Warum kann ein Helikopter fliegen?
...wie steuert man einen Modellhelikopter?
Die physikalischen
Gesetzmäßigkeiten/ Aerodynamik
Auftrieb
Um fliegen zu können, muss eine Kraft erzeugt werden,
die der Schwerkraft entgegenwirkt. Diese Kraft nennt
man Auftrieb. 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.
Fliegt das Flugzeug in Normalfluglage, dann wirkt sogenannte Auftriebskraft nach oben und verhindert, dass das Flugzeug herunterfällt. Ein Flugzeug muss sich jedoch ständig vorwärts bewegen,
damit die Luft die Tragflächen umströmt und dadurch
aerodynamisch Auftrieb erzeugt. Ein Helikopter hat
praktisch gesehen auch Tragflächen, nur werden diese beim Helikopter durch die Rotorblätter verkörpert. Die Rotation
der Rotorblätter ist gleichzusetzen mit der Vorwärtsbewegung
eines Flugzeuges, nur muss sich beim Helikopter lediglich der Rotor drehen - es ist nicht erforderlich, dass der Heli vorwärts fliegt um Auftrieb zu generieren. So ist es beim Helikopter möglich,
auf der Stelle zu schweben und in verschiedene Richtungen zu fliegen,
da nicht der Helikopter sich bewegen muss, sondern
die "Tragflächen" (Rotorblätter) in Bewegung sind.
Die Rotorblatt-
Flächen müssen sich mit relativ hoher Geschwindigkeit drehen/bewegen um
genügend "Schub" zu erzeugen. So gesehen
hat der Hauptrotor beim Helikopter eine Doppelfunktion. Er ist
nämlich Tragfläche und Triebwerk zugleich.
Luftwiderstand
Ein Helikopter braucht Luftwiderstand. Ohne Luftwiderstand geht gar nichts.
In einem Vakuum, also einem luftleeren Raum (ohne Luft auch kein Luftwiderstand) könnte
ein Heli überhaupt nicht fliegen. Wer schon einmal auf einem Berg jenseits der 3000m Höhe gewesen ist, der kann bestätigen, dass dort ziemlich "dünne" Luft ist. Mit zunehmender
Höhe nimmt nämlich die Luftdichte ab.
Das hat zur Folge, dass der Luftwiderstand sinkt.
Ein Helikopter kann demnach
nur bis zu einer bestimmten Höhe fliegen, das Gleiche gilt natürlich auch für Flächenflugzeuge. Außerdem haben große Helikopter Verbrennerantriebe,
die Sauerstoff zum Verbrennen des Kraftstoffes benötigen.
In zunehmender Höhe nimmt die Sauerstoffkonzentration
ab. Normale Helikopter können daher nicht sehr viel höher als
5.000m fliegen. Erst mit speziellen Rotorblatt- und
Antriebs- Konstruktionen sind größere Höhen möglich.
Der Höhen- Weltrekord geflogen mit einem Heli (Eurocopter)
liegt bei fast 13.000m. Es ist bisher auch erst einmal
gelungen auf dem Mount Everest zu landen, ebenfalls
mit einem Eurocopter (2005).
Eingehendere Info zum Thema gibt's hier unter
Aerodynamik am RC Heli
Das Rotorblatt eines Modell- Helikopters erreicht
sehr hohe Umfangsgeschwindigkeiten und muss enormen
Belastungen standhalten.
Der Hauptrotor und
das Drehmoment
Ein Motor treibt den Rotor und somit die Rotorblätter
gegen den Widerstand der Luft an.
Das führt letztendlich dazu, dass ein Drehmoment entsteht, welches entgegengesetzt zur Rotordrehrichtung wirkt. Der Rest des Helikopters
würde sich permanent entgegengesetzt zum Rotor drehen, wenn man hier nicht technisch
Abhilfe schaffen würde. Eine von mehreren Möglichkeiten dem Drehmoment
entgegenzuwirken, ist ein zweiter Haupt- Rotor auf derselben Achse der in entgegengesetzter Richtung
dreht. Die Drehmomente beider Rotoren heben sich dabei gegenseitig auf. Der Heli würde sich dann nicht mehr drehen.
