Hubschrauber - Helicopter

Ein Bell 206 Helikopter

Ein Hubschrauber ist ein Drehflügler, bei dem Auftrieb und Schub von horizontal drehenden Rotoren geliefert werden . Dadurch kann der Helikopter vertikal starten und landen, schweben und vorwärts, rückwärts und seitlich fliegen. Diese Attribute ermöglichen den Einsatz von Hubschraubern in überlasteten oder isolierten Gebieten, in denen Starrflügelflugzeuge und viele Arten von VTOL -Flugzeugen (Vertical TakeOff and Landing) nicht funktionieren können.

1942 war die Sikorsky R-4 der erste Hubschrauber, der die Serienproduktion erreichte .

Obwohl die meisten früheren Konstruktionen mehr als einen Hauptrotor verwendeten, hat sich die Konfiguration eines einzelnen Hauptrotors ( Monocopter ) begleitet von einem vertikalen Anti-Drehmoment -Heckrotor zur gebräuchlichsten Hubschrauberkonfiguration entwickelt. Twin-Hauptrotor Hubschrauber (bicopters), in jedem Tandem oder Quer Rotoren Konfigurationen sind ebenfalls im Einsatz aufgrund ihrer größeren Nutzlast als das monorotor Design. Helikopter mit koaxialem Rotor , Tiltrotor- Flugzeuge und zusammengesetzte Hubschrauber fliegen heute alle. Quadrotor- Helikopter ( Quadcopter ) wurden bereits 1907 in Frankreich Pionierarbeit geleistet , und andere Arten von Multicoptern wurden für spezielle Anwendungen wie Drohnen entwickelt .

Etymologie

Das englische Wort Hubschrauber wird aus dem Wort Französisch angepasst hélicoptère , geprägt von Gustave Ponton d'Amécourt im Jahre 1861, die stammt aus dem griechischen Helix ( ἕλιξ ) „Helix, Spirale, Wirbel, Faltung“ und pteron ( πτερόν ) „Flügel“. Englische Spitznamen für "Helikopter" sind "Chopper", "Copter", "Heli" und "Whirlybird". Im US- Militär ist der gängige Slang "Helo", der mit einem langen "e" ausgesprochen wird.

Konstruktionsmerkmale

Ein Hubschrauber, der manchmal im Slang als "Chopper" bezeichnet wird, ist eine Art Drehflügler, bei dem Auftrieb und Schub von einem oder mehreren sich horizontal drehenden Rotoren geliefert werden. Im Gegensatz dazu die autogyro (oder gyroplane) und Gyrodyne hat einen freiSpinnRotor für alle oder einen Teil des Flugbereiches, auf einem separates Drucksystem verläßt das Flugzeug nach vorne zu treiben, so dass der Luftstrom setzt den Rotorspinnlift bereitzustellen. Der Compound-Helikopter verfügt auch über ein separates Schubsystem, versorgt den Rotor jedoch während des normalen Flugs weiterhin mit Strom.

Rotorsystem

Haupt- und Anti-Torque-Rotoren

Das Rotorsystem, oder einfacher Rotor , ist der rotierende Teil eines Hubschraubers, der Auftrieb erzeugt . Ein Rotorsystem kann horizontal montiert werden, wie es Hauptrotoren sind, um vertikal Auftrieb bereitzustellen, oder es kann vertikal montiert werden, wie beispielsweise ein Heckrotor, um horizontalen Schub bereitzustellen, um dem Drehmoment von den Hauptrotoren entgegenzuwirken. Der Rotor besteht aus Mast, Nabe und Rotorblättern.

Der Mast ist eine zylindrische Metallwelle, die sich vom Getriebe nach oben erstreckt. An der Spitze des Mastes befindet sich der Befestigungspunkt für die Rotorblätter, die sogenannte Nabe. Hauptrotorsysteme werden danach klassifiziert, wie die Rotorblätter befestigt sind und sich relativ zur Nabe bewegen. Es gibt drei Grundtypen: scharnierlos, voll gelenkig und wippend; obwohl einige moderne Rotorsysteme eine Kombination davon verwenden.

Anti-Drehmoment

Die meisten Hubschrauber haben einen einzigen Hauptrotor, aber dem Drehmoment, das durch seinen aerodynamischen Widerstand erzeugt wird, muss ein entgegengesetztes Drehmoment entgegengewirkt werden. Das Design, das Igor Sikorsky für seine VS-300 wählte, war ein kleinerer Heckrotor. Der Heckrotor drückt oder zieht gegen das Heck, um dem Drehmomenteffekt entgegenzuwirken, und dies ist die gebräuchlichste Konfiguration für Hubschrauberkonstruktionen, normalerweise am Ende eines Heckauslegers .

MD Helikopter 520N NOTAR

Einige Hubschrauber verwenden andere Anti-Drehmoment-Steuerungen anstelle des Heckrotors, wie z. B. den Mantelgebläse (genannt Fenestron oder FANTAIL ) und NOTAR . NOTAR bietet Anti-Torque, ähnlich wie ein Flügel Auftrieb durch die Nutzung des Coandă-Effekts am Heckausleger entwickelt.

Die Verwendung von zwei oder mehr horizontalen Rotoren, die sich in entgegengesetzte Richtungen drehen, ist eine weitere Konfiguration, die verwendet wird, um den Auswirkungen des Drehmoments auf das Flugzeug entgegenzuwirken, ohne sich auf einen Anti-Drehmoment-Heckrotor zu verlassen. Dadurch kann die Leistung, die normalerweise für den Heckrotor erforderlich ist, vollständig auf die Hauptrotoren übertragen werden, wodurch die Energieeffizienz und die Hubkapazität des Flugzeugs erhöht werden. Es gibt mehrere gängige Konfigurationen, die den gegenläufigen Effekt zum Nutzen des Drehflüglers nutzen:

  • Tandemrotoren sind zwei gegenläufige Rotoren, von denen einer hintereinander montiert ist.
  • Querrotoren sind Paare von gegenläufigen Rotoren, die quer an den Enden von festen Flügeln oder Auslegerkonstruktionen montiert sind. Jetzt auf Tiltrotoren verwendet , hatten einige frühe Modellhubschrauber sie verwendet.
  • Koaxialrotoren sind zwei gegenläufig übereinander montierte Rotoren mit gleicher Achse.
  • Ineinandergreifende Rotoren sind zwei gegenläufige Rotoren, die nahe beieinander in einem ausreichenden Winkel montiert sind, um die Rotoren ohne Kollision über der Oberseite des Flugzeugs ineinandergreifen zu lassen. Flugzeuge, die dies verwenden, werden als Synchropter bezeichnet .
  • Multirotoren verwenden drei oder mehr Rotoren. Abhängig von der genauen Anzahl der Rotoren werden auch spezifische Begriffe verwendet, wie Tricopter , Quadcopter , Hexacopter und Octocopter für drei Rotoren, vier Rotoren, sechs Rotoren bzw. acht Rotoren, von denen Quadrocopter am gebräuchlichsten ist. Multirotoren werden hauptsächlich bei Drohnen eingesetzt und bei Flugzeugen mit einem menschlichen Piloten ist der Einsatz selten.


Spitzendüsendesigns lassen den Rotor sich selbst durch die Luft drücken und vermeiden die Erzeugung von Drehmoment.

Motoren

Das Turbinentriebwerk für den CH-53 Sea Stallion Helikopter

Anzahl, Größe und Typ der in einem Hubschrauber verwendeten Motoren bestimmen die Größe, Funktion und Leistungsfähigkeit dieser Hubschrauberkonstruktion. Die frühesten Hubschraubermotoren waren einfache mechanische Geräte wie Gummibänder oder Spindeln, die die Größe von Hubschraubern auf Spielzeug und kleine Modelle reduzierten. Ein halbes Jahrhundert vor dem ersten Flugzeugflug wurden Dampfmaschinen verwendet, um die Entwicklung des Verständnisses der Hubschrauberaerodynamik voranzutreiben, aber die begrenzte Leistung erlaubte keinen bemannten Flug. Die Einführung des Verbrennungsmotors Ende des 19.

Frühe Hubschrauberdesigns verwendeten speziell angefertigte Motoren oder Rotationsmotoren für Flugzeuge, aber diese wurden bald durch stärkere Automotoren und Sternmotoren ersetzt . Der einzige, limitierendste Faktor bei der Entwicklung von Hubschraubern in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts war, dass die von einem Triebwerk erzeugte Leistung nicht in der Lage war, das Gewicht des Triebwerks im Vertikalflug zu überwinden. Dies wurde bei frühen erfolgreichen Hubschraubern durch die Verwendung der kleinsten verfügbaren Triebwerke überwunden. Als der kompakte Flachmotor entwickelt wurde, fand die Hubschrauberindustrie ein leichteres Triebwerk, das leicht an kleine Hubschrauber angepasst werden konnte, obwohl für größere Hubschrauber weiterhin Sternmotoren verwendet wurden.

