Hubschrauber Aerodynamik

Aerodynamik des Hubschraubers

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Die Aerodynamik des Hubschraubers Heli

Wie alle Karosserien haben auch die Maschinen und Hubschrauber eine Relativmasse und sind daher im Bereich der Schwerkraft "schwerer" als sie. Um Flugzeugen wie Hubschraubern den Start vom Erdboden zu ermöglichen und überhaupt zu starten, muss eine andere Krafteinwirkung gegen die Schwerkraft erfolgen. Sie muss gleich oder grösser sein als die auf das Luftfahrzeug oder den Hubschrauber wirkende Schwerkraft.

Dies wird als "Auftrieb" bezeichnet. In einem Luftfahrzeug wird der Luftauftrieb durch den Luftstrom zu den Flügeln generiert. Da es sich um Aerodynamik handelt, wird sie auch Aerodynamik genannt. Bei einem Hubschrauber sind die Rotorenblätter die (rotierenden) Flügel. Sie werden ebenfalls mit Druckluft beaufschlagt und generieren eine Auftriebskraft. Die Annäherung an die Flügel eines Flugzeugs mit Hilfe von Druckluft erfordert eine konstante Vorwärtsbewegung mit minimaler Geschwindigkeit.

Erst so kann die Luftzirkulation um die Flügel herum erfolgen und somit ein aerodynamischer Luftauftrieb erzeugt werden. Der Hubschrauber hat normalerweise keine Flügel. Sie hat aber Rotoren, die durch Drehung um die Rotorenachse den selben Einfluss haben wie die Vorwärtsfahrt eines Flugzeugs in der Flugzeuge. Anders als das Fluggerät mit seinen Flügeln läuft jedoch nicht der ganze Hubschrauber, sondern nur seine Rotoren.

So ist es mit einem Hubschrauber auch möglich, auf der Stelle zu schwimmen und auch seitlich, ja nach hinten zu fahren. Sind die Auftriebs- und die Gewichtskräfte eines Hubschraubers exakt gleich, dann schwimmt der Hubschrauber in konstanter Größe, denn beide Kräften gleichen sich aus, wenn sie aufeinander einwirken.

Wenn jedoch die Auftriebsspannung höher ist als die eines Hubschraubers, erhöht sich der RC-Hubschrauber. Falls die Auftriebsspannung kleiner als die Gewichtkraft ist, senkt sich der Hubschrauber ab. Die Flügel eines normalen Flugzeugs und die Rotoren des Hubschraubers haben eine Querschnittform, die beim Einströmen von Luftmassen eine Auftriebswirkung hat.

Die Profile gibt es viele verschiedene Typen, die an verschiedene Anwendungen angepasst sind, aber alle sind in ihrer Basisform konzipiert, um Schwimmfähigkeit zu erzeugen. Durch das asymmetrische Höhenprofil ist die Profilkrümmung an der Oberkante grösser - wie beim Flügel eines Flugzeugs. Grundsätzlich werden für den 3D-Flug immer vollsymmetrische Laufschaufeln verwendet.

Sie benötigen einen grösseren Anstellwinkel als unsymmetrische Schaufeln, um den selben Hub zu erwirken. Das unsymmetrische Flügelprofil hat gegenüber dem vollsymmetrischen Flügelprofil einige strömungstechnische Vorzüge, ist aber im RC-Hubschrauber-3D-Flug logisch eingeschränkt. Die asymmetrischen Flügelprofile sind daher die erste Adresse für alle Hubschraubermodelle, die nur in normaler Fluglage fliegen.

Weil die Luftzufuhr aufgrund der größeren Oberflächenkrümmung auf der Profiloberseite einen "längeren Weg" als auf der Rückseite zurückzulegen hat, steigt die Fließgeschwindigkeit nach oben, um den resultierenden Luftdruck aufzufangen. Auch wenn die unsymmetrische Schaufel nicht abgewinkelt ist, d.h. der Neigungswinkel 0° ist, wird der Lift bereits durch die grössere Flächenkrümmung auf der Oberfläche generiert.