So funktioniert das bei einem Koaxial- Helikopter,
bei dem sich ein zweiter Rotor auf einer anderen Ebene
entgegengesetzt dreht. Es kann auch ein zweiter
gleich großer Rotor auf einer zweiten symmetrisch
zur Längsachse des Heli angeordneten Drehachse in
entgegengesetzter Richtung drehen. So funktioniert
das bei einem Flettner- Helikopter bei dem zwei Rotoren
in zwei sich überschneidenden Ebenen ineinanderkämmen.
Eine weitere Möglichkeit, wie sie im Modellsport und
im bemannten Heliflug überwiegend Anwendung findet,
bläst ein Heckrotor Luft in entgegengesetzter Richtung
zur Drehbewegung des Hauptrotors und erzeugt damit
eine Kraft, die das Drehmoment des Hauptrotors aufhebt.
Ohne Heckrotor oder würde der Helikopter sich wie
ein Karussell drehen.
Mehr Informationen über Heli- Bauarten gibt es hier unter
Rotor- Bauformen
Der Anstellwinkel
der Rotorblätter, Blattverstellung (Pitch)
Die Blätter des Hauptrotors können während des Fluges alle gemeinsam und gleichmäßig in gleicher Richtung (im Kollektiv) im
Anstellwinkel verstellt werden. Man nennt dies daher auch kollektiver
Pitch
Um etwa nach "zyklisch Pitch" zu suchen gibst du ein "pitch" oder "zykl" oder "pit" oder "zy" oder "p" oder "z". Keine Unterscheidung von Groß- und Kleinbuchstaben.
Begriff suchen:
Pitch
Translationsbewegung bzw. Verlagern des Helikopter's entlang der Hochachse - durch veränderbaren Anstellwinkel der Rotorblätter. Man unterscheidet zwischen kollektivem und zyklischem Pitch. Es wirken zyklisches und kollektives Pitch (siehe unten) gemeinsam an der Taumelscheibe um den Heli auf Höhe zu halten und ihn gleichzeitig zu steuern.
Kollektives Pitch/ Kollektivpitch
Gemeinsamer (kollektiv) Anstellwinkel der Rotorblätter - Dieser wird mit dem Pitchhebel gesteuert. Dabei verändert die Taumelscheibe ihre Position auf der Rotorwelle nach oben oder unten und verändert so den Anstellwinkel aller Rotorblätter gleich. Der Heli steigt oder sinkt somit. Der Kollektive Anstellwinkel des Rotorblattes bleibt über die gesamte Rotordrehung von 360° gleich.
Zyklisches Pitch
Zyklischer Anstellwinkel des Rotorblattes - Dieser wird mit Roll- und Nickhebel gesteuert. Dabei kippt die Taumelscheibe nach links/rechts vorn/hinten. Der Anstellwinkel des Rotorblattes verändert sich dabei während einer Rotordrehung. Bei Roll nach links z. Bsp. hat das Rotorblatt auf der rechten Seite des Heli's einen positiven Anstellwinkel. Dieser verändert sich aber nun während das Blatt weiterdreht, bis es einen negativen Anstellwinkel auf der linken Seite hat. Der Heli wird also auf der rechten Seite vom Rotorblatt nach oben gezogen und auf der linken Seite vom Rotorblatt nach unten gedrückt. So kommt es auch, dass er "rollt". Diese Erklärung ist stark vereinfacht und bedingt, dass Kollektivpitch gleich 0° ist. Das ist aber in der Praxis nicht der Fall, der Heli würde ja sonst runterfallen.
Pitch Offset
Als Pitch Offset im RC Heli Modellsport bezeichnet man die Verschiebung der gesamten Pitchkurve nach oben oder unten auf elektronischem Wege im Sender bzw. in der Flybarless- Software. Sollte bei Mittelstellung des Pitch Steuerknüppels nicht exakt 0° Kollektivpitch am Rotorblatt anliegen, dann kann "Pitch Offset"- Wert von neutral in positiver bzw. negativer Richtung verschoben werden. Der "Pitch Offset- Wert" wird dann zum eigentlichen Kollektivpitch- Steuersignal hinzuaddiert. Man spart sich somit die machanische Feinjustierung der Anlenkgestänge an der Taumelscheibe. Nur kleine Verschiebungen von wenigen Grad machen wirklich Sinn. Die grobe Einstellung sollte auf jeden Fall immer an den Gestängen vorgenommen werden!