Turbinentriebwerke revolutionierten die Luftfahrtindustrie; und das Turbowellentriebwerk für Hubschrauber, das im Dezember 1951 von der oben erwähnten Kaman K-225 eingeführt wurde, gab Hubschraubern schließlich einen Motor mit einer großen Leistung und einem geringen Gewichtsnachteil. Turbowellen sind auch zuverlässiger als Kolbenmotoren, insbesondere wenn sie die dauerhaft hohe Leistung eines Hubschraubers erbringen. Das Turbowellentriebwerk konnte auf die Größe des zu entwickelnden Helikopters skaliert werden, sodass heute alle Helikoptermodelle bis auf die leichtesten von Turbinenmotoren angetrieben werden.

Als Tip Jets werden spezielle Strahltriebwerke bezeichnet, die entwickelt wurden, um den Rotor von den Rotorspitzen aus anzutreiben . Düsendüsen, die von einem entfernten Kompressor angetrieben werden, werden als Kaltdüsendüsen bezeichnet, während solche, die durch Verbrennungsabgase angetrieben werden, als Düsendüsen mit heißer Spitze bezeichnet werden. Ein Beispiel für einen Kaltstrahl-Helikopter ist der Sud-Ouest Djinn , und ein Beispiel für einen Hot-Tip-Jet-Helikopter ist der YH-32 Hornet .

Einige funkgesteuerte Helikopter und kleinere unbemannte Luftfahrzeuge vom Typ Helikopter verwenden Elektromotoren oder Motorradmotoren. Funkgesteuerte Hubschrauber können auch Kolbenmotoren haben , die andere Kraftstoffe als Benzin verwenden, wie beispielsweise Nitromethan . Einige Turbinentriebwerke, die üblicherweise in Hubschraubern verwendet werden, können anstelle von Düsentreibstoff auch Biodiesel verwenden.

Es gibt auch von Menschen betriebene Hubschrauber .

Flugsteuerungen

Steuerung von einer Bell 206

Ein Hubschrauber hat vier Flugsteuerungseingänge. Dies sind die zyklischen, die kollektiven, die Anti-Torque-Pedale und das Gaspedal. Die zyklische Steuerung befindet sich normalerweise zwischen den Beinen des Piloten und wird allgemein als zyklischer Steuerknüppel oder einfach als zyklisch bezeichnet . Bei den meisten Helikoptern ähnelt das Zyklische einem Joystick. Der Robinson R22 und der Robinson R44 verfügen jedoch über ein einzigartiges zyklisches Steuersystem für die Wippenstange und einige Helikopter verfügen über eine zyklische Steuerung, die von oben in das Cockpit sinkt.

Die Steuerung wird als zyklisch bezeichnet, weil sie die zyklische Steigung der Hauptschaufeln ändert . Das Ergebnis ist, dass die Rotorscheibe in eine bestimmte Richtung gekippt wird, was dazu führt, dass sich der Hubschrauber in diese Richtung bewegt. Wenn der Pilot die Zyklen nach vorne schiebt, kippt die Rotorscheibe nach vorne und der Rotor erzeugt einen Schub in Vorwärtsrichtung. Drückt der Pilot den Cyclic zur Seite, kippt die Rotorscheibe zu dieser Seite und erzeugt Schub in diese Richtung, wodurch der Helikopter seitwärts schwebt.

Die kollektive Pitch-Steuerung oder das Kollektiv befindet sich auf der linken Seite des Pilotensitzes mit einer einstellbaren Reibungssteuerung, um unbeabsichtigte Bewegungen zu verhindern. Das Kollektiv verändert den Anstellwinkel aller Hauptrotorblätter gemeinsam (dh alle gleichzeitig) und unabhängig von deren Position. Wenn eine gemeinsame Eingabe erfolgt, ändern sich daher alle Rotorblätter gleichermaßen, und das Ergebnis ist, dass der Hubschrauber in der Höhe zu- oder abnimmt.

Eine Taumelscheibe steuert die kollektive und zyklische Steigung der Hauptschaufeln. Die Taumelscheibe bewegt sich entlang der Hauptwelle auf und ab, um die Steigung beider Blätter zu ändern. Dadurch drückt der Helikopter Luft je nach Anstellwinkel nach unten oder nach oben . Die Taumelscheibe kann auch ihren Winkel ändern, um den Blattwinkel nach vorne oder hinten oder nach links und rechts zu bewegen, damit sich der Hubschrauber in diese Richtungen bewegt.

Die Anti-Torque-Pedale befinden sich in der gleichen Position wie die Seitenruderpedale in einem Starrflügler und dienen einem ähnlichen Zweck, nämlich der Steuerung der Richtung, in die die Nase des Flugzeugs gerichtet ist. Anwendung des Pedals in einer bestimmten Richtung ändert den Anstellwinkel der Heckrotorblätter, Erhöhung oder Verringerung des Schubs durch den Heckrotor erzeugte und Bewirken , dass die Nase gieren in der Richtung des angelegten Pedal. Die Pedale verändern mechanisch die Steigung des Heckrotors und verändern so die erzeugte Schubkraft.

Hubschrauberrotoren sind für den Betrieb in einem engen Drehzahlbereich ausgelegt . Die Drosselklappe steuert die Leistung des Motors, der über ein Getriebe mit festem Übersetzungsverhältnis mit dem Rotor verbunden ist. Der Zweck des Gashebels besteht darin, genügend Motorleistung aufrechtzuerhalten, um die Rotordrehzahl innerhalb zulässiger Grenzen zu halten, damit der Rotor genügend Auftrieb für den Flug erzeugt. Bei einmotorigen Hubschraubern ist der Gashebel ein Drehgriff im Motorradstil , der an der kollektiven Steuerung montiert ist, während zweimotorige Hubschrauber einen Leistungshebel für jeden Motor haben.

Verbundhubschrauber

Eine Verbindung Hubschrauber haben ein zusätzliches System für Schub und typischerweise kleine Stummelflügel befestigt . Dadurch wird der Rotor im Reiseflug entlastet, wodurch seine Drehung verlangsamt und somit die Höchstgeschwindigkeit des Flugzeugs erhöht wird. Die Lockheed AH-56A Cheyenne leitete im Vorwärtsflug bis zu 90 % ihrer Motorleistung auf einen Schubpropeller um.

Flug

Hubschrauber schwebt bei Rettungsübung über dem Boot

Es gibt drei grundlegende Flugbedingungen für einen Hubschrauber: Hover, vorwärts Flug und der Übergang zwischen den beiden.

Schweben

Schweben ist der schwierigste Teil beim Fliegen eines Hubschraubers. Denn ein Helikopter erzeugt im Schwebeflug seine eigene böige Luft, die gegen Rumpf und Steuerflächen wirkt . Das Endergebnis sind ständige Steuereingaben und Korrekturen durch den Piloten, um den Hubschrauber dort zu halten, wo er sein soll. Trotz der Komplexität der Aufgabe sind die Steuereingaben in einem Schwebeflug einfach. Der Cyclic wird verwendet, um Drift in der horizontalen Ebene zu beseitigen, dh vorwärts und rückwärts, rechts und links zu steuern. Das Kollektiv wird verwendet, um die Höhe zu halten. Die Pedale werden verwendet, um die Nasenrichtung oder den Kurs zu steuern . Es ist das Zusammenspiel dieser Bedienelemente, das das Schweben so schwierig macht, da eine Anpassung in einem beliebigen Bedienelement eine Anpassung der anderen beiden erfordert, wodurch ein Zyklus ständiger Korrekturen entsteht.

Übergang vom Schwebeflug zum Vorwärtsflug

Wenn sich ein Hubschrauber vom Schwebeflug in den Vorwärtsflug bewegt, tritt er in einen Zustand ein, der als Translationsauftrieb bezeichnet wird und zusätzlichen Auftrieb bietet, ohne die Leistung zu erhöhen. Dieser Zustand tritt am typischsten auf, wenn die Fluggeschwindigkeit ungefähr 16-24 Knoten (30-44 km/h; 18-28 mph) erreicht, und kann für einen Hubschrauber erforderlich sein, um den Flug zu erreichen.

