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Funktionsweise Heli

2006 - Funktionsweise - so funktioniert ein (Modell)Hubschrauber. Hubschrauber - phantastische Fluggeräte mit drehenden Teilen und Gestängen. Seit der Einführung des (Groß) Hubschraubers zu Beginn des 19ten Jahrhunderts wurden große Anstrengungen unternommen, um die Technik weiterzuentwickeln, wobei das Hauptrotorsystem den größten Anteil daran nahm. Bereits um 1960 gab es erste Modellhubschrauber, die sich jedoch kaum als ernsthaft flugfähig und schon gar nicht praxistauglich erwiesen. Die Konstrukteure lehnten sich zu sehr an die Technik des Großhubschraubers, ohne zu verstehen, das man dieses System nicht ohne weiteres auf einen Modellhubschrauber übertragen kann.


Obwohl der Hauptrotor wie ein großer Propeller aussieht, arbeitet er doch anders. Mittels einer Steuerung besitzt er die Fähigkeit, durch zyklisches ändern des Anstellwinkels der Rotorblätter die Hubkraft einseitig zu verschieben. Somit ist er in der Lage, den gesamten Hubschrauber zu neigen, so das sich dieser in diese Richtung fortbewegt. D. h. mittels dieser Steuerung wird zyklisch, also mit jeder Umdrehung wiederkehrend, der Anstellwinkel eines jeden Rotorblattes geändert, womit sich die beschriebene Neigung in eine Richtung ergibt. Diese Rotorblätter wiederum sind gelenkig an der Rotornabe befestigt, damit Sie auf- und abwärts schlagen können (Schlaggelenke) sowie vor und zurück schwenken können (Schwenkgelenke). Beide Gelenke sind wichtig, damit das Rotorblatt auf die wechselnden aerodynamischen, mechanischen, und gyroskopischen Kräfte reagieren kann. Ohne diese Gelenke würden sich die Rotorblätter instabil verhalten, und müßten stärker und schwerer gebaut werden, um den Flugbelastungen standzuhalten.

In den Jahren um 1970 entwickelten Modellflieger - allen voran Dieter Schlüter - die ersten brauchbaren Modellhelis. Bis heute arbeiten die meißten Modellhelis nach dem gleichen Grundprinzip, nämlich mit einem zusätzlichem Hilfrotor der eine wesentliche Stabilisierung der Rotorkreisebene vornimmt.

Wirkt eine Kraft auf die Achse eines Kreisels ein, so wird diese 90 Grad voraus in Drehrichtung wirksam. Da der Kreisel (= Rotor) sich dreht, versucht er zwar sich in die gleiche Richtung zu neigen wie die einwirkende Kraft es vermuten ließe, aber die Drehbewegung trägt die Kippkraft mit sich fort. Somit ist das max. Kippen oder Neigen (Roll und Nick) deshalb 90 Grad voraus in Drehrichtung. Sicher wurde schon oft der Efekt bemerkt, das sich die Rotorkreisebene bei stehendem Heli aber drehendem Rotor (auf dem Boden) bei einer Nickbewegung nicht genau in diese Richtung neigt, sondern eben 90 Grad in Drehrichtung verschoben.

In der Praxis wirken allerdings noch andere Gesetze, die dazu führen das 90 Grad nicht immer vollständig sichtbar sind. Aber warum um alles auf der Welt nun gerade 90 Grad ? Die Antwort ist sehr technisch, und enthält das Konzept mechanischer Resonanz. Genaueres kann ich nicht schreiben, da ich es nicht weiß, bzw. nicht verstanden habe, und es somit schon gar nicht erklären kann. In der Praxis sind es aber - wie schon gesagt - nicht immer exakt 90 Grad, verschiedene andere Faktoren ( z.B. Anzahl Blätter, Drehzahl) wirken auf das System ein, und verschieben diesen Wert.

Hauptrotorstabilität; bei kleinen Helis ist die Flugstabilität oft problematisch. Um diese zu verbessern, verwendet man sog. Paddel. Es handelt sich dabei um zwei meißtens beschwerte Stabilisatoren auf einer Stabistange/Wippe, die man von den Großhubschraubern kaum kennt. Zuerst ca. 1950 für Stanley Hiller für Großhubschrauber patentiert, wurden sie ca. 1970 von Dieter Schlüter auch bei Modellhelis eingesetzt. Da die Steuerung dieses Hiller Systems nicht direkt auf die Blätter wirkt, sondern auf die Hilfspaddel, ergibt sich hierdurch eine verzögerte Reaktion auf die Steuerbewegung des Piloten. Anders arbeitet das Bell/Hiller System, welches die direkte Blattansteuerung mit dem Hilfsrotor mischt, und somit rascher reagiert.

Ein großer Nachteil all dieser stabilisierenden Systeme ist der erhebliche zusätzliche Luftwiderstand, die von der Kreisfläche des Paddelsystems erzeugt wird. Darüber hinaus sind diese Hiller-Paddel arttypisch so ausgelegt, da sie mit null Grad Einstellwinkel relativ zur Rotorebene sitzen. Und da die vom Rotor durchgesetzte Luft fast immer von oben einströmt und abwärts gerichtet ist, arbeiten die Paddel mit objektiv negativem Anstellwinkel und erzeugen somit Abtrieb, der dem Auftrieb entgegensteht. In der Praxis macht sich diese neg. Eigenschaft allerdings nicht so dramatisch bemerkbar.

Ergänzende Links

zum übergeordneten Menüpunkt "Funktion & Wissen" gehen.

Beitrag mit einem sehr alten Flugvideo eines Modellhubschraubers

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