CP Collective Pitch
CP steht für Collective Pitch. Diese Bezeichnung kennzeichnet Helikopter, bei denen der Auftrieb über die Anstellwinkel der Rotorblätter gesteuert wird, ohne dass die Drehzahl des Rotorkopfes sich verändert. Bei einem CP- Helikopter kann also der kollektive Anstellwinkel der Rotorblätter verändert werden. Siehe auch CCPM und FP.
FP = Fixed Pitch
Bei einem Fixed Pitch Helikopter kann der kollektive Anstellwinkel der Rotorblätter nicht geändert werden. Der Auftrieb und somit die Flughöhe wird bei FP- Helikoptern über Veränderung der Hauptrotordrehzahl kontrolliert.
ENDE DER TREFFERLISTE
oder Kollektive Blattverstellung. Die Verstellung der Pitchwinkel geschieht über Servos, Anlenkungen und die
Taumelscheibe
Um etwa nach "zyklisch Pitch" zu suchen gibst du ein "pitch" oder "zykl" oder "pit" oder "zy" oder "p" oder "z". Keine Unterscheidung von Groß- und Kleinbuchstaben.
Begriff suchen:
CCPM Taumelscheibe
CCPM steht für Collective and Cyclic Pitch Mixing. Bei einem CCPM- gesteuerten Heli, wird über eine von mindestens 3 Servo's angesteuerte Taumelscheibe (engl.: Swash Plate) eine Mischung der Kollektiven (Collective) und der Zyklischen (Cyclic) Pitchanteile (Blattanstellwinkel) realisiert. Um den Kollektiven Pitchwinkel zu verstellen, wird die Taumelscheibe auf der Rotorwelle nach oben oder unten verschoben. Um die zyklischen Blattanstellwinkel (Nick und Roll) zu verändern, wird die Taumelscheibe unabhängig von ihrer horizontalen Position auf der Rotorwelle nach vorn oder zur Seite (oder beides gemischt) gekippt.
ENDE DER TREFFERLISTE
. Die Rotorblätter erzeugen bei steilerem
Anstellwinkel einen größeren Auftrieb. Durch Verstellung des kollektiven Pitchwinkels wird die Höhe bzw. der Auftrieb des Helikopters kontrolliert, ohne die Drehzahl des Rotorkopfes ändern zu müssen. Die Rotordrehzahl bleibt also konstant und nur der Anstellwinkel der Rotorblätter wird verändert - so zumindest beim sogenannten
CP
Um etwa nach "zyklisch Pitch" zu suchen gibst du ein "pitch" oder "zykl" oder "pit" oder "zy" oder "p" oder "z". Keine Unterscheidung von Groß- und Kleinbuchstaben.
Begriff suchen:
CCPM Taumelscheibe
CCPM steht für Collective and Cyclic Pitch Mixing. Bei einem CCPM- gesteuerten Heli, wird über eine von mindestens 3 Servo's angesteuerte Taumelscheibe (engl.: Swash Plate) eine Mischung der Kollektiven (Collective) und der Zyklischen (Cyclic) Pitchanteile (Blattanstellwinkel) realisiert. Um den Kollektiven Pitchwinkel zu verstellen, wird die Taumelscheibe auf der Rotorwelle nach oben oder unten verschoben. Um die zyklischen Blattanstellwinkel (Nick und Roll) zu verändern, wird die Taumelscheibe unabhängig von ihrer horizontalen Position auf der Rotorwelle nach vorn oder zur Seite (oder beides gemischt) gekippt.
CP Collective Pitch
CP steht für Collective Pitch. Diese Bezeichnung kennzeichnet Helikopter, bei denen der Auftrieb über die Anstellwinkel der Rotorblätter gesteuert wird, ohne dass die Drehzahl des Rotorkopfes sich verändert. Bei einem CP- Helikopter kann also der kollektive Anstellwinkel der Rotorblätter verändert werden. Siehe auch CCPM und FP.
ENDE DER TREFFERLISTE
(engl.: Collective Pitch)- Helikopter. Mit kollektiver Blattverstellung
kann man einen Helikopter theoretisch schon abheben
und wieder absinken lassen - aber man möchte ihn ja auch steuern bzw. die Bewegungsrichtung lenken können.