Vorwärtsflug

Im Vorwärtsflug verhalten sich die Flugsteuerungen eines Helikopters eher wie die eines Starrflüglers. Das Verschieben der zyklischen Vorwärtsbewegung führt dazu, dass die Nase nach unten neigt, was zu einer Erhöhung der Fluggeschwindigkeit und einem Höhenverlust führt. Beim zyklischen Achtern wird die Nase nach oben geneigt, wodurch der Helikopter verlangsamt und zum Steigen gebracht wird. Eine Erhöhung des Kollektivs (Leistung) unter Beibehaltung einer konstanten Fluggeschwindigkeit führt zu einem Steigflug, während eine Verringerung des Kollektivs einen Sinkflug verursacht. Das Koordinieren dieser beiden Eingänge, Kollektiv nach unten plus zyklisch nach hinten oder Kollektiv nach oben plus zyklisch vorwärts, führt zu Fluggeschwindigkeitsänderungen unter Beibehaltung einer konstanten Höhe. Die Pedale erfüllen sowohl in einem Helikopter als auch in einem Starrflügler die gleiche Funktion, um einen ausgeglichenen Flug aufrechtzuerhalten. Dies geschieht durch eine Pedaleingabe in die Richtung, die notwendig ist, um den Ball in der Turn- und Bankanzeige zu zentrieren .

Verwendet

Ein HH-65 Dolphin , der die Fähigkeit zur Rettung von Hebezeugen demonstriert

Aufgrund der Betriebseigenschaften des Hubschraubers – seiner Fähigkeit, vertikal zu starten und zu landen und über längere Zeiträume zu schweben, sowie der Flugeigenschaften des Flugzeugs bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten – wurde er ausgewählt, um Aufgaben zu erfüllen, die zuvor nicht möglich waren mit anderen Flugzeugen möglich waren oder am Boden zeit- oder arbeitsintensiv waren. Heutzutage umfasst der Einsatz von Hubschraubern unter anderem den Transport von Personen und Fracht, militärische Zwecke, Bau, Brandbekämpfung, Suche und Rettung , Tourismus , medizinischer Transport, Strafverfolgung, Landwirtschaft, Nachrichten und Medien sowie Luftbeobachtung .

Ein Helikopter, der zum Transport von Lasten verwendet wird, die an langen Seilen oder Schlingen befestigt sind, wird als Luftkran bezeichnet . Luftkräne werden verwendet, um schwere Geräte wie Funktürme und große Klimaanlagen auf den Dächern von hohen Gebäuden zu platzieren, oder wenn ein Gegenstand in einem abgelegenen Bereich angehoben werden muss, wie z Hügel oder Berg. Hubschrauber werden in der Holzindustrie als Luftkräne verwendet, um Bäume aus dem Gelände zu heben, in dem Fahrzeuge nicht fahren können und wo Umweltbedenken den Bau von Straßen verbieten. Diese Vorgänge werden als Langleine bezeichnet, da die lange, einzelne Schlinge zum Tragen der Last verwendet wird.

Der größte Einzelhubschraubereinsatz ohne Kampfhubschrauber in der Geschichte war der Katastrophenschutzeinsatz nach der Atomkatastrophe von Tschernobyl 1986 . Hunderte von Piloten waren an Abwurf- und Beobachtungsmissionen beteiligt und führten mehrere Monate lang täglich Dutzende von Einsätzen durch.

Helitack “ ist der Einsatz von Hubschraubern zur Bekämpfung von Waldbränden . Die Helikopter werden zur Brandbekämpfung aus der Luft (Wasserbombardierung) eingesetzt und können mit Panzern oder Hubschraubern ausgerüstet sein . Hubschrauber, wie der Bambi-Eimer, werden normalerweise befüllt, indem der Eimer in Seen, Flüsse, Stauseen oder tragbare Tanks eingetaucht wird. An Hubschraubern angebrachte Tanks werden aus einem Schlauch gefüllt, während der Hubschrauber am Boden ist oder Wasser aus Seen oder Reservoirs durch einen hängenden Schnorchel abgesaugt wird, während der Hubschrauber über der Wasserquelle schwebt. Helitack Hubschrauber werden auch verwendet , um die Feuerwehr zu liefern, die rappel hinunter zu unzugänglichen Bereichen und auf Nachlieferung Feuerwehr. Zu den gängigen Feuerwehrhubschraubern gehören Varianten des Bell 205 und des Erickson S-64 Aircrane Helitanker.

Eine Bell 205 lässt Wasser auf ein Feuer fallen

Helikopter werden als Rettungsflugzeuge zur medizinischen Notfallversorgung in Situationen eingesetzt, in denen ein Rettungswagen den Einsatzort nicht einfach oder schnell erreichen oder den Patienten nicht rechtzeitig zu einer medizinischen Einrichtung transportieren kann. Hubschrauber werden auch verwendet, wenn Patienten zwischen medizinischen Einrichtungen transportiert werden müssen und der Lufttransport die praktischste Methode ist. Ein Rettungshubschrauber ist ausgestattet, um einen Patienten während des Fluges zu stabilisieren und begrenzt medizinisch zu behandeln. Der Einsatz von Hubschraubern als Krankenwagen wird oft als „ MEDEVAC “ bezeichnet, und Patienten werden als „airlifted“ oder „medevaced“ bezeichnet. Diese Verwendung wurde im Koreakrieg eingeführt , als die Zeit, um eine medizinische Einrichtung zu erreichen, von den acht Stunden, die im Zweiten Weltkrieg benötigt wurden , auf drei Stunden und durch den Vietnamkrieg auf zwei Stunden verkürzt wurde .

Polizeibehörden und andere Strafverfolgungsbehörden setzen Helikopter ein , um Verdächtige zu verfolgen. Da Hubschrauber ein einzigartiges Luftbild erzielen können, werden sie oft in Verbindung mit der Polizei vor Ort eingesetzt, um die Standorte und Bewegungen von Verdächtigen zu melden. Sie werden oft mit Beleuchtungs- und Wärmesensorausrüstung für Nachtjagden ausgestattet.

Ein NHI NH90 (NH205) Hubschrauber der finnischen Streitkräfte

Militärs setzen Kampfhubschrauber ein , um Luftangriffe auf Bodenziele durchzuführen. Solche Hubschrauber sind mit Raketenwerfern und Miniguns ausgestattet . Transporthubschrauber werden eingesetzt, um Truppen und Nachschub dort zu befördern, wo die fehlende Landebahn den Transport mit Starrflüglern unmöglich machen würde. Der Einsatz von Transporthubschraubern, um Truppen als Angriffstruppe auf ein Ziel zu bringen, wird als „ Luftangriff “ bezeichnet. Unbemannte Flugsysteme (UAS) Hubschraubersysteme unterschiedlicher Größe werden von Unternehmen für militärische Aufklärungs- und Überwachungsaufgaben entwickelt . Seestreitkräfte verwenden auch Hubschrauber mit Tauchsonar für die U-Boot-Abwehr , da sie von kleinen Schiffen aus operieren können.

Ölgesellschaften chartern Hubschrauber, um Arbeiter und Teile schnell zu abgelegenen Bohrplätzen auf See oder an abgelegenen Orten zu transportieren. Der Geschwindigkeitsvorteil gegenüber Booten macht die hohen Betriebskosten von Hubschraubern wirtschaftlich, um sicherzustellen, dass Ölplattformen weiterhin funktionieren. Verschiedene Unternehmen haben sich auf diese Art von Operation spezialisiert.

Die NASA entwickelt den Mars Helicopter , einen 1,8 kg schweren Helikopter, der 2020 zur Vermessung des Mars (zusammen mit einem Rover) gestartet werden soll. Da die Marsatmosphäre 100-mal dünner ist als die der Erde, drehen sich ihre beiden Rotorblätter mit fast 3.000 Umdrehungen pro Minute, ungefähr 10 Mal schneller als die eines terrestrischen Hubschraubers.

Markt

Ein Sikorsky S-64 Skycrane hebt ein Fertighaus an

Im Jahr 2017 wurden 926 Zivilhubschrauber für 3,68 Milliarden US-Dollar verschifft, angeführt von Airbus Helicopters mit 1,87 Milliarden US-Dollar für 369 Drehflügler, Leonardo Helicopters mit 806 Millionen US-Dollar für 102 (nur in den ersten drei Quartalen), Bell Helicopter mit 696 Millionen US-Dollar für 132, dann Robinson Helicopter mit 161 Millionen Dollar für 305.

Bis Oktober 2018 wurde die Flotte von 38.570 in Betrieb befindlichen und gelagerten Hubschraubern mit zivilen oder staatlichen Betreibern angeführt von Robinson Helicopter mit 24,7%, gefolgt von Airbus Helicopters mit 24,4%, dann Bell mit 20,5 und Leonardo mit 8,4%, Russian Helicopters mit 7,7%. Sikorsky Aircraft mit 7,2%, MD Helicopters mit 3,4% und sonstige mit 2,2%. Das am weitesten verbreitete Modell ist der Kolben Robinson R44 mit 5.600, dann der H125/ AS350 mit 3.600 Einheiten, gefolgt von der Bell 206 mit 3.400. Die meisten waren in Nordamerika mit 34,3%, dann in Europa mit 28,0%, gefolgt von Asien-Pazifik mit 18,6%, Lateinamerika mit 11,6%, Afrika mit 5,3% und dem Nahen Osten mit 1,7%.