Die Abbildung zeigt ein asymetrisches Höhenprofil mit einem Anstellwinkel von 0 zur Erzeugung von Abtrieb. Es gibt keine vollsymmetrischen Flügelprofile an den Flügeln von Luftfahrzeugen. Ein Aufzug wird nicht generiert. Der Hubschrauber benötigt einen Widerstand, gegen den er arbeitet, um eine Auftriebskraft zu erwirken. Ein Hubschrauber könnte in einem Vakuumraum nie mitfliegen.

Ein Hubschrauber kann aus dem gleichen Grunde nur bis zu einer bestimmten Körpergröße mitfliegen. Je größer die Bauhöhe, desto geringer die Dichte - die Raumluft wird gleichsam "dünner". Infolgedessen verringert sich der Widerstand mit steigender Höhenlage. Großhubschrauber haben außerdem Verbrennungsmotoren oder Verbrennungsturbinen, die zur Verbrennung des Kraftstoffs sauerstoffbedarf.

Normalhubschrauber können daher nur etwa 5000 Meter hoch sein. Die Weltrekordhöhe mit dem Hubschrauber (Eurocopter) beträgt knapp 13.000m. Als Füllgut wird im vorliegenden Fall Druckluft verwendet. Die resultierende Kraft wird nach oben ausgeübt (Auftrieb), da an der Unterseite des Profils ein größerer mittlerer Anpressdruck als an der Oberkante auftritt.

Hinter dem Flügel fließt die Atemluft nach unten! Was? Man muss am Flieger immer Druck ausüben, um das Flieger in Vorwärtsfahrt zu bringen, damit die Flügel im Flugstrom aufsteigen. In einem Hubschrauber drehen sich die Rotoren, die ebenso in Schwung bleiben müssen, um Lift zu generieren - wie die Flügel in einem Flug.

Zur Steuerung des Auftriebs wird der Aufzug verwendet, der den Angriffswinkel des Flügels (des gesamten Flugzeugs) im Luftraum ändert. Im Hubschrauber wird der Angriffswinkel der Laufschaufeln entsprechend geändert, um den Hub zu kontrollieren. Die Auftriebskraft des Flugzeugs hängt von der Geschwindigkeit und dem Angriffswinkel des Flügels im Strömungsverlauf ab. Die Hubhöhe des Hubschraubers steht in unmittelbarem Verhältnis zur Rotorgeschwindigkeit und zum Angriffswinkel der Rotoren.

In einem Luftfahrzeug wird der für die Erzeugung des Auftriebs erforderliche Feed von Motoren und Propellern generiert. In einem Hubschrauber hat der Hauptläufer eine doppelte Funktion, und zwar Flügel und Luftschraube zugleich zu sein. Die Anströmwinkel betragen ca. 5°. An den Strömungslinien ist die abwärts gerichtete Bewegung der Druckluft nach dem Laufrad ersichtlich. Die Anströmwinkel betragen ca. 5°.

Durch die Strömungslinien ist die Luftbewegung hinter dem Laufrad ablesbar. Die Vergrößerung des Anströmwinkels des Profils in der Luftströmung führt zu einer Zunahme des Unterdruckes auf der oberen Seite, da die Raumluft eine weitere Strecke zurücklegen muss und dadurch schneller wird. Je mehr die Hand gedreht wird, desto höher ist der Schwimmfähigkeit.

Je grösser der Angriffswinkel der Klinge - aber auch je grösser der auf die Klinge wirkende Luftdichtigkeit. Entweder nimmt die Drehzahl des Rotors mit zunehmendem Strömungswiderstand ab, oder der Fluglotse gibt dem Triebwerk mehr Leistung und sorgt so für eine konstante Drehzahl. Im Grunde genommen, je rascher sich der Läufer bewegt, oder je rascher das Fluggerät flog, desto höher der Flug.

