Hubschrauber

(auch Helikopter), zu den Drehflügelflugzeugen zählende Maschine, die im Gegensatz zu herkömmlichen Flugzeugen ihren Auf- und Vortrieb nicht von fest montierten Tragflächen, sondern von umlaufenden Flügeln erhält. Die Einzelflügel oder auch Rotorblätter sind meistens je nach Bedarf über ein Gelenk verstellbar - man kennt auch gelenklose, elastische Elemente. Der motor- oder gasturbinengetriebene Hauptrotor dreht sich um eine vertikale Achse und ist über dem Rumpf angebracht. Bei den üblichen Modellen ist am Heck des Hubschraubers ein Ausgleichsrotor mit horizontaler Achse angebracht. Ohne ihn würde sich die Maschine durch die Drehbewegung des Hauptrotors ständig im Kreis drehen. Wie sein Name schon sagt gleicht dieser zweite Rotor das durch den Hauptrotor verursachte Drehmoment aus.

Sogenannte Tandemhubschrauber verfügen über einen zweiten Hauptrotor am Heck. Dieser übernimmt die Funktion des Ausgleichsrotors, indem er mit entgegengesetztem Drehsinn ebenfalls um eine vertikale verlaufende Achse rotiert.

Um mit einem Hubschrauber in eine bestimmte Richtung fliegen zu können, könnte man die gesamte Rotorachse in die gewünschte Richtung schwenken und so den Auftrieb von der rein vertikalen Wirkungsrichtung in eine Kombination aus vertikaler und horizontaler Richtung ändern. Ein hoher konstruktiver Aufwand in der Mechanik wäre allerdings erforderlich, um den gesamten Rotor neigen zu können. Jedoch kann die zyklische Blattverstellung genau so eingestellt werden, daß der gleiche Effekt entsteht. Tatsächlich aber sagt man, daß die Rotorachse in eine bestimmte Richtung geneigt wird. Um die Flugrichtung eines Hubschraubers zu ändern, wird zunächst der Rotor in die gewünschte Richtung geschwenkt, anschließend wird der Schub des Heckrotors so eingerichtet, daß sich der Rumpf in die neue Flugrichtung dreht. Zum Andern der Flughöhe, also im Steig- oder Sinkflug, wird entweder die Drehzahl des Rotors verändert oder der Anstellwinkel aller Rotorblätter in gleichem Maß oder eine Kombination aus diesen beiden Methoden. Das gemeinsame Verstellen aller Rotorblätter, das jedes Blatt gleichermaßen betrifft und sich im Lauf der Umdrehungen als solches auch nicht ändert, nennt man kollektive Blattverstellung. Im Fall eines Motorschadens in der Luft kann der Rotor ausgekuppelt werden und sich weiterhin drehen (Autorotation). Dabei wird noch genug Auftrieb erzeugt, um den Hubschrauber einigermaßen sicher landen zu können, vergleichbar einem Autogiro.

Verschiedene Typen

Beim Autogiro oder auch Tragschrauber treibt der Fahrtwind den Rotor an und sorgt auf diese Weise für den Auftrieb. Den notwendigen Vortrieb erhält diese Maschine durch einen Propeller, ähnlich wie bei einem Propellerflugzeug. Sogenannte Flugschrauber haben neben den Rotoren noch zusätzliche Vorrichtungen zum Erreichen höherer Fluggeschwindigkeiten. Meist handelt es sich dabei um Propeller oder Schubdüsen. Der Kombinationsflugschrauber verfügt zusätzlich über Tragflügel, die beim Horizontalflug den Hauptrotor entlasten. Hubschrauber haben verschiedene Einsatzbereiche. Lufttaxis dienen beispielsweise zum Personenverkehr zu Flughäfen, mit Rettungshubschraubern werden Kranken- und Verletztentransporte durchgeführt und mit sogenannten Kranhubschrauber transportiert man schwere Ladungen. Darüber hinaus nutzt man Hubschrauber beispielsweise auch bei der Straßenverkehrsüberwachung und vor allem auch zu militärischen Zwecken.