Geschichte

Frühes Design

Die frühesten Hinweise auf den Vertikalflug kamen aus China. Seit etwa 400 v. Chr. spielen chinesische Kinder mit fliegenden Bambusspielzeugen (oder chinesischen Kreiseln). Dieser Bambuskopter wird durch Rollen eines an einem Rotor befestigten Stabes gesponnen. Das Drehen erzeugt Auftrieb und das Spielzeug fliegt, wenn es losgelassen wird. Das 4. Jahrhundert AD daoistischen Buch Baopuzi von Ge Hong (抱朴子„Meister, Umarmt Einfachheit“) Berichten zufolge einige der Ideen eigen Drehflügler beschreibt.

Designs, die dem chinesischen Hubschrauberspielzeug ähneln, tauchten in einigen Renaissance-Gemälden und anderen Werken auf. Im 18. und frühen 19. Jahrhundert entwickelten westliche Wissenschaftler Flugmaschinen auf Basis des chinesischen Spielzeugs.

Erst in den frühen 1480er Jahren, als der italienische Universalgelehrte Leonardo da Vinci einen Entwurf für eine Maschine entwarf, die man als „ Luftschraube “ bezeichnen könnte, wurden alle aufgezeichneten Fortschritte in Richtung Vertikalflug gemacht. Seine Notizen deuteten darauf hin, dass er kleine Flugmodelle baute, aber es gab keine Hinweise darauf, dass der Rotor das Flugzeug nicht in Drehung versetzte. Als die wissenschaftlichen Erkenntnisse wuchsen und akzeptierter wurden, verfolgten die Menschen weiterhin die Idee des Vertikalflugs.

Im Juli 1754 hatte der Russe Mikhail Lomonosov ein kleines Koaxialgerät nach dem Vorbild der chinesischen Spitze entwickelt, das jedoch von einer aufgezogenen Federvorrichtung angetrieben wurde, und es der Russischen Akademie der Wissenschaften demonstriert . Es wurde von einer Feder angetrieben und wurde als Methode zum Heben von meteorologischen Instrumenten vorgeschlagen. 1783 verwendeten Christian de Launoy und sein Mechaniker Bienvenu eine koaxiale Version des chinesischen Kreisels in einem Modell, das aus gegenläufigen Truthahnflugfedern als Rotorblätter bestand, und demonstrierten es 1784 der Französischen Akademie der Wissenschaften . Sir George Cayley , beeinflusst von einer kindlichen Faszination für das chinesische fliegende Kreisel, entwickelte ein Federmodell, ähnlich dem von Launoy und Bienvenu, aber mit Gummibändern angetrieben. Bis zum Ende des Jahrhunderts war er dazu übergegangen, Zinnbleche für Rotorblätter und Federn für den Antrieb zu verwenden. Seine Schriften über seine Experimente und Modelle sollten auf zukünftige Luftfahrtpioniere einflussreich werden. Alphonse Pénaud entwickelte später 1870 koaxiales Rotormodell-Helikopterspielzeug, das ebenfalls von Gummibändern angetrieben wurde. Eines dieser Spielzeuge, ein Geschenk ihres Vaters, sollte die Brüder Wright dazu inspirieren , den Traum vom Fliegen zu verwirklichen.

Experimenteller Hubschrauber von Enrico Forlanini , 1877

1861 wurde das Wort "Hubschrauber" von Gustave de Ponton d'Amécourt geprägt , einem französischen Erfinder, der ein kleines dampfbetriebenes Modell demonstrierte. Obwohl das Modell als innovative Verwendung eines neuen Metalls, Aluminium, gefeiert wurde, hob es sich nie vom Boden ab. D'Amecourts linguistischer Beitrag würde überleben, um schließlich den vertikalen Flug zu beschreiben, den er sich vorgestellt hatte. Dampfkraft war auch bei anderen Erfindern beliebt. 1878 erreichte das unbemannte Fahrzeug des Italieners Enrico Forlanini , das ebenfalls von einer Dampfmaschine angetrieben wurde, eine Höhe von 12 Metern (39 Fuß), wo es nach einem Senkrechtstart etwa 20 Sekunden lang schwebte. Das dampfbetriebene Design von Emmanuel Dieuaide verfügte über gegenläufige Rotoren, die durch einen Schlauch von einem Kessel am Boden angetrieben wurden. 1887 baute und flog der Pariser Erfinder Gustave Trouvé einen kabelgebundenen elektrischen Modellhubschrauber.

Im Juli 1901 fand in Berlin-Schöneberg der Jungfernflug des Hubschraubers von Hermann Ganswindt statt; Dies war wahrscheinlich der erste motorbetriebene Flug, der schwerer als Luft war und Menschen beförderte. Ein Film über das Ereignis wurde von Max Skladanowsky aufgenommen , aber er bleibt verschollen .

Im Jahr 1885 erhielt Thomas Edison von James Gordon Bennett Jr. 1.000 US-Dollar (das entspricht heute 29.000 US-Dollar) , um Experimente zur Entwicklung des Fluges durchzuführen. Edison baute einen Hubschrauber und benutzte das Papier für einen Börsenticker, um Schießbaumwolle herzustellen , mit der er versuchte, einen Verbrennungsmotor anzutreiben . Der Hubschrauber wurde durch Explosionen beschädigt und einer seiner Arbeiter wurde schwer verbrannt. Edison berichtete, dass es einen Motor mit einem Verhältnis von drei bis vier Pfund pro produzierter PS braucht, um erfolgreich zu sein, basierend auf seinen Experimenten. Ján Bahýľ , ein slowakischer Erfinder, passte den Verbrennungsmotor an, um sein Hubschraubermodell anzutreiben, das 1901 eine Höhe von 0,5 Metern (1,6 Fuß) erreichte. Am 5. Mai 1905 erreichte sein Hubschrauber eine Höhe von 4 Metern (13 Fuß) und flog für über 1.500 Meter (4.900 Fuß). Im Jahr 1908 patentierte Edison sein eigenes Design für einen Hubschrauber, der von einem Benzinmotor angetrieben wurde und dessen Kastendrachen mit Kabeln für einen Rotor an einem Mast befestigt waren, aber er flog nie.

Erste Flüge

1906 begannen zwei französische Brüder, Jacques und Louis Breguet , mit Tragflächen für Hubschrauber zu experimentieren. Im Jahr 1907 führten diese Experimente zum Gyroplane No.1 , möglicherweise als das früheste bekannte Beispiel eines Quadrocopters. Obwohl es eine gewisse Unsicherheit bezüglich des Datums gibt, hob der Tragschrauber Nr. 1 irgendwann zwischen dem 14. August und dem 29. September 1907 seinen Piloten etwa 0,6 Meter lang für eine Minute in die Luft. Der Tragschrauber Nr.  1 erwies sich als extrem instabil und erforderte einen Mann an jeder Ecke der Zelle, um ihn stabil zu halten. Aus diesem Grund gelten die Flüge des  Tragschraubers Nr. 1 als erster bemannter Flug eines Helikopters, jedoch nicht als freier oder ungebundener Flug.

Paul Cornus Hubschrauber, 1907

Im selben Jahr entwarf und baute der französische Erfinder Paul Cornu den Cornu-Hubschrauber, der zwei 6,1 Meter (20 ft) lange gegenläufige Rotoren verwendet, die von einem 24 PS (18 kW) Antoinette- Motor angetrieben werden. Am 13. November 1907 hob es seinen Erfinder auf 0,3 Meter und blieb 20 Sekunden in der Luft. Auch wenn dieser Flug den Flug des Gyroplane No. 1 nicht übertraf, war es der erste wirklich freie Flug mit einem Piloten. Cornus Helikopter absolvierte einige weitere Flüge und erreichte eine Höhe von fast 2,0 Metern (6,5 ft), erwies sich jedoch als instabil und wurde aufgegeben.

1911 patentierte der slowenische Philosoph und Ökonom Ivan Slokar eine Hubschrauberkonfiguration.

Der dänische Erfinder Jacob Ellehammer baute 1912 den Ellehammer-Helikopter . Er bestand aus einem Rahmen, der mit zwei gegenläufig rotierenden Scheiben ausgestattet war, von denen jede um ihren Umfang mit sechs Flügeln ausgestattet war. Nach Indoor-Tests wurde das Flugzeug im Freien vorgeführt und machte mehrere Freistarts. Die Experimente mit dem Hubschrauber dauerten bis September 1916, als er beim Start umkippte und seine Rotoren zerstörte.

