Autor: henrik

Die Autorotation ist bei einem Hubschrauber der Zustand, wenn die Rotorblätter nicht mehr durch den Motor, sondern die umgebende Luft angetrieben werden. Sie hat eine ähnliche Funktion wie der gleitende Sinkflug eines Flugzeugs, dass seine Triebwerke ausgeschaltet hat.

Bei einem Hubschrauber ist die Autorotation vor allem eine Notfallmaßnahmen bei einem Ausfall des Motors oder andere Systeme. Der Pilot schaltet sie ein, indem er den Rotor vom Antrieb entkuppelt und quasi frei rotieren lässt. Der Franzose Jean Boulet hält den Rekord des längsten Flugs mit Autorotation, als er 1972 einen Rekordversuch unternahm und auf 12.000 Meter stieg. Die dünne Luft brachte aber das Triebwerk zum Stillstand und er musste mit der Autorotation wieder nach unten sinken – was ihm aber auch gelang.

Auch der Heckrotor kann sich alleine drehen

Die Autorotation kann übrigens auch eingesetzt werden, wenn der Heckrotor ausgefallen ist. Auch in diesem Fall wird genug Luft für eine Eigendrehung sorgen. Wie bei Ausfall des Hauptrotors ist das eine Notsituation und der Pilot wird so schnell wie möglich landen müssen.

Die Autorotation ist abhängig von der Höhe des Hubschraubers und seiner Geschwindigkeit sowie dem Gewicht. In der Regel muss ein Hubschrauber mindestens 50 Knoten schnell sein, um genügend Autorotation erzeugen zu können. Mit ansteigender Geschwindigkeit sollten dann auch zu geringen Höhen vermieden werden, um noch genügend Zeit zu haben, die Autorotation einzuschalten.

Schwieriges Manöver

Fällt der Motor bei einem Hubschrauber aus, dann bestimmt der Anstellwinkel der Rotorblätter wie groß der auftrieb und der Vorschub sind. Der Pilot wird dann die Nase leicht nach oben ziehen, um Zug zu vermeiden. Das Absinken erzeugt dann einen Luftstrom der die Rotorblätter zum Drehen bringt, was wiederum einen Luftstrom erzeugt, der einen kleinen Auftrieb mit sich bringt. Diese Luftströme sind es die den Hubschrauber in die Autorotation bringen. Für den Piloten ist das aber ein äußerst schwieriges Manöver, er muss die ganze Zeit versuchen, den Hubschrauber stabil zu halten und vor allem auch gegen das Drehmoment angehen.

Je langsamer ein Hubschrauber durch die Autorotation sinken kann, umso sicherer (und sanfter) wird auch die Landung sein. Das wiederum erhöht auch die Chance, eine solche Notlandung ohne große Verletzungen zu überstehen. Einen schlimmen Ausgang kann man immer dann erwarten, wenn das Gewicht zu hoch, die Geschwindigkeit zu gering und die Sinkrate zu hoch waren.

Die Aerodynamik beschreibt als wissenschaftliche Richtung die Gesetze von Luftströmungen. Dabei wird vor allem berechnet, wie sich die Strömung der Luft verändert, wenn sie auf ein Hindernis trifft. Die Menschen haben die Aerodynamik schon lange ausgenutzt, ohne sie aber genau berechnen zu können. So spielt sie zum Beispiel eine große Rolle, wenn ein Segelschiff angetrieben wird.

Wichtg für den Bau von Autos

Im Autobau wird die Aerodynamik verwendet, um den Luftwiderstand so gering wie möglich zu halten. Hier wird in einem Windkanal getestet, wo es bei der vorbeiströmenden Luft zu Verwirbelungen kommt. Diese Wirbel sind es, die eigentlich den so genannten Widerstand verursachen. Ein gerade in den Windkanal gehaltenes Blatt hat keinen Widerstand, sobald man es aber leicht schräg stellt, wird man sehen, dass sich die Luftströme an der Ober- und an der Unterseite unterschiedlich verhalten.

Kinder machen sich diese Eigenschaft bei Fliegen von Drachen zu nutze. Auch hier wird der recht flache Drache in den Wind gestellt, und je nachdem welchen Winkel er hat kann er aufsteigen, nach vorne fliegen oder aber still in der Luft stehen.

Luft sorgt für Auftrieb

Bei einem Flugzeug will man zum einen wenig Luftwiderstand haben, kann zum anderen aber auch nicht vollkommen darauf verzichten, weil das Gerät sonst nicht fliegen würde. Gleiches gilt bei einem Hubschrauber. Erst in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts begann man, sich mit den Naturgesetzen der Aerodynamik zu beschäftigen und begann zu verstehen, wie man diese Luftströmungen berechnen kann.