Das Steuern des Helikopters geschieht in der Regel mit Hilfe einer sogenannten zyklischen Blattverstellung - bzw. dem "Zyklischen Pitchwinkel". Der Begriff "zyklisch" bedeutet,
dass der Anstellwinkel der Rotorblätter
im Umlauf während einer Umdrehung des Rotors veränderlich ist. So kann das Rotorblatt z. Bsp. wenn es sich während einer Umdrehung gerade vorn befindet kontrolliert Auftrieb erzeugen und wenn es sich hinten am Helikopter befindet keinen Auftrieb oder sogar Abtrieb erzeugen. Das würde dann zum Heben der Nase des Helikopters führen. Auch die zyklische Pitchverstellung wird mit Hilfe der sogenannten Taumelscheibe erreicht. Ein Helikopter, bei dem der kollektive als auch der zyklische Pitchwinkel verstellt werden kann, wird auch CP oder
CCPM
Um etwa nach "zyklisch Pitch" zu suchen gibst du ein "pitch" oder "zykl" oder "pit" oder "zy" oder "p" oder "z". Keine Unterscheidung von Groß- und Kleinbuchstaben.
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CCPM Taumelscheibe
CCPM steht für Collective and Cyclic Pitch Mixing. Bei einem CCPM- gesteuerten Heli, wird über eine von mindestens 3 Servo's angesteuerte Taumelscheibe (engl.: Swash Plate) eine Mischung der Kollektiven (Collective) und der Zyklischen (Cyclic) Pitchanteile (Blattanstellwinkel) realisiert. Um den Kollektiven Pitchwinkel zu verstellen, wird die Taumelscheibe auf der Rotorwelle nach oben oder unten verschoben. Um die zyklischen Blattanstellwinkel (Nick und Roll) zu verändern, wird die Taumelscheibe unabhängig von ihrer horizontalen Position auf der Rotorwelle nach vorn oder zur Seite (oder beides gemischt) gekippt.
ENDE DER TREFFERLISTE
- Helikopter genannt.
Die Taumelscheibe auf der Hauptrotorwelle überträgt
alle Steuerbewegungen auf den Rotorkopf - sowohl die kollektiven als auch die zyklischen Pitchbewegungen. Die Taumelscheibe kann sich auf der Rotorwelle nach oben
und unten bewegen, die Taumelscheibe kann aber auch
nach rechts oder nach links, nach hinten oder nach
vorn gekippt werden. Daher der Name Taumelscheibe.
Die Taumelscheibe ist der Schlüssel zur Steuerbarkeit
der Helikopter. Wie eine Taumelscheibe genau funktioniert
beschreibe ich unter
Rotorkopf Taumelscheibe
.
Damit der Heli sich auch um die Hochachse drehen kann, benötigt
er eine Verstellmöglichkeit des Heckrotors, der ja
im Grunde zunächst dafür sorgt, dass der Helikopter sich nicht
um die eigene Achse dreht. Verändern wir nun den Anstellwinkel
der Heckrotorblätter, so bläst der Heckrotor stärker
oder schwächer und sorgt dabei für eine Drehung des
Helikopter-Hinterteils nach links oder rechts.
Einen Modellheli
zu fliegen erfordert viel Übung
Wer noch nie einen Modellhelikopter gesteuert hat,
der sollte sich zunächst mit den Steuerfunktionen befassen.
Es ist, vom Aspekt des Steuerns betrachtet, einfacher einen echten Helikopter zu fliegen
als einen Modellhelikopter. Das ist bedingt durch die Tatsache, dass sich in einem
bemannten Helikopter sitzend, die relative Position des Piloten
zum Helikopter und zur Flugrichtung nicht verändert.
Einen Modellhelikopter hingegen, muss man aus ganz verschiedenen
Ansichten steuern können. Ein Simulator
oder ein Fluglehrer (Flug am Lehrer/Schüler Sender) ist schon fast unabdingbar, wenn man nicht unnötig viel Lehrgeld durch Abstürze bezahlen will.
Natürlich gibt es verschiedene Bauarten von Modellhelikoptern, die sich im Schwierigkeitgrad des Fliegens unterscheiden. Einen
Koax
Um etwa nach "zyklisch Pitch" zu suchen gibst du ein "pitch" oder "zykl" oder "pit" oder "zy" oder "p" oder "z". Keine Unterscheidung von Groß- und Kleinbuchstaben.
Begriff suchen:
Koaxial
Koaxial ist in der Geometrie die Bezeichnung für übereinstimmende Rotationsachsen dreidimensionaler Elemente. Ein Hubschrauber mit Koaxialrotor verwendet zwei Rotoren, die um dieselbe Achse rotieren.