Während des Ersten Weltkriegs entwickelte Österreich-Ungarn den PKZ , einen experimentellen Hubschrauberprototyp mit zwei gebauten Flugzeugen.

Frühe Entwicklung

Stummfilm von einem Testflug des Hubschraubers von Pescara, 1922. EYE Film Institute Niederlande .

In den frühen 1920er Jahren demonstrierte der Argentinier Raúl Pateras-Pescara de Castelluccio während seiner Arbeit in Europa eine der ersten erfolgreichen Anwendungen von zyklischem Pech. Koaxiale, gegenläufige Doppeldecker-Rotoren könnten verzogen werden, um den von ihnen erzeugten Auftrieb zyklisch zu erhöhen und zu verringern. Die Rotornabe könnte auch um einige Grad nach vorne geneigt werden, sodass sich das Flugzeug vorwärts bewegen kann, ohne dass ein separater Propeller es drückt oder zieht. Auch Pateras-Pescara konnte das Prinzip der Autorotation demonstrieren . Im Januar 1924 wurde der Hubschrauber Nr.  1 von Pescara getestet, aber es wurde festgestellt, dass er untermotorisiert war und sein eigenes Gewicht nicht heben konnte. Sein 2F schnitt besser ab und stellte einen Rekord auf. Die britische Regierung finanzierte weitere Forschungen von Pescara, die zum Hubschrauber Nr. 3 führten, der von einem 250-PS-Sternmotor (190 kW) angetrieben wurde und bis zu zehn Minuten fliegen konnte.

Im März 1923 berichtete das Time Magazine , dass Thomas Edison Dr. George de Bothezaat zu einem erfolgreichen Helikopter-Testflug gratulierte. Edison schrieb: "Soweit ich weiß, haben Sie den ersten erfolgreichen Hubschrauber produziert." Der Hubschrauber wurde auf McCook's Field getestet und blieb 2 Minuten und 45 Sekunden in einer Höhe von 15 Fuß in der Luft.

Am 14. April 1924 stellte der Franzose Étienne Oehmichen den ersten von der Fédération Aéronautique Internationale (FAI) anerkannten Helikopter-Weltrekord auf, der seinen Quadrotor-Helikopter 360 Meter flog . Am 18.  April 1924 schlug Pescara Oemichens Rekord und flog in 4 Minuten und 11 Sekunden (etwa 13 km/h oder 8 mph) über eine Distanz von 736 Metern (fast 0,80 Kilometer) von 1,8 Metern (6 Fuß). Am 4.  Mai absolvierte Oehmichen den ersten ein Kilometer (0,62 Meilen) geschlossenen Hubschrauberflug in 7 Minuten 40 Sekunden mit seiner Nr. 2-Maschine.

In den USA baute George de Bothezat den Quadrotor-Hubschrauber de Bothezat für den United States Army Air Service, aber die Armee brach das Programm 1924 ab und das Flugzeug wurde verschrottet.

Albert Gillis von Baumhauer , ein niederländischer Luftfahrtingenieur, begann 1923 mit dem Studium des Drehflügler-Designs. Sein erster Prototyp "flog" ("hüpfte" und schwebte in der Realität) am 24. September 1925 mit Kapitän Floris Albert van Heijst der niederländischen Armee-Luftwaffe an der kontrolliert. Die von van Heijst verwendeten Steuerungen waren von Baumhauers Erfindungen, die zyklische und kollektive . Für seine zyklischen und kollektiven Steuerungen wurden von Baumhauer am 31.  Januar 1927 vom britischen Luftfahrtministerium unter der Patentnummer 265.272 Patente erteilt.

1927 baute Engelbert Zaschka aus Deutschland einen mit zwei Rotoren ausgestatteten Hubschrauber, bei dem ein Gyroskop zur Erhöhung der Stabilität diente und als Energiespeicher für einen Gleitflug zur Landung dient. Zaschkas Flugzeug, der erste Helikopter, der jemals so erfolgreich im Miniaturformat funktionierte, hebt und senkt sich nicht nur vertikal, sondern kann in jeder Höhe stationär bleiben.

1928 konstruierte der ungarische Luftfahrtingenieur Oszkár Asbóth einen Hubschrauber-Prototyp, der mindestens 182 Mal startete und landete, mit einer maximalen Einzelflugdauer von 53 Minuten.

1930 baute der italienische Ingenieur Corradino D'Ascanio seinen D'AT3, einen Koaxialhubschrauber. Seine relativ große Maschine hatte zwei gegenläufige Rotoren mit zwei Blättern. Die Kontrolle wurde durch die Verwendung von Hilfsflügeln oder Servo-Laschen an den Hinterkanten der Blätter erreicht, ein Konzept, das später von anderen Hubschrauberdesignern, darunter Bleeker und Kaman, übernommen wurde. Drei kleine Propeller, die an der Flugzeugzelle montiert waren, wurden für zusätzliche Nick-, Roll- und Giersteuerung verwendet. Der D'AT3 hielt bescheidene FAI-Geschwindigkeits- und Höhenrekorde für die Zeit, einschließlich Höhe (18 m oder 59 ft), Dauer (8 Minuten 45 Sekunden) und geflogener Distanz (1.078 m oder 3.540 ft).

Erste praktische Drehflügler

Spanisch Luftfahrt - Ingenieur und Pilot Juan de la Cierva erfand die autogyro in den frühen 1920er Jahren, die ersten praktischen Drehflügler werden. 1928 flog de la Cierva erfolgreich einen Tragschrauber über den Ärmelkanal, von London nach Paris. 1934 war ein Tragschrauber der erste Drehflügler, der erfolgreich auf dem Deck eines Schiffes startete und landete. Im selben Jahr wurde der Tragschrauber vom spanischen Militär während des Aufstands in Asturien eingesetzt und war der erste militärische Einsatz eines Drehkreuzers. Autogyros wurden vor der Erfindung des Hubschraubers auch in New Jersey und Pennsylvania für die Zustellung von Post und Zeitungen eingesetzt. Obwohl es an echter Vertikalflugfähigkeit fehlt, bilden die Arbeiten am Tragschrauber die Grundlage für die Hubschrauberanalyse.

Erfolg mit Einzelhub-Rotor

In der Sowjetunion konstruierten und flogen Boris N. Yuriev und Alexei M. Cheremukhin, zwei Luftfahrtingenieure, die am Tsentralniy Aerogidrodinamicheskiy Institut (TsAGI oder das Central Aerohydrodynamic Institute) arbeiten, den TsAGI 1-EA Single Hub-Rotor-Hubschrauber, der ein offener Rohrrahmen, ein vierblättriger Hauptauftriebsrotor und zwei Sätze von 1,8 Meter (5,9 Fuß) Durchmesser, zweiblättrige Anti-Torque-Rotoren: ein Satz von zwei an der Nase und ein Satz von zwei am Heck. Angetrieben von zwei M-2-Triebwerken, höher bewerteten Kopien des Gnome Monosoupape 9 Typ B-2 100 CV- Rotationsmotors des Ersten Weltkriegs, führte die TsAGI 1-EA mehrere Flüge in geringer Höhe durch. Am 14. August 1932 gelang es Cheremukhin, die 1-EA auf eine inoffizielle Höhe von 605 Metern (1.985 Fuß) zu bringen, was d'Ascanios frühere Leistung zunichte machte. Da die Sowjetunion jedoch noch kein Mitglied der FAI war , blieb Cheremukhins Akte unerkannt.

Nicolas Florine , ein russischer Ingenieur, baute die erste Doppel-Tandem-Rotor-Maschine, die einen Freiflug durchführte. Es flog im April 1933 in Sint-Genesius-Rode im Laboratoire Aérotechnique de Belgique (heute von Karman Institute ) und erreichte eine Höhe von sechs Metern (20 Fuß) und eine Ausdauer von acht Minuten. Florine wählte eine gleichläufige Konfiguration, da sich die Kreiselstabilität der Rotoren nicht aufheben würde. Daher mussten die Rotoren leicht in entgegengesetzte Richtungen gekippt werden, um dem Drehmoment entgegenzuwirken. Die Verwendung von gelenklosen Rotoren und Mitrotation minimierte auch die Belastung des Rumpfes. Zu dieser Zeit war er einer der stabilsten Hubschrauber, die es gab.

Das Bréguet-Dorand Gyroplane Laboratoire wurde 1933 gebaut. Es war ein gegenläufiger Koaxialhubschrauber. Nach vielen Bodentests und einem Unfall startete es am 26. Juni 1935 zum ersten Mal. Innerhalb kurzer Zeit stellte das Flugzeug mit dem Piloten Maurice Claisse am Steuer Rekorde auf. Am 14. Dezember 1935 stellte er mit einem Durchmesser von 500 Metern (1.600 Fuß) einen Rekord für den Rundflug auf. Im nächsten Jahr, am 26. September 1936, stellte Claisse einen Höhenrekord von 158 Metern auf. Und schließlich, am 24. November 1936, stellte er mit 44,7 Stundenkilometern einen Flugdauerrekord von einer Stunde, zwei Minuten und 50 Sekunden über einen 44 Kilometer langen geschlossenen Rundkurs auf. Das Flugzeug wurde 1943 durch einen alliierten Luftangriff auf den Flughafen Villacoublay zerstört .

