Die Wissenschaft Der Autorotation: Ein Leitfaden Für Anfänger

In der Welt des Maschinenbaus dreht sich alles darum, Maschinen zu bauen, die auch in den schwierigsten Situationen funktionieren.

Autorotation ist ein sehr wichtiges Manöver für Hubschrauber, das über Leben und Tod entscheiden kann.

Was Autorotation ist, wie sie funktioniert und warum sie für Hubschrauberpiloten und Ingenieure so wichtig ist, erkläre ich in diesem Blogbeitrag.

Machen Sie sich also bereit, etwas über einen der wichtigsten Teile des Fliegens eines Hubschraubers zu lernen.

Einführung in die Autorotation im Ingenieurwesen

Formale Definition:

1. Drehung um eine beliebige Achse eines symmetrischen Körpers, der einem gleichmäßigen Luftstrom ausgesetzt ist und nur durch aerodynamische Momente aufrechterhalten wird. 2. Drehung eines blockierten symmetrischen Tragflügels parallel zur Windrichtung.

Autorotation ist eine Flugart, bei der sich das Hauptrotorsystem eines Hubschraubers oder eines anderen Drehflüglers dreht, ohne vom Motor angetrieben zu werden.

Dies ähnelt der Funktionsweise eines Tragschraubers.

Wenn der Motor oder der Heckrotor nicht mehr funktionieren, wird diese Methode häufig verwendet, um den Hubschrauber schnell zu landen. Aber es kann auch verwendet werden, um aus einem Wirbelring herauszukommen und als Trainingsgerät, wenn ein Pilot das Fliegen lernt.

So funktioniert die Autorotation

Während der Autorotation trennt der Pilot den Motor vom Hauptrotorsystem. Dadurch treibt der aufwärts strömende Luftstrom allein die Rotorblätter an.

Um die Autorotationsdrehzahl zu steuern, ändert der Pilot die Größe des Autorotationsbereichs im Verhältnis zu den gefahrenen und Stall-Bereichen.

Weitere Informationen finden Sie auf dieser Seite:

ardupilot

Aerodynamik der Autorotation

Autorotation ist ein sehr wichtiges Notfallverfahren im Hubschrauberflug. Es lässt den Hauptrotor eines Helikopters nur durch den Luftdruck in Bewegung kommen, nicht durch den Motor.

Variablen, die die Autorotation beeinflussen

Die wichtigsten Dinge, die beeinflussen, wie gut die Autorotation funktioniert, sind:

• Dichtehöhe: In Höhen mit hoher Dichte, wo die Luft weniger dicht ist, ist die Sinkrate schneller.
• Bruttogewicht: Helikopter mit mehr Gewicht fallen schneller.
• Fluggeschwindigkeit: Der Pilot hat die größte Kontrolle über die Sinkgeschwindigkeit während der Autorotation durch die Fluggeschwindigkeit.

Wie im normalen Flug lässt die zyklische Pitch-Steuerung das Flugzeug schneller oder langsamer fliegen.

Autorotative Sinkflüge bei sehr niedrigen oder sehr hohen Fluggeschwindigkeiten sind gefährlicher als solche, die mit der minimalen Sinkfluggeschwindigkeit durchgeführt werden.

• Rotordrehzahl: Wenn die Rotordrehzahl steigt, sinkt die Sinkgeschwindigkeit.

Fahrbereich der Autorotation

Während der Autorotation liegt der Antriebsbereich oder autorotative Bereich üblicherweise zwischen 25 und 70 % des Radius des Blattes. Hier werden die Kräfte erzeugt, die die Klingen drehen.

In diesem Bereich gibt es einen Winkel zur aerodynamischen Gesamtkraft.

Flare Landing und Energieabsorption

Bei der Landung aus einer Autorotation wird die in den rotierenden Blättern gespeicherte kinetische Energie und die Vorwärtsbewegung des Flugzeugs genutzt, um die Sinkgeschwindigkeit zu verlangsamen und eine sanfte Landung durchzuführen.

Eine höhere Sinkrate bedeutet, dass mehr Rotorenergie benötigt wird, um einen Hubschrauber anzuhalten, als eine niedrigere Rate.

Manöver in Autorotation

Wenn ein Flugzeug die Leistung verliert, muss ein Pilot drei wichtige Dinge tun:

• Autorotation: Dieses Manöver umfasst den Wechsel vom normalen Motorflug in die stetige Autorotation.
• Stetige Autorotation: Während der stetigen Autorotation müssen die aerodynamischen Kräfte des Motors allein zu einem Nettodrehmoment von Null führen.

Da das Flugzeug nach unten geht, strömt Luft durch den Hauptrotor nach oben. Auch die Form der Klingen erleichtert dies.