ENDE DER TREFFERLISTE
- Helikopter kann man als Anfänger noch relativ gut beherrschen. Bei den
Fixed
Um etwa nach "zyklisch Pitch" zu suchen gibst du ein "pitch" oder "zykl" oder "pit" oder "zy" oder "p" oder "z". Keine Unterscheidung von Groß- und Kleinbuchstaben.
Begriff suchen:
FP = Fixed Pitch
Bei einem Fixed Pitch Helikopter kann der kollektive Anstellwinkel der Rotorblätter nicht geändert werden. Der Auftrieb und somit die Flughöhe wird bei FP- Helikoptern über Veränderung der Hauptrotordrehzahl kontrolliert.
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Pitch- Helikoptern und den
CP
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CCPM Taumelscheibe
CCPM steht für Collective and Cyclic Pitch Mixing. Bei einem CCPM- gesteuerten Heli, wird über eine von mindestens 3 Servo's angesteuerte Taumelscheibe (engl.: Swash Plate) eine Mischung der Kollektiven (Collective) und der Zyklischen (Cyclic) Pitchanteile (Blattanstellwinkel) realisiert. Um den Kollektiven Pitchwinkel zu verstellen, wird die Taumelscheibe auf der Rotorwelle nach oben oder unten verschoben. Um die zyklischen Blattanstellwinkel (Nick und Roll) zu verändern, wird die Taumelscheibe unabhängig von ihrer horizontalen Position auf der Rotorwelle nach vorn oder zur Seite (oder beides gemischt) gekippt.
CP Collective Pitch
CP steht für Collective Pitch. Diese Bezeichnung kennzeichnet Helikopter, bei denen der Auftrieb über die Anstellwinkel der Rotorblätter gesteuert wird, ohne dass die Drehzahl des Rotorkopfes sich verändert. Bei einem CP- Helikopter kann also der kollektive Anstellwinkel der Rotorblätter verändert werden. Siehe auch CCPM und FP.
ENDE DER TREFFERLISTE
- Helikoptern hingegen, sieht es schon ganz anders aus. Diese unterscheiden sich im Schwierigkeitsgrad des Fliegens sehr von den eigenstabilen Koaxhelikoptern.
Als Anfänger
startet und fliegt man zunächst ausschließlich mit dem Heck zum Piloten. Zunächst übt man nur das
Starten, Schweben und Landen. Dazu macht man kurze "Abheber/
Hover" bis in maximal 1 m Höhe. Das Heck zeigt anfangs IMMER zum Piloten! Wenn diese "Hüpfer" sitzen,
dann übt man eingehend den Schwebflug, immer mit dem
Heck zum Piloten. Erst wenn der Schwebflug sitzt,
wagt man sich an weitere Manöver heran. Mehr dazu gibts auch in meinem Ratgeber zum Fliegen lernen.
Um eine Vorstellung zu bekommen, wie schwer sich ein Helikopter
steuern lässt, stellen wir uns vor, unser Heli
würde mit dem Heck zu uns zeigend auf einem überdimensionalen,
frei beweglichen Ball stehen. Sobald wir den Ball mit dem Heli obendrauf loslassen, wird der Ball mit dem Helikopter
in die eine oder andere Richtung wegrollen
und der Heli herunterfallen. Ein fliegender Heli verhält sich
etwa vergleichbar in der Luft. Ohne ständige korrigierende Steuermaßnahmen
würde der Helikopter binnen weniger Sekunden irgendwohin abdriften und abstürzen.
Die Helikopterfliegerei erfordert allerhöchste Konzentration und
ist daher auch für das Training unseres Gehirns bestens
geeignet. Die Steuerbefehle müssen uns in Fleisch
und Blut übergehen. Dazu ist viel Training notwendig.
Im Training trainieren und verbessern wir unsere Reflexe. Wer viel übt, wird auch schneller Fortschritte machen.
die Helikopterfliegerei erfordert gute, schnelle Reflexe,
denn Zeit zum Überlegen bleibt beim Fliegen eines Modellhelikopters fast keine.
Versuche niemals aus falschem Ehrgeiz und Übermut,
zu große Schritte zu machen. Kleine Steigerungen bergen
auch kleinere Risiken und viele kleine Schritte führen
eher zum Ziel, Du wirst sehen.