzeug mittels der Tragflächen erzeugt. Tragflächen haben eine bestimmte Querschnittsform, um beim Flug über der Tragfläche einen Unterdruck (unter der Tragfläche einen Überdruck) zu erzeugen. durch diese Druckunterschiede wirkt auf die Tragfläche und somit auf das gesamte Flugzeug eine zur Tragflächenoberseite gerichtete Kraft.

Luftwiderstand am Hubschrauber

Flächenflugzeuge und Helikopter brauchen den Luftwiderstand um Auftrieb zu erzeugen. Ohne den Luftwiderstand kann weder ein Fächenflugzeug noch ein Hubschrauer fliegen. In einem Vakuum, also in einem luftleeren Raum herrsch auch kein Luftwiderstand. Ein Flugzeug oder ein Hubschrauber könnte in einem Vakuum keinen Auftrieb erzeugen und somit auch nicht fliegen.

Begrenzte Flughöhe

Wer schon einmal auf einem hohen Berg war, der kann sicher bestätigen, dass die Luft mit zunehmender Höhe immer dünner wird, denn mit zunehmender Höhe nimmt die Luftdichte ab und der Luftwiderstand sinkt dadurch. Ein Helikopter kann aus diesem Grunde nur bis zu einer bestimmten maximalen Höhe fliegen, das Gleiche gilt natürlich auch für Flächenflugzeuge. Die geringe Luftdichte hat natürlich auch aerodynamische Vorteile. In großer Höhe ist der Luftwiderstand sehr gering. Das nutzen Verkehrsflugzeuge aus, um in diesen Höhen spritsparend zu fliegen. Denn ein geringer Luftwiderstand bedeutet weniger Reibungsverluste. Ganz ohe Luft kann aber auch ein Flugzeug nicht fliegen.

Hubschrauber mit Verbrennerantrieb benötigen Sauerstoff zum Verbrennen des Kraftstoffes. Mit zunehmender Höhe nimmt die Sauerstoffkonzentration ab. Eine saubere und sichere Verbrennung des Treibstoffes ist nur mit ausreichend Sauerstoff möglich. Aus diesem Grunde sind nur mit speziellen Rotorblatt - und Antriebs-Konstruktionen ausgestattete Hubschrauner in der Lage in größeren Höhen zu fliegen.

Der Höhen-Weltrekord geflogen mit einem Hubschrauber (Eurocopter) liegt bei fast 13.000m. Es ist bisher auch erst ein einziges Mal gelungen, auf dem Mount Everest zu landen, ebenfalls mit einem Hubschrauber vom Typ Eurocopter (2005).

Strömungsgeschwindigkeit der Luft

Ein Hubschrauber hat kein solches Schubtriebwerk, welches das gesamte Fluggerät vorwärts bewegt! Beim Hubschrauber wird die Auftriebsenergie aus dem Antrieb des rotierenden Rotorkopfes bezogen, welcher die Rotorblätter als rotierende Tragflächen gegen den Luftwiderstand bewegt.

Hubschrauber Hauptrotor und das Drehmoment

Beim Hubschrauber wird der Rotor und somit die Rotorblätter gegen den Widerstand der Luft angetrieben. Dadurch entsteht ein Drehmoment, welches entgegengesetzt zur Rotordrehrichtung wirkt. Der Rumpf eines Hubschraubers würde sich durch dieses Drehmoment permanent entgegengesetzt zur Rotordrehrichtung drehen, wenn hier nicht technisch Abhilfe geschaffen würde.

Eine Möglichkeiten diesem Drehmoment am fliegenden Hubschrauber entgegenzuwirken, ist ein zweiter Hauptrotor auf derselben Achse. Dieser muss in entgegengesetzter Richtung rotieren. Die Drehmomente beider Hauptrotoren heben sich dabei gegenseitig auf. Hubschrauber mit zwei auf eine Achse gegenläufig drehenden Hauptrotoren nennt man auch Koaxialhubschrauber.

Es kann auch ein zweiter Rotor auf einer zweiten symmetrisch zur Längsachse des Heli angeordneten Drehachse in entgegengesetzter Richtung drehen. So funktioniert das bei einem Flettner-Helikopter, bei welchem zwei Rotoren in zwei sich überschneidenden Ebenen ineinanderkämmen. Als weitere Doppelrotor-Konstruktion mit zwei Rotoren ist der Chinook bekannt.

Mehr Informationen über Hubschrauber-Bauarten gibt es unter Rotorkopf Bauformen .

.

Anstellwinkel der Rotorblätter am Hubschrauber - die Blattverstellung (Pitch )

Bei fast allen bemannten Hubschraubern und den CP (Collective Pitch ) Modellhelikoptern können die Anstellwinkel der Rotorblätter des Hauptrotors gleichzeitig in der selben Richtung (im Kollektiv) verstellt werden. Man nennt dies auch Kollektive Blattverstellung, oder Kollektiv-Pitch . Bei steilerem Anstellwinkel erzeugen die Rotorblätter einen größeren Auftrieb. durch Verstellung des kollektiven Pitchwinkels wird der Schub des Rotors von solchen Hubschraubern kontrolliert, ohne die Drehzahl des Rotorkopfes ändern zu müssen. Bei einem horizontal auf der Stelle schwebenden Hubschrauber wirkt die Rotorschubkraft senkrecht nach oben und gleicht die Schwerkraft des Hubschraubers aus. Neigt ein Hubschrauber beispielsweise seine Nase nach unten, so verändert sich die Richtung der Rotorschubkraft nach oben/ vorn. Der Hubschrauber wird sich nach vorn in Bewegung setzen (und Höhe verlieren! Aber dazu später).

Das Steuern/ Lenken eines Hubschraubers geschieht mit Hilfe einer sogenannten zyklischen Blattverstellung. Der Begriff "zyklisch" bedeutet, dass sich der Anstellwinkel der Rotorblätter während einer Umdrehung (Rotordrehung = Zyklus) des Rotors verändert. Dasselbe Rotorblatt eines Hubschraubers kann während einer Rotorumdrehung unterschiedliche Winkelstellungen einnehmen. Die zyklische Pitchverstellung wird ebenfalls mit Hilfe der Taumelscheibe realisiert. Ein Hubschrauber, bei dem der kollektive als auch der Pitchwinkel verstellt werden kann, wird auch CCPM Hubschrauber genannt.
Die Taumelscheibe ist ein zentrales Steuerelement am Hubschrauber. Sie befindet sich auf der Hauptrotorwelle und überträgt die Steuerbefehle zur Blattwinkelverstellung auf den Rotorkopf . Die gesamte Taumelscheibe kann sich auf der Rotorwelle axial bewegen. Dadurch wird der Kollektive Pitchwinkel verändert. Die Taumelscheibe kann aber auch in alle Richtungen mehr oder weniger stark gekippt werden. durch das Kippen der Taumelscheibe wird der zyklische Anstellwinkel der Rotorblätter verstellt.