Der Hauptrotor ist über Zahnräder mit dem Heckrotor verbunden, sodass im Normalflug der Hauptrotor den Heckrotor antreibt.

Aber während des autorotativen Abstiegs im stationären Zustand, wenn der Motor an Leistung verliert und das Drehmoment auf Null fällt, funktioniert der Heckrotor nicht mehr als Anti-Drehmoment-Vorrichtung, da er Drehmoment vom Hauptrotorsystem über das Übertragungssystem erhält.

• Flare Landing: Bei diesem Manöver werden die sich drehenden Blätter und die Vorwärtsbewegung des Flugzeugs verwendet, um die Sinkgeschwindigkeit zu verlangsamen und eine sanfte Landung durchzuführen.
• Touch-Down - Das Fahrzeug wird mit der im Rotorkopf verbleibenden Energie sanft gelandet.

Flight Manual Fluggeschwindigkeitsbegrenzung für Autorotation

Bei der Autorotation gibt es eine Geschwindigkeit, oberhalb derer sich die Teile der Rotorblätter, die hinter dem Rotor schleifen, so weit entlang der Blattspanne erstrecken, dass der Rotor stark langsamer wird.

Diese Fluggeschwindigkeit wird normalerweise als die maximal zulässige Fluggeschwindigkeit für die Autorotation im Flughandbuch angegeben.

Hubschrauber-Autorotationsmanöver

Grundlegende Autorotation und ihre vier Abschnitte

Die grundlegende Autorotation besteht aus vier Teilen:

• Gleiten: Während dieses Teils befindet sich der Hubschrauber in einem stabilen autorotativen Sinkflug, und der Pilot ändert die Flugbahn, indem er den Hubschrauber dreht oder die Fluggeschwindigkeit ändert.
• Flare: In diesem Abschnitt wird die Sinkgeschwindigkeit verlangsamt, indem die in den rotierenden Blättern gespeicherte kinetische Energie und die Vorwärtsbewegung des Flugzeugs genutzt werden.
• Landung oder Krafterholung: Im letzten Teil landet der Hubschrauber entweder weich oder der Pilot gibt ihm Kraft, um wieder aufzustehen.

Praktische Anwendung und fortgeschrittene Autorotationen

Die reale Anwendung des Autorotationstrainings ähnelt dem, was Piloten tun, wenn sie Notlandungen ohne Strom üben.

Wie in einem Flugzeug muss der Helikopterpilot zum Start eines Durchstarts lediglich die Stromversorgung wieder einschalten. Aber es ist sehr wichtig, genau zu sein und zu wissen, wie man den Helikopter bewegt, wenn er sich in Autorotation befindet.

Kollektiv für Rotordrehzahlregelung

Piloten von Hubschraubern müssen wissen, wie sie das Kollektiv verwenden, um die Geschwindigkeit der Rotoren während der Autorotation beim Ausschalten in einer Kurve zu steuern.

Wenn das Kollektiv nach oben bewegt wird, steigt die Drehzahl des Rotors, und wenn es nach unten bewegt wird, sinkt die Drehzahl.

Sicherheitsgrenzen und Risiken

Es gibt Risiken, die mit Autorotationen während des Trainings verbunden sind.

Im letzten Teil einer Autorotation kann die kinetische Energie des Hubschraubers erschöpft sein, so dass er wenig oder keine Dämpfungswirkung hat

Dies könnte zu einer harten Landung führen, die den Helikopter beschädigt.

Das Flugzeughöhe-Geschwindigkeits-Diagramm zeigt uns, wie dieses Manöver am sichersten durchgeführt werden kann.

Modellierung und Simulation der Autorotation

Simulationen und Modelle auf Computern sind zu beliebten Methoden geworden, um die Leistung der Autorotation in Hubschraubern zu untersuchen und zu verbessern.

Anhand von Computersimulationen lässt sich herausfinden, wie sich unterschiedliche Helikopterdesigns oder Rotorblattformen darauf auswirken, wie gut der Helikopter alleine fliegen kann.

Die Forscher haben auch eine Reihe von Pilotenhinweisen hergestellt und in einem Simulator getestet, die es dem Piloten erleichtern, den Hubschrauber zu steuern, wenn er sich selbst dreht.

Während der Autorotation wird eine Reihe von diskreten und kontinuierlichen Hinweisen definiert, um dem Piloten zu helfen, zu wissen, was vor sich geht und was zu tun ist.

Vorteile der Computersimulationsmodellierung

Die Computersimulationsmodellierung ist nützlich, wenn Änderungen am realen System schwierig, teuer oder einfach keine gute Idee sind.

