Aerodynamische Vorgänge am Rotor, Bezug auf die Flugzustände Outline · [ Standard ] · Linear+

Ich schreib grad ne Seminarfacharbeit über Hubschrauber, spezieller über die aerodynamischen Vorgänge bei verschiedenen Flugzuständen, und da hätt ich dann mal ein paar Fragen:

1. Warum darf der Hubi nicht schneller als z.B. 300 Km/h nach vorne fliegen?
-bei 270 Grad wird der größtmögliche Einstellwinkel eingestellt, dort soll dann ein Strömungsabriss bei zu hoher Vorwärstgeschwindigkeit zu stande kommen - aber warum? - Wenn mann an das Profil die effektive Geschwindigkeitsrichtung anlegt, dürfte die Strömung aber nicht abreißen???


2. warum besteht die Tendenz, das sich der Rotor zurückneigt, mit zunehmender Fahrtaufnahme nach vorne, sodass der Pilot den Pitch noch weiter nach vorne drücken muss?

3. warum erfährt das rücklaufende Blatt eine Rückanströmung?

Wär euch sehr dankbar, wenn ihr mir sagen könntet, wo ich zu diesem Themen Material finden kann oder ihr mir die Antwort nennen könntet.

Hallo,

zu Punkt 1: Rotorblätter drehen sich mit hoher Geschwindigkeit. Nehmen wir als guten Mittelwert 400 Knoten am Ende des Rotors an.

Fliegt der Hubschrauber nun mit 100 Knoten vorwärts, erfahren die Blätter der rechten Seite (bei einem links drehendem Rotor) beim sich vorwärts bewegen eine Geschwindindigkeit von 400+100= 500 Knoten am schnellsten Punkt, und die rücklaufenden Blätter 400-100=300 Knoten am langsamsten Punkt. Fliegt er Heli nun zu schnell kann es bei den vorwärtslaufenden Blättern so zur Bildung von Schockwellen, also einem High Speed Stall kommen und auf der anderen Seite bei den rücklaufenden Blättern ein "normaler" Low Speed Stall eintreten.

In beiden Fällen Sind Vibration u.Ä. die Folge. Nimmt die gestallte Fläche an einer Stelle der Rotorebende mehr als 25% ein, geht man vom Verlust der Steuerbarkeit aus.

Viele Grüße.

Julian

zu 2. Das vorlaufende Blatt (3Uhr Position)erzeugt Aufgrund der zusätzlichen Anströmung von vorn mehr Auftrieb als das rücklaufende Blatt(9Uhr Position)(Unsemetrie der Anstömung).Wegen der ca.90Grad Phasenverschiebung die an jedem Rotor auftritt,wirkt sich dieser zusätzliche Auftrieb erst vorne (12Uhr Position) auf das Blatt aus.

Das selbe am rücklaufenden Blatt nur mit weniger Auftrieb...d.h.die Vorwärtsfahrt muß von der Umdrehungsgeschwindigkeit abgezogen werden.Blatt schlägt hinten tief

Folge Hubschrauber würde aufnicken wenn der Pilot keine Steuereingabe macht.