Amerikanische Einläufer-Anfänge

Der amerikanische Erfinder Arthur M. Young begann 1928 mit der Arbeit an Modellhubschraubern mit umgebauten elektrischen Schwebemotoren zum Antrieb des Rotorkopfes. Young erfand den Stabilisator und ließ ihn kurz darauf patentieren. Ein gemeinsamer Freund stellte Young Lawrence Dale vor, der ihn, als er seine Arbeit sah, bat, bei Bell Aircraft einzutreten. Als Young 1941 bei Bell ankam, unterzeichnete er sein Patent und begann mit der Arbeit am Hubschrauber. Sein Budget betrug 250.000 US-Dollar (das entspricht heute 4,4 Millionen US-Dollar), um zwei funktionierende Hubschrauber zu bauen. In nur sechs Monaten stellten sie das erste Bell Model 1 fertig, aus dem das Bell Model 30 hervorging und später das Bell 47 folgte.

Geburt einer Branche

Igor Sikorsky und der erste in Serie produzierte Hubschrauber, der Sikorsky R-4 , 1944

Heinrich Focke von Focke-Wulf hatte von der Cierva Autogiro Company eine Lizenz erworben , die laut Frank Kingston Smith Sr. "das vollständig steuerbare zyklische/kollektive Pitch-Hub-System" beinhaltete. Im Gegenzug erhielt Cierva Autogiro eine Kreuzlizenz zum Bau der Focke-Achgelis-Hubschrauber. Focke entwarf den weltweit ersten praktischen Quer-Doppelrotor- Hubschrauber, den Focke-Wulf Fw 61 , der im Juni 1936 zum ersten Mal flog. h). Die Autogiro-Entwicklung wurde nun durch einen Fokus auf Helikopter umgangen.

Während des Zweiten Weltkriegs setzte Nazi-Deutschland in geringer Zahl Hubschrauber zur Beobachtung, zum Transport und zur medizinischen Evakuierung ein. Der Synchropter Flettner Fl 282 Kolibri — mit der gleichen Grundkonfiguration wie Anton Flettners eigener bahnbrechender Fl 265 — wurde im Mittelmeer eingesetzt, während der Doppelrotorhubschrauber Focke Achgelis Fa 223 Drache in Europa eingesetzt wurde. Umfangreiche Bombardierungen der alliierten Streitkräfte verhinderten , dass Deutschland während des Krieges Hubschrauber in großen Mengen produzieren konnte.

In den Vereinigten Staaten bewarben sich der in Russland geborene Ingenieur Igor Sikorsky und Wynn Laurence LePage um die Produktion des ersten Hubschraubers des US-Militärs. LePage erhielt die Patentrechte zur Entwicklung von Hubschraubern nach dem Muster der Fw 61 und baute die XR-1 . In der Zwischenzeit entschied sich Sikorsky für ein einfacheres Einzelrotor-Design, den VS-300 , der sich als der erste praktische Einzelhubrotor-Hubschrauber-Design herausstellte. Nachdem Sikorsky mit Konfigurationen experimentiert hatte, um dem vom einzelnen Hauptrotor erzeugten Drehmoment entgegenzuwirken, entschied sich Sikorsky für einen einzelnen, kleineren Rotor, der am Heckausleger montiert war.

Entwickelt aus der VS-300, war Sikorskys R-4 der erste in Großserie hergestellte Hubschrauber mit einem Produktionsauftrag über 100 Flugzeuge. Die R-4 war der einzige Hubschrauber der Alliierten, der im Zweiten Weltkrieg hauptsächlich für Such- und Rettungseinsätze (von der USAAF 1st Air Commando Group ) im Burma-Feldzug diente ; in Alaska; und in anderen Gebieten mit unwegsamem Gelände. Die Gesamtproduktion erreichte 131 Hubschrauber, bevor der R-4 durch andere Sikorsky-Hubschrauber wie den R-5 und den R-6 ersetzt wurde . Insgesamt produzierte Sikorsky vor dem Ende des Zweiten Weltkriegs über 400 Hubschrauber.

Während LePage und Sikorsky ihre Hubschrauber für das Militär gebaut, Bell - Flugzeuge gemietet Arthur Young zum Aufbau eines Hubschraubers Youngs mit Zweiblatt wippend Rotor - Design, das einen gewichteten verwendet Stabilisator in einem 90 ° Winkel zu den Rotorblättern angeordnet. Der nachfolgende Helikopter Model 30 zeigte die Einfachheit und Benutzerfreundlichkeit des Designs. Das Modell 30 wurde zur Bell 47 weiterentwickelt , die als erster Hubschrauber für den zivilen Einsatz in den Vereinigten Staaten zugelassen wurde. Die in mehreren Ländern produzierte Bell 47 war fast 30 Jahre lang das beliebteste Hubschraubermodell.

Turbinenalter

Auf Drängen seiner Kontakte zum Marineministerium modifizierte Charles Kaman 1951 seinen K-225- Synchropter – ein Entwurf für ein Zweirotor-Hubschrauberkonzept, das erstmals 1939 von Anton Flettner mit dem oben erwähnten Kolbenmotor Fl 265 entwickelt wurde Design in Deutschland – mit einem neuartigen Motor, dem Turboshaft- Motor. Diese Anpassung des Turbinentriebwerks verschaffte dem Helikopter von Kaman eine große Leistung bei einem geringeren Gewichtsverlust als Kolbentriebwerke mit ihren schweren Motorblöcken und Hilfskomponenten. Am 11.  Dezember 1951 war die Kaman K-225 der erste Turbinenhubschrauber der Welt. Zwei Jahre später, am 26. März 1954, flog ein modifizierter Navy HTK-1, ein weiterer Kaman-Hubschrauber, als erster Doppelturbinenhubschrauber. Es war jedoch die Sud Aviation Alouette II , die der erste Hubschrauber mit einem Turbinentriebwerk wurde.

Zuverlässige Hubschrauber, die einen stabilen Schwebeflug ermöglichen, wurden Jahrzehnte nach den Starrflüglern entwickelt. Dies ist hauptsächlich auf höhere Anforderungen an die Triebwerksleistungsdichte als bei Starrflüglern zurückzuführen. Verbesserungen bei Treibstoffen und Motoren in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts waren ein entscheidender Faktor bei der Entwicklung von Hubschraubern. Die Verfügbarkeit leichter Turbowellentriebwerke in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts führte zur Entwicklung größerer, schnellerer und leistungsstärkerer Hubschrauber. Während kleinere und kostengünstigere Hubschrauber immer noch Kolbenmotoren verwenden, sind Turbowellenmotoren heute das bevorzugte Triebwerk für Hubschrauber.

Sicherheit

Eine Kamov Ka-50 der russischen Luftwaffe verwendet ein koaxiales Rotorsystem

Höchstgeschwindigkeitsbegrenzung

Es gibt mehrere Gründe, warum ein Hubschrauber nicht so schnell fliegen kann wie ein Starrflügler. Wenn der Helikopter schwebt, bewegen sich die äußeren Spitzen des Rotors mit einer Geschwindigkeit, die durch die Länge des Blattes und die Rotationsgeschwindigkeit bestimmt wird. Bei einem sich bewegenden Helikopter hängt die Geschwindigkeit der Rotorblätter relativ zur Luft jedoch sowohl von der Geschwindigkeit des Helikopters als auch von deren Rotationsgeschwindigkeit ab. Die Fluggeschwindigkeit des vorlaufenden Rotorblattes ist viel höher als die des Helikopters selbst. Es ist möglich, dass dieses Blatt die Schallgeschwindigkeit überschreitet und somit einen erheblich erhöhten Widerstand und Vibrationen erzeugt.

Gleichzeitig erzeugt das vorlaufende Schild beim Vorwärtsfahren mehr Auftrieb, das sich zurückziehende Schild weniger Auftrieb. Wenn das Flugzeug auf die Luftgeschwindigkeit beschleunigen würde, mit der sich die Blattspitzen drehen, strömt das zurücklaufende Blatt durch die Luft, die sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Blatt bewegt, und erzeugt überhaupt keinen Auftrieb, was zu sehr hohen Drehmomentbelastungen auf die zentrale Welle führt, die die sich zurückziehende Blattseite des Fahrzeugs nach unten kippen und zum Verlust der Kontrolle führen. Zwei gegenläufige Klingen verhindern diese Situation, da sie zwei vorlaufende und zwei sich zurückziehende Klingen mit ausgeglichenen Kräften haben.