Es verwendet Computersoftware, um ein reales oder vorgeschlagenes System zu modellieren, und Designer, Programmmanager, Analysten und Ingenieure verwenden es, um „Was-wäre-wenn“-Fallszenarien zu verstehen und zu bewerten.

Anstatt beispielsweise Dutzende von Neuwagen zu Unfällen zu bringen, verwenden Autohersteller Computersimulationen, um ihre neuen Fahrzeuglinien zu testen.

Einschränkungen der Computersimulationsmodellierung

Im Allgemeinen besteht eines der Probleme mit Computermodellen darin, dass sie nicht alle Faktoren genau berücksichtigen können, die die Funktionsweise eines Systems beeinflussen könnten.

Dies gilt insbesondere, wenn man versucht, komplizierte aerodynamische Phänomene zu verstehen, wie zum Beispiel, wie sich ein Hubschrauber von selbst drehen kann.

Eine andere Sache, die untersucht werden muss, ist, wie Computersimulationen auf die breite Öffentlichkeit wirken. Eine unvorsichtige Verwendung von Modellierung und Simulation könnte also zu falschen Schlussfolgerungen führen.

Einige Regeln, wie zum Beispiel herauszufinden, wo ein Verteidigungssystem nicht richtig funktioniert, müssen berücksichtigt werden, wenn die Gültigkeit eines simulierten Systems beurteilt wird.

Am Ende haben Computersimulationen viele Vorteile, aber sie haben auch einige Probleme, die sorgfältig durchdacht werden müssen, bevor irgendwelche Schlussfolgerungen gezogen werden können.

Beispiele aus der Praxis für Autorotation

Praxisbeispiele der Autorotation zeigen, wie wichtig es für Hubschrauberpiloten ist, dieses Manöver im Notfall zu beherrschen.

Robinson Heli Down Autorotation

Die Robinson Heli Down Autorotation ist eine Möglichkeit für einen Hubschrauber, sicher zu landen, wenn sein Motor nicht mehr funktioniert.

Robinson-Hubschrauberpiloten verwenden es oft als Teil ihrer Ausbildung, und hier sind die Schritte:

• Der Pilot muss zuerst feststellen, dass der Motor nicht mehr funktioniert, und dann sofort das Autorotationsmanöver starten, indem er das Kollektiv senkt und in einen Autorotations-Sinkflug geht.
• Um zu einer sicheren Landezone zu gelangen, muss der Pilot dann eine gleichmäßige Sinkgeschwindigkeit einstellen und die Geschwindigkeit der Rotoren beim Drehen konstant halten.
• Während des Sinkflugs sollte der Pilot die Fluggeschwindigkeit und die Rotordrehzahl im Auge behalten und die zyklische Pitch-Steuerung verwenden, um bei Bedarf Änderungen vorzunehmen, während er die Kontrolle über das Flugzeug behält.
• Wenn sich der Hubschrauber dem Boden nähert, sollte der Pilot ihn seitwärts drehen, um die Landung weicher zu machen und seine Sinkgeschwindigkeit zu verlangsamen.

Autorotation in Drohnen

Autorotation ist nicht nur für Helikopter in voller Größe nützlich, sondern auch für ferngesteuerte Helikopter und Drohnen.

Die Idee hinter der Autorotation hat sich nicht geändert: Der Hauptrotor dreht sich, weil Luft durch ihn nach oben strömt, und nicht, weil der Motor ihn dreht.

Autorotation in ferngesteuerten Hubschraubern und Drohnen

Die meisten ferngesteuerten (RC) Helikopter mit kollektivem Pitch können auch automatisch funktionieren, wenn der Motor ausfällt oder der Motor aus irgendeinem Grund nicht mehr funktioniert.

Damit der Hubschrauber Autorotationen ausführen kann, muss die Hauptrotorwelle aus dem Rest der Antriebs- oder Getriebebaugruppe herausgenommen werden können.

Einige kleine Drohnen verwenden möglicherweise einen kleinen Elektromotor, um den Rotor während der Autorotation mit der gleichen Geschwindigkeit zu drehen, während andere möglicherweise nur auf die Luftkräfte angewiesen sind, um den Rotor mit der gleichen Geschwindigkeit zu drehen.

Bei ferngesteuerten Hubschraubern und Drohnen liegt der Schlüssel zu einer erfolgreichen Autorotationslandung darin, die Rotorgeschwindigkeit konstant zu halten und die Neigungs-, zyklischen und kollektiven Steuerungen zu verwenden, um den Sinkflug und die Vorwärtsgeschwindigkeit des Flugzeugs zu steuern.

Bei ferngesteuerten Helikoptern und Drohnen ist der beste Weg, Autorotationslandungen durchzuführen, in einem sicheren, offenen Bereich fern von Menschen, Gebäuden und anderen Hindernissen zu üben und die Manöver schrittweise schwieriger zu machen, wenn sich Ihre Fähigkeiten verbessern.

