Geschwindigkeitsbegrenzung beim Helikopter

Beim schwebenden Helikopter sind die Auftriebskräfte über die Rotorfläche gleichmäßig verteilt. Die einzelnen Rotorblätter erzeugen dabei einen Unterdruck oberhald des Rotorblattes und einen Überdruck unterhalb des Rotorblattes, vergleichbar mit den Druckverteilungen bei einem Flügel eines Flugzeuges. Das Strömungsverhältnis zwischen der Fläche der vorwärts laufenden Rotorblätter und der Fläche der rücklaufenden Rotorblätter ist gleich.

Die Geschwindigkeit des vorwärts fliegenden Helikopters wird erhöht, indem sich die Rotorfläche in Richtung der Flugrichtung neigt. Bedingt durch die Neigung der Rotorfläche, werden die Strömungsverhältnisse asymmetrisch und der Anstellwinkel des vorlaufenden Blattes verringert, während sich der des rücklaufenden vergrößert. Der Anstellwinkel des rücklaufendens Blattes erhöht sich so weit, bis der Bereich der Rückanströmung den Radius des Blattes einnimmt und ein Strömungsabriss stattfindet.

Die maximale Geschwindigkeit des Helikopters ist direkt abhängig vom Anstellwinkel der Rotorblätter. Turbulenzen, Vibrationen und Schwingungen sind abhängig vom Rotorradius, der Fluggeschwindigkeit und der Umfangsgeschwindigkeit der Blattspitzen. Ist die Fluggeschwindigkeit gleich groß oder soger größer als die Umfangsgeschwindigkeit der Blattspitzen, reißt die Strömung des rücklaufenden Blattes ab. Je höher die Fluggeschwindigkeit ist, umso unangenehmer werden die Einflüsse durch Schockwellen des vorlaufendes Blattes.

Die maximale Fluggeschwindigkeit ist aber nicht nur von dem Anstellwinkel des Rotorblattes und der Umfangsgeschwindigkeit der Blattspitzen abhängig, auch die Belastung der Helikopters (zusätzliche Lasten) und die Konstruktion der Blattspitzen sind entscheidend.

Für die Berechnung der theoretischen maximalen Geschwindigkeit ist wichtig: Die Anströmgeschwindigkeit der Blattspitzen muss unterhalb der Schallgeschwindigkeit bleiben, d.h. die Gesamtgeschwindigkeit (Fluggeschwindigkeit + Umfangsgeschwindigkeit der Blattspitzen; u+v, vorlaufendes Blatt) darf nicht höher als Schallgeschwindigkeit sein.

Beispiel für die Bo 105 mit 4-Blatt Hauptrotor:

Hauptrotorblattdurchmesser D = 9,84m

Drehzahl des Hauptrotors n = 424 U/min

Umgebungstemperatur T = (273,15+15) K

kritische Machzahl Rotorblattspitze 0,9

Umfangsgeschwindigkeit der Rotorblattspitze u = ((9,84*424*pi)/60) m/s = 218,5 m/s

Schallgeschwindigkeit a = (331,5*sqrt[]{;;} (288,15/273,15)) m/s = 340,5 m/s

maximale Gesamtgeschwindigkeit v = 0,9*340,5 m/s = 306,5 m/s

maximale Fluggeschwindigkeit v = 306,5 m/s – 218,5 m/s = 88 m/s = 316,8 km/h

Dies ist natürlich eine rein theoretische Berechnung, in der Praxis liegt die maximale Fluggeschwindigkeit der Bo 105 bei 269 km/h.

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.