Um die Anströmung am Rotorblatt
sicherzustellen, muss der Rotor immer angetrieben werden. Was geschieht aber wenn der
Antrieb - aus welchen Gründen auch immer - ausfällt?
Da die Rotorblätter im Vorwärtsflug durch die kollektive Blattverstellung einen relativ
großen Anstellwinkel aufweisen und dadurch auch einen entsprechend großen Luftwiderstand
produzieren, fällt die Drehzahl des Rotors ohne Antrieb rapid ab. Dadurch geht
selbstverständlich auch der notwendige Auftrieb verloren und der Hubschrauber stürzt
innerhalb kurzer Zeit ab.
Das klingt zum Glück nur viel dramatischer als es in Wirklichkeit ist. Was bei einem
Flächenflugzeug der Gleitflug ist, ist beim Hubschrauber die Autorotation. Fällt bei
einem Hubschrauber während des Fluges der Antrieb aus, wird der Pilot sofort den
kollektiven Blatteinstellwinkel verringern und der Hubschrauber beginnt zu sinken.
Gleichzeitig wird, bedingt durch den kleineren Anstellwinkel der Luftwiderstand an den
Rotorblättern wesentlich verringert.
Wie wir in
Abb. 21 sehen können, wird der Rotor nun nicht mehr von oben nach unten, sondern von unten nach oben durchströmt. Durch die aerodynamischen Verhältnisse, welche wir noch etwas detaillierter betrachten werden, kann in diesem Zustand die Rotordrehzahl konstant gehalten werden. Um die Vorgänge in der Autorotation zu erklären, dürfen wir nicht wie bisher den Rotor als Scheibe betrachten, sondern müssen die Verhältnisse am einzelnen Rotorblatt untersuchen. Und dazu schauen wir zuerst den Zustand im Vorwärtsflug an. (Abb. 22)
Bei einem Flugprofil wirkt der Auftrieb immer senkrecht zur Anströmung und der Luftwiderstand in der gleichen Ebene wie die Anströmung. Da bei einem Hubschrauber die Anströmung aus einer horizontalen (Drehung des Rotors) und einer vertikalen Komponente (Luftdurchsatz von oben oder unten) besteht, sprechen wir beim Rotorblatt von einer relativen Anströmung. Da sich das Rotorblatt nach außen hin mit einer größeren Geschwindigkeit bewegt, die vertikale Komponente aber mehr oder weniger konstant bleibt, ändert sich die relative Anströmung konstant über die ganze Länge des Rotorblattes. Aus diesem Grund gilt die
Abb. 22 nur für einen kleinen Bereich am Rotorblatt. Auch der Anstellwinkel (Winkel zwischen der Profilsehne und der relativen Anströmung) ändert sich über die Länge des Rotorblattes und zwar nimmt der Anstellwinkel nach außen hin ab.In der Autorotation kann der Rotor in drei Bereiche unterteilt werden. Der Einfachheit halber schauen wir zuerst die senkrechte Autoration an, das heißt der Hubschrauber befindet sich im senkrechten Sinkflug. (Abb. 23)
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In der senkrechten Autorotation (Abb. 23) sind die Bereiche symmetrisch über die Rotorscheibe verteilt. Dabei ist nur der antreibende Bereich für die Drehung des Rotors verantwortlich. In der Nähe des Zentrums ist die Anströmgeschwindigkeit so klein, dass sich die Rotorblätter im Strömungsabriss befinden. |
Um zu erklären wie diese Bereiche zustande kommen, müssen wir die aerodynamischen Verhältnisse am einzelnen Rotorblatt etwas genauer untersuchen.
| Im antreibenden Bereich liegen die aerodynamischen
Gesamtkräfte vor der Rotationsachse des Rotors. Dadurch ergibt sich eine Kraft, welche den
Rotor antreibt. (Abb. 24) |
 Abb. 24 |
| Liegen die aerodynamischen Kräfte genau auf der
Rotationsachse, bleibt die Drehgeschwindigkeit konstant. (Abb. 25) |
 Abb. 25 |
| Im bremsenden Teil liegen die Gesamtkräfte
hinter der
Rotationsachse, was bedeutet, dass der Rotor abgebremst wird. (Abb. 26) |
 Abb. 26 |
Alle Hubschrauber sind so konstruiert, dass sich ein Gleichgewicht zwischen dem antreibenden und dem bremsenden Teil ergibt. Dieses Gleichgewicht muss vom senkrechten Sinkflug bis zu einer bestimmten Vorwärtsgeschwindigkeit sichergestellt sein. Einige Hubschrauber sind während der Autorotation in der maximalen Vorwärtsgeschwindigkeit eingeschränkt. Das kommt daher, weil sich der antreibende Teil mit zunehmender Geschwindigkeit verschiebt
(Abb. 27). Diese Verschiebung erfolgt immer in Richtung des rück laufenden Blattes.
Wird die Vorwärtsgeschwindigkeit in dieser Situation nochmals erhöht, verschiebt sich der antreibende Bereich weiter nach rechts, was schlussendlich dazu führt, dass der bremsende Teil größer als der antreibende wird und dadurch die Rotordrehzahl nicht mehr konstant gehalten werden kann.
In der Regel wird eine Autorotation immer mit einer bestimmten Vorwärtsgeschwindigkeit geflogen. Um eine sichere Landung sicherzustellen, muss diese Geschwindigkeit soweit wie möglich reduziert werden. Dies wird mit dem so genannten Flare erreicht. Kurz über dem Boden nimmt der Pilot die Nase nach oben, wodurch das Sinken reduziert wird und die Geschwindigkeit abnimmt. Durch dieses Abbremsen kann vom Rotor noch mehr Energie aufgenommen werden (die Drehzahl wird erhöht) und der Hubschrauber kann eine fast normale Landung durchführen. Dies klingt sehr einfach, ist aber für den Piloten ein anspruchsvolles Manöver.