Die Profile "arbeiten" immer gegen den Strömungswiderstand, um eine Auftriebskraft zu erwirken. Dabei wird die Antriebsenergie immer aus dem Antriebssystem des Flugzeugs entnommen. Allerdings kann der Angriffswinkel nicht nach Belieben vergrößert werden, um mehr Hub zu erzwingen. Die Auftriebskraft ist verloren. Die Abbildung zeigt ein asymetrisches Muster, das einen zu großen Einfallswinkel hat.

Bei zu starkem Anströmwinkel bildet sich immer mehr Luftwirbel in Fahrtrichtung (vordere Schaufel), bis der Hub nicht mehr ausreichend ist, um das Luftfahrzeug in der Höhe zu belassen. Diese Stallbedingung wird als Strömungsabriss oder Strömungsabriss oder Strömungsabriss oder Strömungsabriss oder Strömungsabriss oder Strömungsabriss genannt und tritt meist auf, wenn das Luftfahrzeug zu lange anhält.

Bei einem Hubschrauber sollte die maximale Steigung 15 nicht überschreiten, um solche ungünstigen Strömungsbedingungen zu unterdrücken. Bei einem schwimmenden Hubschrauber wird durch den rotierenden Kreisel eine Abwärtsströmung der Luft generiert. Der Hubschrauber bewegt sich in diesem abwärts gerichteten Luftstrahl verhältnismäßig nach oben (in Richtung Luftstrom), obwohl er seine Höhenlage aufrechterhält.

Der Rotorflügel bewegt sich horizontal, während die Druckluft nach unten abfließt. Dies wirkt sich auf die Strömung zu den Rotorschaufeln und damit auf den "effektiven Anstellwinkel" der Schaufeln aus. Der Hubschrauber fliegt einen Hubschrauber mit 1850 Upm. In der Schaufelmitte liegt die Fließgeschwindigkeit der nach unten fließenden Strömung bei ca. 4 m/s (entsprechend mehr an der Schaufelspitze).

Jetzt kann berechnet werden, dass der wirksame Angriffswinkel des Rotorblatts unter diesen Umständen 4,2° kleiner ist als der Angriffswinkel! Wenn wir einen Neigungswinkel der Schaufeln von 6 haben, dann ist der wirksame Angriffswinkel nur 1,8°! Fliegt man unseren Hubschrauber mit 50km/h nach vorne, dann hat unser Blatt eine Vorlaufgeschwindigkeit von 250 km/h (ca. 70 m/s); 200 km/h verursacht durch die Rotorgeschwindigkeit und 50km/h durch die Vorlaufbewegung.

Berechnet mit diesen Werten ergibt sich ein effektiver Anströmwinkel auf der Anströmseite von ca. 2,7 und auf der Rückströmseite nur ca. 0,5°! Zum Beispiel mit manuellen Hubschraubern oder großen Hubschraubermodellen, die nicht über einen riesigen Überschuss an Leistung verfügen, wie z.B. die modernen RC-3D-Hubschrauber. Wenn ein Hubschrauber auf einer vertikalen oder nahezu vertikalen Umlaufbahn versinkt, versinkt er in seinem eigenen Rotor in Lee.

Dadurch kann ein sogenannter Wirbel entstehen, bei dem die von den Rotorschaufeln nach unten geförderte und seitwärts strömende Druckluft an der Rotorblattoberseite wieder eingesaugt wird. Dadurch bildet sich ein Vortexring um den ganzen Kreisel (Wirbelringstufe), in dem die Strömung zu den für den Hubschrauber benötigten Rotorschaufeln noch weiter forciert wird - der Hubschrauber säuft ab!