Servus Makanz

Hier mal einige Ausführungen, die mir bekannt sind:
Zunächst mal die Strömungsverhältnisse am Blatt:
Die Luftströmung mit der Geschwindigkeit v trifft auf das Profil. Dabei muss die Luft oberhalb einen längeren Weg zurücklegen, als auf der Unterseite. Nach Bernoulli ergibt sich somit auf der Oberseite ein Unterdruck (vgl. Venturi-Rohr). Dieser liefert 2/3 des Auftriebs. Den Auftrieb kann man nun durch eine höhere Anströmgeschwindigkeit erhöhen, wodurch die Luft noch schnell über die Oberseite strömen muss um wieder ausgleichend auf die untere zu wirken.
Ähnliches passiert auch, wenn man das Profil anstellt: Der Weg wird für die Luft auf der Oberseite länger, die Luft muss schneller strömen -> mehr Auftrieb, und die Luft die unten gegen das Profil strömt hilft auch noch dazu, aber nur zu 1/3, der Hauptauftrieb wird immer durch den Sog auf der Oberseite erzeugt.
Da aber Luft auch ein Medium einer gewissen Zähigkeit oder Trägheit ist, sind ihr auch Grenzen in der Ausgleichsströmung gesetzt, d.h. sie kann nicht immer schneller werden. Ist der Anstellwinkel zu stark, löst sich die so genannte Grenzschicht (Übergangsschicht zwischen Profiloberfläche und Luft) ab. Sie bildet Wirbel, weil die Luftströmung aufgrund des zu hohen Anstellwinkels fast schon gebremst wird, das Profil nun quasi als Windschot arbeitet. Diese Wirbel sind turbulent, liegen also nicht am Flügel an, bremsen die Strömung: es wird kein Auftrieb mehr erzeugt. Wenn du dir Flugzeuge im Winter anschaust, müssen die ihre Tragflächen immer eisfrei halten, da kleinste unebenheiten, genau diese laminare Luftströmung stören, und somit das Flugzeug in der Startphase nicht abheben könnte. (In großen Höhen ist die Luft dann so trocken, dass sich kein Eis mehr bilden kann, das nur am Rande). Ebenso ist es wichtig, dass das profil sauber ist. Beim Heckrotor kann man beispielsweise bis zu fünf Prozent mehr Leistung erhalten, wenn man die Blätter poliert, weil dadurch die Wirbel nicht so häufig sind und maximale Wirkung erreicht werden kann. Ein anderes Beispiel aus der Autoindustrie:
windkanaltests, damit die bremsenden WIRBEL vermieden werden können und das Auto so Stromlinienförmig wie möglich ist.

Da wir nun die Strömungsverhältnisse am Blatt kennen, können wir auf die Sache mit dem Strömungsabriss beim rücklaufenden Blatt zurückkommen:
Die Rotorebene dreht mit einer gewissen Geschwindigkeit, nehmen wir mal 750 km/h als ausgangswert an. Im Schwebeflug liegt nun diese Geschwindigkeit an jedem Blatt zu jedem Zeitpunkt an. Das heißt, die effektive Anströmgeschwindigkeit beträgt 750km/h. Der Auftrieb ist überall, an jedem Blatt gleich.
Beim Vorwärtsflug kommt zusätzlich zur Umdrehungsgeschwindigkeit beim vorlaufenden Blatt noch die Vorwärtsgeschwindigkeit, sagen wir mal 200 km/h, dazu. Daraus folgt: effektive Anströmgeschwindigkeit 950km/h.
Die Luft strömt schneller, was, wie wir oben gesehen haben, zu einer Erhöhung des Auftriebs führt.
Beim rücklaufenden Blatt wird die Vorwärtsgeschwindigkeit abgezogen, da sich das Blatt ja gegen die Flugrichtung mitdreht, d.h. effektive Anströmgeschwindigkeit 550km/h. Daraus folgt, geringerer Auftrieb.
Noch kann der Auftriebsverlust hier, von der anderen Seite übernommen werden. Steigt die Gschwindigkeit jedoch zu stark (also über 350-400km/h), reicht die Strömung nicht mehr aus, bzw. wird zu gering um genug Auftrieb zu erzeugen. Es kommt zum Strömungsabriss, oder zum Einbruch der Auftriebsleistung auf der Rücklaufenden Seite. Durch die Kreiseltheorie, die besagt, dass sich einflüsse auf ein rotierendes System erst 90° später auswirken, wirkt sich der seitliche Auftriebsverlust erst 90° später aus: am Heck -> Der Hubschrauber stellt sich auf.
Das dürfte auch der Grund sein, dass man den Stick bei steigender Geschwindigkeit weiter nach vorne drücken muss.

Der schnellste Hubschrauber ist übrigens der Westland Lynx mit 400km/h

Hoffe ich konnte dir weiterhelfen

Grüße Franz