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Dr. András Jancsó Helikopter

Dr. András Jancsó Helikopter. Auftrieb. Helikopter. Grundlagen Unterschiede Flugzeug Helikopter Auftrieb: Vorwärtsbewegung von festen Flügeln Auftrieb: Rotation von Drehflügeln (Rotor) Aerodynamik : relativ einfach Aerodynamik: komplizierte Verhältnisse. Vortrieb.

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Dr. András Jancsó Helikopter

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Presentation Transcript

  1. Dr. András JancsóHelikopter

  2. Auftrieb Helikopter Grundlagen Unterschiede Flugzeug Helikopter Auftrieb: Vorwärtsbewegung von festen Flügeln Auftrieb: Rotation von Drehflügeln (Rotor) Aerodynamik: relativ einfach Aerodynamik: komplizierte Verhältnisse Vortrieb Luftwiderstand Luftwiderstand Gewicht Gewicht

  3. Helikopter Bauarten der Drehflügel a. Hubschrauber(Helikopter) b. Tragschrauber (Autogiro) c. Flugschrauber d. Kombinationsflugschrauber e. Verwandlungsflugzeug

  4. Helikopter Bauarten der Drehflügel a. Hubschrauber(Helikopter) b. Tragschrauber (Autogiro) c. Flugschrauber d. Kombinationsflugschrauber e. Verwandlungsflugzeug

  5. Helikopter Bauarten der Drehflügel a. Hubschrauber(Helikopter) b. Tragschrauber (Autogiro) c. Flugschrauber d. Kombinationsflugschrauber e. Verwandlungsflugzeug

  6. Helikopter Bauarten der Drehflügel a. Hubschrauber(Helikopter) b. Tragschrauber (Autogiro) c. Flugschrauber d. Kombinationsflugschrauber e. Verwandlungsflugzeug

  7. Helikopter Bauarten der Drehflügel a. Hubschrauber(Helikopter) b. Tragschrauber (Autogiro) c. Flugschrauber d. Kombinationsflugschrauber e. Verwandlungsflugzeug

  8. Helikopter Bauarten der Drehflügel a. Hubschrauber(Helikopter) b. Tragschrauber (Autogiro) c. Flugschrauber d. Kombinationsflugschrauber e. Verwandlungsflugzeug

  9. Helikopter Antriebsarten des Helikopterrotors Blattspitzenantrieb mit • DruckluftvomKompressor • Brennkammern • Staustrahltriebwerk • Pulsitriebwerk Wellenantrieb jedoch: Gegendrehmomentim Rumpf, dasausgeglichenwerden muß. Möglichkeiten: • Heckrotor, • Heckdüse

  10. Helikopter Antriebsarten des Helikopterrotors Blattspitzenantrieb mit • DruckluftvomKompressor • Brennkammern • Staustrahltriebwerk • Pulsitriebwerk Wellenantrieb jedoch: Gegendrehmomentim Rumpf, dasausgeglichenwerden muß. Möglichkeiten: • Heckrotor, • Heckdüse

  11. Helikopter Antriebsarten des Helikopterrotors Blattspitzenantrieb mit • DruckluftvomKompressor • Brennkammern • Staustrahltriebwerk • Pulsitriebwerk Wellenantrieb jedoch: Gegendrehmomentim Rumpf, dasausgeglichenwerden muß. Möglichkeiten: • Heckrotor, • Heckdüse

  12. Helikopter Antriebsarten des Helikopterrotors Blattspitzenantrieb mit • DruckluftvomKompressor • Brennkammern • Staustrahltriebwerk • Pulsitriebwerk Wellenantrieb jedoch: Gegendrehmomentim Rumpf, dasausgeglichenwerden muß. Möglichkeiten: • Heckrotor, • Heckdüse

  13. Helikopter Anordnung der Rotoren Ein Rotor (zumAusgleich des DrehmomentesdesHauptrotorswirdeinHeckrotorbenötigt– ca. 10% der Antriebsleistung) ZweiRotoren(müsenentgegengesetztrotieren) • Tandem Bauweise • Rotorennebeneinander • IneinanderkämmendeRotoren • Koaxial-Bauweise