Der Hubschrauber wird von einem Wirbel befreien, indem er mutig den Vorflug ( "Vorwärtsflug") startet (auch nach hinten oder zur Seite) und damit den Hubschrauber wieder aus seinem eigenen Rotor nach Lee fliegt. Der Hauptrotor wird von einem Elektromotor mit hoher Leistung und hohem Luftwiderstand getragen. Die im Heckrotor befindliche Druckluft wird in Hauptrotorrichtung geblasen und damit auf den Hauptrotor gerichtet, wodurch der Druck (Druck) ausgeübt wird.

Der Heckkreisel treibt den Luftstrom in eine bestimmte Fahrtrichtung und generiert so einen waagerechten Vortrieb. Wie der Hubschrauber driftet, hängt natürlich von der Betriebsrichtung des Heckrotors und der Rotordrehrichtung des Hauptläufers ab. Der Hubschrauber bewegt sich mit einem im Uhrzeigersinn drehenden Hauptläufer nach unten, während der Heckkreisel nach oben und unten weht - immer mit Blick auf den Hubschrauber von der Rückseite.

Mit einem im Uhrzeigersinn drehenden Hauptläufer wird der Hubschrauber mit einer kleinen "Rolle" nach links gestellt. Auf diese Weise schwimmt der Hubschrauber auf der Baustelle, ohne ihn seitwärts zu bewegen. Außerdem liegt der Haupt- und Heckkreisel der meisten Hubschrauber nicht in der selben Horizontalebene. Das Diagramm zeigt, dass die Axialkräfte des Heckkreisels durch eine kleine "Rolle" in Gegenrichtung kompensiert werden müssen.

Bei zwei Höhen, d.h. außerhalb des Bodens (Hov r Out of Ground Eff ct) kann die Raumluft nach unten strömen. Wenn der Boden flach ist, hat dies auch einen Einfluss auf den Boden, da die Raumluft stärker in Wasserrichtung strömt.

Am Boden ist die Kontrolle in der Lüfte schwieriger als in der Lüfte. Wie beim Boden-Effekt, bei dem die Luftströmung unter dem Hubschrauber schwierig ist, gibt es auch hier einen "Deckeneffekt", wenn der Hubschrauber unter einer großzügig abgeschlossenen Raumdecke durchfliegt.

Die Luftzufuhr von oben wird hier schwieriger. In einer ungestörten Atmosphäre herrscht über dem Läufer ein größeres Vakuum als in einer ungestörten Atmosphäre, wodurch der Hubschrauber unerwartet ansteigt. Der Hubschrauber würde ohne Rückschlag an die Decke geflogen. Die Angriffswinkel der Rotorblätter des Hubschraubers können während des Flugs umgestellt werden. Ein grösserer Angriffswinkel sorgt für mehr Schwung.

Die Bezeichnung "kollektive Teilung" ergibt sich aus der Tatsache, dass die Teilungswinkel aller Schaufeln simultan und gleichmässig im Verbund eingestellt werden. Ein Hubschrauber kann durch Verstellen des Neigungswinkels abgehoben, geklettert und wieder abgesenkt werden. Sie wollen aber auch den Hubschrauber in andere Richtung manövrieren. Bei einer Umdrehung können die Laufschaufeln unterschiedlich geneigt sein.

So kann ein Rotormesser seinen Angriffswinkel von positivem zu negativem Gebiet und zurück zu positivem Gebiet während einer einzelnen Rotorumdrehung ändern. Das Taumelscheibensystem ist der entscheidende Faktor für die Steuerung der Hubschrauber. Um den Hubschrauber auch in Drehung versetzen zu können, braucht er die Einstellmöglichkeit des Heckkreisels, die grundsätzlich dafür sorgen, dass sich der Hubschrauber nicht um seine eigene Drehachse verdreht.

Wenn wir nun den Angriffswinkel der Heckrotorenblätter ändern, weht der Heckkreisel kräftiger oder schwacher und lässt den hinteren Teil des Hubschraubers nach hinten nach oben oder unten drehen.

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