Hubschrauber im Schwebeflug

Ahnlich wie ein Ventilator saugt der sich drehende Rotor eines Hubschraubers Luft von oben an und befördert sie durch den Rotor hindurch nach unten. Dies bedeutet, daß die Luftmasse m von einer Geschwindigkeit v1=0 weit oberhalb des Rotors auf eine Geschwindigkeit v2 unterhalb des Rotors beschleunigt wird. Für diese Beschleunigung ist eine Kraft notwendig, die von oben nach unten wirkt Nach dem Prinzip 'actio gegengleich reactio' wirkt auf den Rotor eine gleich große, nach oben gerichtete Kraft. Diese Gegenkraft, die als Schub Fs bezeichnet wird, befindet sich beim Schwebeflug im Gleichgewicht mit der Gewichtskraft FG. Der Hubschrauber hängt also praktisch an seinen eigenen Rotorblättern, an denen der nach oben gerichtete Schub angreift. Kolibris fliegen nach dem gleichen Prinzip, nur drehen sich die Flügel nicht im Kreis, sondern werden halbseitig hin und zurück bewegt wie beim Achterschlag einer Fahne.

Geschichte

Die ersten Überlegungen über ein "hubschrauberähnliches" Fluggerät stammen von Leonardo da Vinci. Die um 1500 angefertigten Entwürfe zeigten ein Fluggerät mit einer spiralförmigen Luftschraube. Nach da Vincis Vorstellung sollte die Schraube mit Muskelkraft angetrieben werden, obgleich diese Kraft niemals ausreichen würde, einen "Hubschrauber" dieser Art in Bewegung zu setzen.

Wichtige Pioniere der Fliegerei mit Hubschraubern waren im ersten Viertel des 20. Jahrhunderts u. a. die Franzosen Maurice Leger, Louis Charles Bréguet, Étienne Oehmichen und Paul Cornu, der aus Ungarn stammende Amerikaner Theodore von Kármán, Raoul Pescara in Spanien, Jacob Christian Ellehammer in Dänemark, Igor I. Sikorsky in Rußland und Emile Berliner und sein Sohn Henry in den USA. Der in Rußland geborene George DeBothezat und sein Mitarbeiter Ivan Jerome entwickelten für die US-Luftwaffe ihr vierrotoriges Flugzeug. Corradino d'Ascanio in Italien, der Ungar Oscar von Asboth und andere nahmen die Probleme des vertikalen Auftriebs in Angriff. Der Hubschrauber von Berliner war möglicherweise die erste Flugmaschine mit kraftgetriebenen Rotoren, die einen kontrollierten Flug ermöglichte. Die Flugentfernung war zwar nur 90 Meter lang und die Flughöhe betrug nur 4,6 Meter, aber die Maschine konnte nach dem Willen des Piloten Henry Berliner gesteuert werden. Erst die Erfindung der drehbar gelagerten Rotorblätter mit verstellbarem Anstellwinkel, die der Spanier Juan de la Cierva für seine Autogiros gemacht hatte, machte die Entwicklung ernstzunehmender Hubschrauber möglich.

Der erste wirklich erfolgreiche Hubschrauber war eine von dem deutschen Ingenieur Heinrich Focke gebaute zweirotorige Maschine, die 1936 geflogen wurde. Im Jahr 1939 flog der Luftfahrttechniker Igor Sikorsky, bis dahin eingebürgerter Amerikaner, eine beherrschbare Maschine mit nur einem Hauptrotor, den VS-300. Dessen Nachfolgemodell, der XR-4, machte vom 13. bis zum 17. Mai 1942 den ersten Überlandflug von Stratford (Connecticut, USA) nach Dayton (Ohio), was einer Streckenentfernung von ungefähr 1 Kilometern entspricht.

Im Jahr 1967 vollführten zwei Sikorsky-HH-3-Hubschrauber den ersten Transatlantikflug von New York nach Paris, während dessen sie aus der Luft betankt wurden. Die Testhubschrauber Lockheed AH-56A und Piasecki Pathfinder-3 waren die ersten Modelle, die Geschwindigkeiten über 400 Kilometer pro Stunde erreichten.^[1]

Sikorskys VS-300-Hubschrauber