  14. Helikopter Anordnung der Rotoren Ein Rotor (zumAusgleich des DrehmomentesdesHauptrotorswirdeinHeckrotorbenötigt– ca. 10% der Antriebsleistung) ZweiRotoren(müsenentgegengesetztrotieren) • Tandem Bauweise • Rotorennebeneinander • IneinanderkämmendeRotoren • Koaxial-Bauweise

  15. Helikopter Anordnung der Rotoren Ein Rotor (zumAusgleich des DrehmomentesdesHauptrotorswirdeinHeckrotorbenötigt– ca. 10% der Antriebsleistung) ZweiRotoren(müsenentgegengesetztrotieren) • Tandem Bauweise • Rotorennebeneinander • IneinanderkämmendeRotoren • Koaxial-Bauweise

  16. Helikopter Anordnung der Rotoren Ein Rotor (zumAusgleich des DrehmomentesdesHauptrotorswirdeinHeckrotorbenötigt– ca. 10% der Antriebsleistung) ZweiRotoren(müsenentgegengesetztrotieren) • Tandem Bauweise • Rotorennebeneinander • IneinanderkämmendeRotoren • Koaxial-Bauweise

  17. Helikopter Anordnung der Rotoren Ein Rotor (zumAusgleich des DrehmomentesdesHauptrotorswirdeinHeckrotorbenötigt– ca. 10% der Antriebsleistung) ZweiRotoren(müsenentgegengesetztrotieren) • Tandem Bauweise • Rotorennebeneinander • IneinanderkämmendeRotoren • Koaxial-Bauweise

  18. Helikopter Steuerung Die Vermessung und Beschreibung der Bewegungen des HelikopterserfolgtinKoordinatensystemen: a, dashelikopterfesteKoordinatensystem mit dem Index 1 b, dasströmungsfesteKoordinatensystemohne Index Koordinatensprung: Schwerpunkt des Helikopters

  19. Helikopter Steuerung Die Benennung der Achsen und der zugeordnetenBewegungen: AchseBewegung Längsachse x Rollen Querachse y Nicken Hochachse z Gieren

  20. Helikopter Steuerung Die Steuerorgane des Helikopters (aufdemBild: die Copilotenseite) • Instrumentenbrett • Steuerknüppel(stick, cyclic) • Blattverstellhebel (collective) • Seitensteuerpedale (pedals)

  21. Helikopter Steuerung • Instrumentenbrett • Steuerknüppel (stick, cyclic) • Blattverstellhebel (collective) • Seitensteuerpedale (pedals) Steuerknüppelvor und zurückLängssteuerung Nicken SteuerknüppelseitlichQuersteuerungRollen BlattverstellhebelVertikalsteuerungSteigen, Sinken, Schweben SeitensteuerpedalSeitensteuerungGieren

  22. Abb 1 Helikopter Steuerung • Instrumentenbrett • Steuerknüppel (stick, cyclic) • Blattverstellhebel (collective) • Seitensteuerpedale (pedals) Im Vorwärtsflug werden - durch den Cyclic die Kurven oder das Steigen und Sinken eingeleitet - mitden Pedalen kann der Hubschrauber um die Hochachse an Ort gedreht werden, und - mit dem Collective steuert der Pilot das Steigen und Sinken im Schwebeflug, und zusammen mit dem Cyclic die Geschwindigkeit im Vorwärtsflug.

  23. Helikopter Steuerung Sobald der Pilot am Collective nach oben zieht, wird der Anstellwinkel aller Rotorblätter um den gleichen Betrag erhöht. Dadurch nimmt der Gesamtauftrieb zu und der Helikopter beginnt zu steigen. Sinngemässverringert sich der Anstellwinkel, wenn der Pilot den Collective nach unten drückt.

  24. Helikopter Steuerung Wird der Cyclic nach vorne gedrückt, wird der Anstellwinkel der Rotorblätter während einer Umdrehung kontinuierlich geändert. Durch den unterschiedlichen Auftrieb wird die Rotorblatt-ebene nach vorne geneigt. Selbstverständlich neigt sich die Ebene nach hinten, sobald der Pilot den Cyclic nach hinten zieht.

  25. Helikopter Steuerung Dasselbe wie vorher beschrieben geschieht, wenn der Pilot den Cyclic entweder nach rechts oder nach links drückt.

  26. Helikopter Steuerung Mit den Pedalen wird der Anstellwinkel aller Heckrotorblätter um den gleichen Betrag verstellt (ähnlich der CollectivenBlattverstellung am Hauptrotor). Dadurch erhöht oder verringert sich der Heckrotorschub.