Da das vorlaufende Blatt eine höhere Fluggeschwindigkeit als das sich zurückziehende Blatt hat und eine Asymmetrie des Auftriebs erzeugt , sind Rotorblätter so konstruiert, dass sie "flattern" - also anheben und verdrehen, so dass das vorlaufende Blatt nach oben schlägt und einen kleineren Anstellwinkel entwickelt. Umgekehrt schlägt das sich zurückziehende Blatt nach unten, entwickelt einen höheren Anstellwinkel und erzeugt mehr Auftrieb. Bei hohen Geschwindigkeiten ist die Kraft auf die Rotoren so groß, dass sie übermäßig "flattern", und das sich zurückziehende Blatt kann einen zu großen Winkel erreichen und zum Stillstand kommen. Aus diesem Grund wird der maximalen sicheren Vorwärtsfluggeschwindigkeit eines Hubschraubers eine Auslegungsbewertung mit der Bezeichnung V NE , Geschwindigkeit, niemals überschritten . Darüber hinaus ist es für den Hubschrauber möglich, mit einer Fluggeschwindigkeit zu fliegen, bei der ein übermäßiger Anteil des sich zurückziehenden Blatts zum Stillstand kommt, was zu starken Vibrationen, Aufnicken und Rollen in das sich zurückziehende Blatt führt.

Lärm

Ein Eurocopter EC120 Hubschrauber demonstriert seine Wendigkeit mit einer Barrel Roll

In den letzten Jahren des 20. Jahrhunderts begannen die Konstrukteure, an der Lärmminderung von Hubschraubern zu arbeiten . Städtische Gemeinden haben oft große Abneigung gegen laute Luftfahrt oder laute Flugzeuge geäußert, und Polizei- und Passagierhubschrauber können wegen des Geräuschs unbeliebt sein. Die Neugestaltungen folgten der Schließung einiger Hubschrauberlandeplätze in der Stadt und Maßnahmen der Regierung, um Flugrouten in Nationalparks und anderen Orten von natürlicher Schönheit einzuschränken.

Vibration

Um Vibrationen zu reduzieren, verfügen alle Helikopter über Rotoreinstellungen für Höhe und Gewicht. Ein falsch eingestellter Helikopter kann leicht so stark vibrieren, dass er sich selbst zerrüttet. Die Blatthöhe wird durch Ändern der Blattsteigung eingestellt. Das Gewicht wird durch Hinzufügen oder Entfernen von Gewichten am Rotorkopf und/oder an den Blattendkappen angepasst. Die meisten haben auch Schwingungsdämpfer für Höhe und Neigung. Einige verwenden auch mechanische Rückkopplungssysteme, um Vibrationen zu erfassen und ihnen entgegenzuwirken. Normalerweise verwendet das Rückkopplungssystem eine Masse als "stabile Referenz" und ein Gestänge von der Masse betätigt eine Klappe, um den Anstellwinkel des Rotors einzustellen , um den Vibrationen entgegenzuwirken. Die Einstellung kann teilweise schwierig sein, weil die Messung der Schwingung schwierig ist und normalerweise hochentwickelte Beschleunigungsmesser erfordert, die in der gesamten Flugzeugzelle und in den Getrieben montiert sind. Das gebräuchlichste Messsystem für die Blattschwingungseinstellung ist die Verwendung einer Stroboskop-Blitzlampe und das Beobachten von lackierten Markierungen oder farbigen Reflektoren an der Unterseite der Rotorblätter. Das traditionelle Low-Tech-System besteht darin, farbige Kreide auf die Rotorspitzen zu bringen und zu sehen, wie sie ein Leinentuch markieren. Health and Usage Monitoring Systems (HUMS) bieten Schwingungsüberwachung und Rotor-Track-and-Balance-Lösungen zur Begrenzung von Schwingungen. Getriebevibrationen erfordern meistens eine Überholung oder einen Austausch des Getriebes. Getriebe- oder Antriebsstrangvibrationen können für einen Piloten äußerst schädlich sein. Die schwerwiegendsten Auswirkungen sind Schmerzen, Taubheitsgefühl und Verlust der taktilen Unterscheidungskraft oder der Fingerfertigkeit.

Verlust der Heckrotorwirkung

Bei einem Standardhubschrauber mit einem einzigen Hauptrotor erzeugen die Spitzen der Hauptrotorblätter einen Wirbelring in der Luft, der ein spiralförmiger und kreisförmig rotierender Luftstrom ist. Wenn sich das Fahrzeug vorwärts bewegt, verschwinden diese Wirbel hinter dem Fahrzeug.

Beim Schweben mit einem diagonalen Seitenwind nach vorne oder in einer diagonalen Vorwärtsrichtung richten sich die von den Hauptrotorblättern nachlaufenden Wirbel mit der Drehung des Heckrotors aus und verursachen eine Instabilität in der Flugsteuerung.

Wenn die mit dem Heckrotor kollidierenden Nachlaufwirbel in die gleiche Richtung drehen, führt dies zu einem Schubverlust des Heckrotors. Wenn sich die nachlaufenden Wirbel in die entgegengesetzte Richtung des Heckrotors drehen, wird der Schub erhöht. Um diese Instabilitäten auszugleichen, ist die Verwendung der Fußpedale erforderlich, um den Anstellwinkel des Heckrotors einzustellen.

Diese Probleme sind auf den freiliegenden Heckrotor zurückzuführen, der die offene Luft um das Heck des Fahrzeugs herum durchschneidet. Dieses Problem verschwindet, wenn das Heck stattdessen kanalisiert wird, indem ein im Heck eingeschlossenes Innenrad verwendet wird und ein Hochdruckluftstrahl seitlich aus dem Heck herausgeführt wird, da die Hauptrotorwirbel den Betrieb eines internen Laufrads nicht beeinträchtigen können.

Kritischer Windazimut

Bei einem Standardhubschrauber mit einem einzigen Hauptrotor stellt die Aufrechterhaltung eines stabilen Fluges bei Seitenwind ein zusätzliches Flugsteuerungsproblem dar, bei dem starker Seitenwind aus bestimmten Winkeln den Auftrieb der Hauptrotoren erhöht oder verringert. Dieser Effekt wird auch bei Windstille ausgelöst, wenn das Fahrzeug diagonal in verschiedene Richtungen bewegt wird, abhängig von der Drehrichtung des Hauptrotors.

Dies kann zu einem Kontrollverlust und einem Absturz oder einer harten Landung bei Betrieb in niedriger Höhe aufgrund des plötzlichen unerwarteten Verlusts des Auftriebs und unzureichender Zeit und Entfernung zum Erholen führen.

Übertragung

Konventionelle Drehflügler verwenden einen Satz komplexer mechanischer Getriebe, um die hohe Drehzahl von Gasturbinen in die niedrige Drehzahl umzuwandeln, die zum Antrieb von Haupt- und Heckrotoren erforderlich ist. Im Gegensatz zu Triebwerken können mechanische Getriebe nicht dupliziert werden (aus Gründen der Redundanz) und waren schon immer eine große Schwachstelle in der Zuverlässigkeit von Hubschraubern. Katastrophale Getriebeausfälle während des Fluges führen oft zu einem Verklemmen des Getriebes und anschließenden Todesfällen, während ein Verlust der Schmierung an Bord Feuer auslösen kann. Eine weitere Schwäche mechanischer Getriebe ist ihre vorübergehende Leistungsbegrenzung aufgrund von strukturellen Ermüdungsgrenzen. Jüngste EASA-Studien weisen darauf hin, dass Motoren und Getriebe die Hauptursache für Absturz kurz nach Pilotenfehlern sind.

Im Gegensatz dazu verwenden elektromagnetische Übertragungen keine sich berührenden Teile; daher kann die Schmierung drastisch vereinfacht oder eliminiert werden. Ihre inhärente Redundanz bietet eine gute Widerstandsfähigkeit gegenüber Single Point of Failure. Das Fehlen von Zahnrädern ermöglicht hohe Leistungstransienten ohne Auswirkungen auf die Lebensdauer. Das Konzept des Elektroantriebs für Hubschrauber und elektromagnetischen Antrieb wurde von Pascal Chretien verwirklicht , der den weltweit ersten manntragenden, frei fliegenden Elektrohubschrauber konstruiert, gebaut und geflogen hat. Das Konzept wurde vom konzeptionellen computergestützten Entwurfsmodell am 10. September 2010 bis zur ersten Erprobung bei 30% Leistung am 1. März 2011 – weniger als sechs Monate – übernommen. Das Flugzeug flog erstmals am 12. August 2011. Die gesamte Entwicklung wurde in Venelles, Frankreich, durchgeführt.