Im wesentlichen gibt es vier Kräfte, die auf ein fliegendes Objekt einwirken: Auftrieb, Gewicht, Vorschub und Zug. Der Auftrieb sorgt für das Aufsteigen, das Gewicht für das Sinken, der Vorschub für das nach vorne fliege und der Zug hält es zurück. Neben diesen Kräften spielt es aber auch noch eine Rolle, in welchem Zustand sich die Luft befindet:

• Wie dicht ist die Luft?
• Wie schnell strömt sie?
• Wie warm oder kalt ist sie?
• Welcher Luftdruck herrscht?

Gerade bei Fluggeräten sind diese Zustände wichtig: Je höher man fliegt, umso weniger dicht ist die Luft, was wiederum Auswirkungen auf den Auftrieb hat. Bei den meisten Flugzeugen spielt das eine Rolle bei Reiseflughöhen über 7km, bei Hubschraubern ist das eher selten der Fall. Sie brauchen dichte Luft und fliegen daher selten höher als 4000 Meter. Der Rekord liegt aber dennoch bei 8800 Meter und wird von einem Eurocopter gehalten der im Jahr 2005 auf dem Mount Everest landete.

Der Rotor ist der wichtigste Teil eines Hubschraubers, weil er das Fluggerät überhaupt in der Luft hält. Er besteht aus zwei wesentlichen Elementen: Den Rotorblättern und und einer Mechanik, die diese steuert und einstellt.

In der einfachsten Version – und auch die am weitesten verbreitete – hat ein Hubschrauber vier Rotorblätter. Hinzu kommen noch zwei bis vier Rotorblätter am Heckrotor.

Um dem Hubschrauber Auftrieb geben zu können, die sind Hauptrotorblätter an einer senkrechten Stange befestigt, die sich – vom Motor angetrieben – dreht. Wie bei einem Ventilator entsteht durch das Drehen ein Luftsog, der schließlich den Hubschrauber nach oben hebt.

Rotoren kennt man schon aus frühen chinesischen Kulturen. In diesen hatte man aus Bambus, der an einer Stange befestigt war, ein Kinderspielzeug gebaut Durch das drehend es Bambusplättchens auf der Stange kam es zu einem Auftrieb und es flog weg. Das Spielzeug bildete auch ein Vorbild für erst westliche Rotormodell im 18. Jahrhundert.

Zwei oder mehr Rotorblätter

Die ersten Modelle von Hubschaubern funktionierten mit zwei Rotoblättern, die am Mast an einem so genannten Hub festgemacht wurden. Dieser ermöglichte erst die Einstellung der verschiedenen Winkel. Rotorblätter müssen sehr groß sein, um einen möglich großen Auftriieb zu erreichen. Die meisten Hubschrauber fliegen übriges mit einer konstanten Umdrehungsgeschwindigkeit der Rotorblätter, Die eigentliche Geschwindigkeit des Hubschraubers wird vor allem über den Anstellwinkel erreicht.

Ein Problem beim Hubschrauber ist das Drehmoment: Sobald der Hauptrotor sich dreht, versucht der Hubschrauber selbst sich in die andere Richtung zu drehen. Das liegt an physikalischen Kräften und wird meisten durch den Heckrotor ausgeglichen. Dieser ist nicht horizontal sondern vertikal angebracht und steuert der Drehung entgegen. Die Rotorblätter können entweder frei liegen oder in einem Gehäuse untergebracht sein.

Nicht alle haben einen Heckrotor

Es gibt aber auch Sonderformen: So kann ein Hubschrauber aus zwei übereinanderliegenden Rotoren bestehen, die aber gegenläufig sind. Auch auf diese Weise kann die Drehung vermieden werden. Und ein amerikanischer Lasthubschrauber, der Piasecki H-21 Workhorse/Shawnee, hat vorne und hinten waagrechte Rotoren, die sowohl für viel Auftrieb sorgen als auch eine Drehung wirksam verhindern.

Ein Rotorblatt ist wie die Tragfläche eines Flugzeuges aerodynamisch geformt. Auch bei den Drehflüglern spielt der Luftwiderstand eine große Rolle, und die Form der Rotorblätter hat darauf einen Einfluß. Bei normaler Stellung wird lediglich ein Auftrieb erzeugt, sobald aber die Blätter leicht geneigt werden, strömt die Luft mehr seitlich und schafft dadurch einen Vorwärtsantrieb.

Bei einem Triebwerksausfall kann übrigens ein Hubschrauber immer noch fliegen, auch wenn es keinen Auftrieb nach oben mehr gibt. Der Pilot wird dann auf Autorotation umstellen und quasi in den Leerlauf schalten. Die umgebenden Luft triebt dann immer noch zu einem gewissen Maße die Rotorblätter an, die durch die Eigenrotation zumindest den Abtrieb senken. Man kann sich das vorstellen wie bei einem Ahornsamen-Blatt, das ebenfalls diese Autorotation ausnutzt und langsam nach unten segelt.