  27. Helikopter Steuerung - Zusammenhänge Sobald der Pilot an einem der drei Steuer etwasverändert, muss er an den beiden Anderen ebenfalls korrigieren.

  28. Helikopter Steuerung - Zusammenhänge Sobald der Pilot an einem der drei Steuer etwasverändert, muss er an den beiden Anderen ebenfalls korrigieren. Beispiel: Der Pilot mußam Collective ziehen,wenn er im Schwebeflug etwas steigen will. Der Vorgang:

  29. Helikopter Steuerung - Zusammenhänge Der Pilot willim Schwebeflug etwas steigen,ermußam Collective ziehen.

  30. Helikopter Steuerung - Zusammenhänge Der Pilot willim Schwebeflug etwas steigen, ermußam Collective ziehen. Dies bewirkt nun, dass durch den größeren Anstellwinkel der Rotorblätter (und dadurch erhöhter Luftwiderstand) das Drehmoment zunimmt. Dadurch beginnt sich der Hubschrauber um die Hochachse zu drehen, was nur mit einer Korrektur am Heckrotor verhindert werden kann.

  31. Helikopter Steuerung - Zusammenhänge Der Pilot willim Schwebeflug etwas steigen, ermußam Collective ziehen. Dies bewirkt nun, dass durch den größeren Anstellwinkel der Rotorblätter (und dadurch erhöhter Luftwiderstand) das Drehmoment zunimmt. Dadurch beginnt sich der Hubschrauber um die Hochachse zu drehen, was nur mit einer Korrektur am Heckrotor verhindert werden kann. Da nun der Heckrotor einen größeren seitlichen Schub liefert, wird auch die seitliche Versetzung des Hubschraubers vergrößert, was wiederum nur mit einer Korrektur am Cyclic ausgeglichen werden kann.

  32. Helikopter Steuerung - Technik Die Steuerung eines Hubschraubers wird über • Steuerstangen, • Umlenkhebel und • Steuerseile, von den Steuerorganen auf die Taumelscheibe (resp.zum Heckrotor) sichergestellt.

  33. Helikopter Steuerung – Technik • Das wichtigste Element der Steuerung eines Hubschraubers ist die Taumelscheibe. Sie liegt auf der Rotorachse, direkt unter dem Hauptrotor und ist zuständig für die • Übertragung der • Steuerimpulse auf die • einzelnen Rotorblätter. • Der fixe oder untere Teil ist • über Steuerstangen und Umlenkhebel mit dem Steuerknüppel verbunden und der drehende oder obere Teil mit jedem einzelnen Rotorblatt. Taumelscheibe drehender Teil Taumelscheibe fixer Teil Steuerstangen Cyclic ObereUmlenkhebel Collective UntereUmlenkhebel

  34. Helikopter Steuerung – Technik • Wird nun die Taumelscheibe mit dem Steuerknüppel nach vorne oder zur Seite geneigt, ändert sich der Anstellwinkel jedes Rotorblattes während einer Umdrehung (zyklische Blattverstellung). • Wenn Der Pilot am • Collective nach oben zieht, bewegt sich die Taumelscheibe als Ganzes nach oben und der Anstellwinkel aller Rotorblätter wird gleichzeitig erhöht (kollektive Blattverstellung). Taumelscheibe drehender Teil Taumelscheibe fixer Teil Steuerstangen Cyclic ObereUmlenkhebel Collective UntereUmlenkhebel

  35. Helikopter Steuerung – Technik Die Steuerung wird bei kleineren Hubschrauber in der Regel mit hydraulischen Servomotoren unterstützt, um den Kraftaufwand des Piloten zu verringern. Bei mittleren und großen Hubschraubern treten an der Taumelscheibe so große Kräfte auf, dass eine rein mechanischeSteuerung (nur mit Steuerstangen und Umlenkhebel) nicht mehr möglich ist, und die Steuerung nur mit hydraulischer Unterstützung gewährleistet werden kann. Taumelscheibe drehender Teil Taumelscheibe fixer Teil Steuerstangen Cyclic ObereUmlenkhebel Collective UntereUmlenkhebel