Gefahren

Wie bei jedem sich bewegenden Fahrzeug kann ein unsicherer Betrieb zum Verlust der Kontrolle, strukturellen Schäden oder zum Verlust von Menschenleben führen. Im Folgenden sind einige der potenziellen Gefahren für Hubschrauber aufgeführt:

  • Ein Absetzen mit Leistung liegt vor, wenn das Flugzeug nicht genügend Leistung hat, um seinen Sinkflug zu stoppen. Diese Gefahr kann sich zu einem Vortex-Ring-Zustand entwickeln, wenn sie nicht frühzeitig behoben wird.
  • Der Wirbelringzustand ist eine Gefahr, die durch eine Kombination aus niedriger Fluggeschwindigkeit, hoher Leistungseinstellung und hoher Sinkgeschwindigkeit verursacht wird. Rotorspitzenwirbel zirkulieren von der Hochdruckluft unter der Rotorscheibe zu Niederdruckluft über der Scheibe, so dass sich der Hubschrauber in seinem eigenen absteigenden Luftstrom absetzt. Das Hinzufügen von mehr Leistung erhöht die Luftzirkulationsrate und verschlimmert die Situation. Es wird manchmal mit dem Absetzen mit Macht verwechselt, aber sie sind aerodynamisch anders.
  • Ein Zurückziehen des Blattstalls tritt während des Hochgeschwindigkeitsflugs auf und ist der häufigste begrenzende Faktor für die Vorwärtsgeschwindigkeit eines Hubschraubers.
  • Bodenresonanz ist eine sich selbst verstärkende Schwingung, die auftritt, wenn der Vorlauf-/Nachlaufabstand der Blätter eines gelenkigen Rotorsystems unregelmäßig wird.
  • Low-G-Zustand ist ein abrupter Wechsel von einem positiven G-Kraft-Zustand zu einem negativen G-Kraft-Zustand, der zu einem Auftriebsverlust (unbelastete Scheibe) und anschließendem Überrollen führt. Wenn bei unbelasteter Scheibe ein zyklischer Rückwärtsgang angewendet wird, könnte der Hauptrotor gegen das Heck schlagen und einen katastrophalen Ausfall verursachen.
  • Dynamisches Überschlags , bei dem der Hubschrauber schwenkt um eine der Kufen und ‚zieht‘ sich auf die Seite (fast wie ein Starrflügler Erdschleifen ).
  • Antriebsstrangausfälle , insbesondere solche, die im schattierten Bereich des Höhen-Geschwindigkeits-Diagramms auftreten .
  • Heckrotorausfälle, die entweder durch eine mechanische Fehlfunktion des Heckrotorsteuerungssystems oder einen Verlust der Heckrotor-Schubautorität auftreten, wird als "Verlust der Heckrotor-Wirksamkeit" (LTE) bezeichnet.
  • Brownout bei staubigen Bedingungen oder Whiteout bei Schneebedingungen.
  • Eine niedrige Rotordrehzahl oder "Rotor-Droop" liegt vor, wenn das Triebwerk die Rotorblätter nicht mit ausreichender Drehzahl antreiben kann, um den Flug aufrechtzuerhalten.
  • Rotorüberdrehzahl, die die Pitchlager der Rotornabe überbeanspruchen kann (Brinelling) und, wenn sie stark genug ist, eine Blattablösung vom Flugzeug verursachen kann.
  • Draht- und Baumstreiks aufgrund von Operationen in geringer Höhe sowie Starts und Landungen an abgelegenen Orten.
  • Kontrollierter Flug ins Gelände, bei dem das Flugzeug aufgrund fehlender Situationswahrnehmung ungewollt in den Boden geflogen wird.
  • Mast stößt bei einigen Helikoptern

Liste der tödlichen Unfälle

Tödlichster Hubschrauberabsturz durch Todesopfer
Datum Operator Flugzeug Veranstaltung und Ort Zahl der Todesopfer
19. August 2002 Russland Mil Mi-26 Über Tschetschenien abgeschossen 127
9. Dezember 1982 Nicaragua Mil Mi-8 Von Sandinistan-Rebellen mit 88 Menschen abgeschossen. Alle 84 Passagiere wurden getötet und alle vier Besatzungsmitglieder überlebten. 84
4. Februar 1997 Israel Sikorsky CH-53 Seehengst (x2) Kollision über Israel 73
14. Dezember 1992 Russland (Russische Luftwaffe) Mil Mi-8 Trotz schwerer Eskorte von georgischen Truppen in Abchasien mit SA-14 MANPADs abgeschossen. Drei Besatzungsmitglieder und 58 Passagiere, hauptsächlich russische Flüchtlinge. 61
4. Oktober 1993 Georgia Mil Mi-8 Beim Transport von 60 Flüchtlingen aus Ostabchasien abgeschossen; alle an Bord wurden getötet. 60
10. Mai 1977 Israel CH-53 Absturz bei Yitav im Jordantal 54
8. Januar 1968 Vereinigte Staaten Sikorsky CH-53A Seehengst , USMC Absturz in der Nähe der Kampfbasis Đông Hà in Südvietnam . Alle fünf Besatzungsmitglieder und 41 Passagiere wurden getötet. 46
11. Juli 1972 Vereinigte Staaten Sikorsky CH-53D Seehengst , USMC Von einer Rakete in der Nähe von Quảng Trị in Südvietnam abgeschossen . Sechs US-Marines und 50 vietnamesische Marines an Bord. Drei US-Marines und 43 vietnamesische Marines wurden getötet. 46
11. September 1982 Vereinigte Staaten Boeing CH-47 Chinook , US-Armee Absturz bei einer Flugschau in Mannheim , dann in Westdeutschland . 46
6. November 1986 Britische internationale Hubschrauber Boeing 234LR Chinook Absturz auf den Shetlandinseln 45
28. Januar 1992 Aserbaidschan Mil Mi-8 Abschießen 44
3. Juli 2009 Pakistan (Pakistanische Armee) Mil Mi-17 Absturz 41
6. August 2011 Vereinigte Staaten CH-47 Chinook Abschuss , Afghanistan 38
18. August 1971 Vereinigte Staaten CH-47 Chinook, US-Armee Absturz bei Pegnitz , damals in Westdeutschland. Alle vier Besatzungsmitglieder und 33 Passagiere wurden getötet. 37
26. Januar 2005 Vereinigte Staaten Sikorsky CH-53E Superhengst , USMC Absturz in der Nähe von Ar Rutbah , Irak 31

Weltrekorde

Aufnahmetyp Aufzeichnen Hubschrauber Pilot(en) Datum Standort Notiz Referenz
Geschwindigkeit 400,87 km/h (249,09 mph) Westland Luchs John Trevor Egginton (Großbritannien) 11. August 1986 Vereinigtes Königreich
Distanz ohne Landung 3.561,55 km (2.213,04 Meilen) Hughes YOH-6A Robert G. Fähre (USA) 6. April 1966 Vereinigte Staaten
Geschwindigkeit um die Welt 136,7 km/h (84,9 mph) Agusta A109S Grand Scott Kasprowicz (USA) 18. August 2008 Von und nach New York City
über Europa, Russland, Alaska, Kanada
Kein Auftanken an Bord
Höchste Höhe ohne Nutzlast 12.442 m (40.820 Fuß) Aerospatiale Lama Jean Boulet (Frankreich) 21. Juni 1972 Frankreich
Höchste Flughöhe 11.010 m (36.120 Fuß) Sikorsky CH-54 Tarhe James K. Kirche 4. November 1971 Vereinigte Staaten
Höhe mit 40 Tonnen Nutzlast 2.255 m (7.398 Fuß) Mil V-12 Wassili Kolotschenko et al. 6. August 1969 UdSSR
Höchster Start (Turbine) 8.848 m (29.029 Fuß) Eurocopter AS350 Didier Delsalle 14. Mai 2005 Nepal Mount Everest
Höchster Start (Kolben) 4.300,7 m (14.110 Fuß) Robinson R44 Mark Young 12. Oktober 2009 Vereinigte Staaten Pike's Peak, Colorado
Erster bemannter Elektroflug Rein elektrischer Schwebeflug Lösung F Prototyp Pascal Chretien 12. August 2011 Frankreich Venelles
Längster von Menschenhand betriebener Aufzug Treten, Hub 64 s Ausdauer, 3,3 m Höhe; diagonale Breite: 46,9 m² AeroVelo Atlas , 4 Rotoren Dr. Todd Reichert 13. Juni 2013 Kanada Indoor-Fußballstadion; Gewinner des Igor I. Sikorsky Wettbewerbs

Siehe auch

Verweise

Anmerkungen

Fußnoten

Literaturverzeichnis

Externe Links