Außerdem ist es wichtig, das Flugzeug in gutem Zustand zu halten und regelmäßige Wartung und Inspektionen durchzuführen, um sicherzustellen, dass es gut funktioniert. Piloten sollten alle Gesetze und Regeln zum Betrieb ferngesteuerter Flugzeuge befolgen.

Der VECTOR-Autopilot, der von UAV Navigation hergestellt wurde, ist einer der wenigen Autopiloten, der sich vollständig selbst drehen kann.

Um bei Autorotationen gut zu werden, ist es wichtig, sie oft an einem sicheren Ort zu üben.

Der Schlüssel zu einer erfolgreichen Autorotationslandung ist das Timing und das Wissen, wann Sie Ihren Sinkflug und Ihre Vorwärtsgeschwindigkeit verlangsamen müssen, indem Sie mit einem zyklischen Rückwärtsbefehl abfackeln, positive kollektive Neigung anwenden und dann das Flugzeug kurz vor dem Aufsetzen mit einem zyklischen Vorwärtszyklus ausrichten, um sanft zu landen.

Es ist auch wichtig, einen guten Landeplatz zu wählen und sich diesem im richtigen Winkel und mit der richtigen Geschwindigkeit zu nähern.

Videos und Referenzen

Tipp: Aktivieren Sie die Untertitel-Schaltfläche, wenn Sie sie benötigen. Wählen Sie „Automatische Übersetzung“ im Einstellungs-Button, wenn Sie mit der englischen Sprache nicht vertraut sind. Möglicherweise müssen Sie zuerst auf die Sprache des Videos klicken, bevor Ihre bevorzugte Sprache für die Übersetzung verfügbar ist.

https://en.wikipedia.org/wiki/Autorotation

Anwendungsfälle

Benutzt in:	Beschreibung:
Notlandung	Eine der wichtigsten Anwendungen der Autorotation ist, wenn der Motor eines Hubschraubers in einem Notfall ausfällt. In diesem Fall kann der Pilot eine Autorotation starten, die es dem Hubschrauber ermöglicht, sicher zu Boden zu gleiten. Dieser Schritt kann sowohl dem Piloten als auch den Menschen an Bord das Leben retten.
Militär	Autorotation ist eine nützliche Fähigkeit für Militärhubschrauberpiloten, die für militärische Operationen verantwortlich sind. Im Kampf muss ein Hubschrauber möglicherweise schnell auf den Boden fallen, um nicht von feindlichem Feuer getroffen zu werden. Durch die Autorotation kann der Pilot den Helikopter schnell und sicher landen.
Suchen und retten	Helikopter werden häufig für Such- und Rettungszwecke eingesetzt, insbesondere in schwer zugänglichen oder abgelegenen Gebieten. In solchen Situationen kann die Autorotation dem Helikopter helfen, auch in unwegsamem Gelände sicher und kontrolliert zu landen.
Landwirtschaft	Die Autorotation kann auch in der Landwirtschaft eingesetzt werden, insbesondere beim Bestäuben von Feldfrüchten.
Filmen und Fotografieren	Helikopter werden in der Film- und Fotoindustrie oft für Aufnahmen von oben eingesetzt.
Wartung von Stromleitungen	Manchmal werden Hubschrauber zur Wartung von Stromleitungen eingesetzt, z. B. Zum Reparieren oder Ersetzen defekter Leitungen. Die Autorotation kann dem Helikopter helfen, sicher und präzise an Orten zu landen, die auf andere Weise schwer zu erreichen sind.

Abschluss

Zusammenfassend zeigt die Idee der Autorotation, wie mächtig Technik sein kann und wie kreativ Menschen sein können.

Es gibt uns das Selbstvertrauen, in Hubschraubern und anderen Flugzeugen zu fliegen, da wir wissen, dass wir immer noch sicher zum Boden zurückgleiten können, wenn der Motor nicht mehr funktioniert.

Die Autorotation zeigt uns auch, dass wir erstaunliche Dinge tun können, wenn wir die Grenzen des Möglichen verschieben.

Ingenieure und Piloten waren schon immer bestrebt, neue und bessere Wege zum Fliegen zu finden, von den ersten Menschen, die flogen, bis hin zu den Spitzentechnologien der modernen Luftfahrt.

Autorotation ist nur eines der erstaunlichen Dinge, die wir tun können, wenn wir uns darauf konzentrieren.

Wenn Sie also das nächste Mal nach oben schauen und einen Helikopter fliegen sehen, denken Sie an Autorotation, eine technische Meisterleistung, die all das möglich macht.