  36. Helikopter Aerodynamik des Helikopters RotorströmungimVertikalflug Die Haptkräfte an einem Helikopter: FA = Auftriebkraft des Rotors FZ = Zugkraft des Rotor sin Flugrichtung FG = Gewichtskraft des Helikopters FW = Luftwiderstand des Helikopters

  37. Helikopter Aerodynamik des Helikopters Strömungsverlaufdurch die Rotorscheibe schematischeDarstellung des Strömungsverlaufsim Schwebeflug

  38. Helikopter Aerodynamik des Helikopters Strömungam RotorblattimSchwebe- und Steigflug Geschwindigkeits- und Kraftvektoren am Rotorblatt: 1, = Profilsehne FA = Auftriebkraft FN = NormalkraftzurRotordrehebene FW = Luftwiderstand des Rotorblattes FT = Widerstand des BlattesinRotordrehebene FR = ResultierendeLuftkraft δ = Blatteinstellwinkel α = Anstellwinkel vd = Durchtrittsgeschwindigkeit der Luft durch die Rotorebene u’ = Umfangsgeschwindigkeit des Rotorblatts w = effektiveAnströmgeschwindigkeit • δ

  39. Helikopter Aerodynamik des Helikopters Der Winkel des Rotorkonus β = Konuswinkel S = Schwerpunkt des Rotorblatts a = Abstand des Gelenkpunkts vomMittelpunkt rS = Abstand des Schwerpunkts vomMittelpunkt FAB = Auftriebskraft FF =FleihkrafteinesBlatts

  40. Helikopter Strömungsverhältnisse am Rotor imHorizontalflug Asymmetrie der BlattströmungimHorizontalflug

  41. Helikopter Strömungsverhältnisse am Rotor imHorizontalflug Die Durchströmungsrichtung der RotorblätterbeihorisontalerAnströmung: Die Konusform des Rotorsbewirkt, daßdasvordere Blatt beiAnströmung inRichtung der Rotorebene von unten und dashintere von oben durchströmtwird.

  42. Helikopter Strömungsverhältnisse am Rotor imHorizontalflug ZusätzlicheBewegungen der Rotorblätter: • Schlagbewegung • Schwenkbewegung

  43. Helikopter Strömungsverhältnisse am Rotor imHorizontalflug ZusätzlicheBewegungen der Rotorblätter: • Schlagbewegung • Schwenkbewegung

  44. Helikopter Strömungsverhältnisse am Rotor imHorizontalflug ZusätzlicheBewegungen der Rotorblätter: • Schlagbewegung • Schwenkbewegung

  45. Helikopter Strömungsverhältnisse am Rotor imHorizontalflug ZusätzlicheBewegungen der Rotorblätter: • Schlagbewegung • Schwenkbewegung

  46. Helikopter Geschwindigkeitsbegrenzung des Helikopters Der Bereich der Rückanströmung des zurücklaufenden Blattes ist eine Kreisfläche mit dem Durchmesser (d), der mit der Fluggeschwindigkeit zunimmt. Erreicht die Fluggeschwindigkeit die Umlauf- geschwindigkeit der Blattspitzen, ist der Durchmesser der Rückanströmung (d) gleich dem Rotorradius.

  47. Helikopter UnterschiedzwischenHubschrauber- und Tragschrauberzustand Hubschrauberzustand: Durchströmung von obennachunten Tragschrauberzustand: Durchströmung von untennachoben

  48. Helikopter Mechanik des Helikopters Rotorkopf- Blattsteuerung MittelseinerTaumelscheibe • Blatthebel • Stoßstange • Steuerstange • Rotorwelle • NurkippbarerTeil der Taumelscheibe • kippbarer und drehbarerTeil der Taumelscheibe

  49. Helikopter Mechanik des Helikopters GegliederterRotorkopf 1. Schwenkgelenk 2. Rotornabe 3. Schlaggelenk 4. Schwenkdämpfer 5. Drehbarer Ring der Taumelscheibe 6. Anlenkungfürkollektive und zyklischeBlattverstellung 7. Stoßstange 8. Nichtdrehbarer Ring der Taumelscheibe 9. Blatthebel

  50. Helikopter Mechanik des Helikopters RotorkopfohneSchlag- und Schwenkgelenke 1. Rotornabe 2. Stoßstange 3. Drehbarer Ring der Taumelscheibe 4. Mitnehmerschere 5. Rotorblatt 6. Hauptblattbolzen 7. Nebenblattbolzen 8. Blatthebel

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