Modellhubschrauber

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Die großen Brüder

Dieses Kapitel befaßt sich mit der Steuerung der richtig großen Hubschrauber. Es sollen Parallelen zum Modellflug gezogen werden, aber auch die Unterschiede herausgestellt werden. In wieweit ist die Steuerung des großen Hubschraubers immer noch Handarbeit und wo hilft die Technik?

Modellhelicopter und die ihre großen Verwandten unterscheiden sich weniger als viele Leute glauben. Vor allem ist es die durch das Gewicht bedingte größere Trägheit. Der Autor hatte die Möglichkeit, bei der Firma Wasserthal in Hamburg die Bell 206L und BO 205 zu besichtigen und ausführliche Erklärungen durch Herrn Schumacher, der als Berufspilot mit über 15 Jahren Flugerfahrung und 5000 Flugstunden viel Erfahrung hat, zu bekommen.

Ausbildung

Das Fliegen eines Hubschraubers ist nicht einfach. Die meisten Modellheli-Piloten benötigen mehrere Jahre, bis sie ihren Heli beherrschen. Die PPL-Lizenz (Privatfluglizenz für Hubschrauber) ist im Block in Amerika zwar innerhalb von 4-5 Wochen zu schaffen. Dies soll aber nicht bedeuten, dass das Fliegen eines "Großen" deswegen einfacher zu bewerkstelligen sei. Vielmehr ist die Vor-Selektion viel größer und die Ausbildung viel intensiver (bis zu 180 Stunden Theorie). Ein wesentlicher Bestandteil der Ausbildung ist das Verhalten in Ausnahmesituationen. Insbesondere hier unterscheidet sich die Privatfliegerlizenz PPL zur Berufsfliegerlizenz. Für die Erlangung der PPL wird dem Flugschüler die Autorotation nur demonstriert (er führt sie nicht selbst durch). Stattdessen wird die Autorotation vom Flugschüler nur simuliert, d.h. bei voller Rotordrehzahl wird der Pitch zurückgenommen. Kurz vor der Landung wird der Pitch wieder gezogen und normal gelandet.

Die Ausbildung für Berufspiloten ist naturgemäß umfangreicher (mind. 650 Stunden Theorie). Um bei dem Beispiel der Autorotation zu bleiben: Der angehende Berufspilot muß auch während der Ausbildung beweisen, dass er die "scharfe" Autorotation beherrscht. Jedes Jahr muß er erneut zeigen, daß er sie immer noch beherrscht. Das sieht so aus, dass der Prüfer irgendwann im Flug die Turbinen ausschaltet und der Pilot sofort reagieren muß. Damit die Lizenz verlängert wird, ist dies für jedes "Muster" im Schein nötig. Außerdem sind 2 Flugstunden pro eingetragenem Modell pro Jahr für die Verlängerung nötig.

Jedes halbe Jahr gibt es einen von Gesetz vorgeschriebenen Company Check, bei dem kontrolliert wird, das der Heli-Pilot sein Gerät beherrscht und die Maschine ordnungsgemäß funktioniert.

Reparaturen und Wartung

Insbesondere die Modelle der Anfänger unter den Modell-Piloten befinden sich länger in der Werkstatt als in der Luft. Dies liegt natürlich selten an der turnusmäßigen Wartung der Knirpse, aber wie sieht es mit den großen Wolkenquirls aus, die in der Regel nicht aufgrund von Kollisionen auseinander genommen werden müssen. Bei einer Bell 206L liegt das Zeit-Verhältnis Wartung zu Flug immerhin bei 1:7, bei manchen Modellen ist es bei 1:15.

Steuerung

Zunächst einmal besitzen die wenigsten Hubschrauber Autopiloten, da dies zusätzliches Gewicht bedeuten würde. Das bedeutet, dass diese Modelle komplett manuell gesteuert werden. Der Steuerknüppel wird durch elektrisch verstellbare Federn in einer Trimposition gehalten, aber normalerweise kann der cyclic pitch wegen der mangelnden Stabilität des Hubschraubers nicht losgelassen werden.

Mit den in der Bell 206L eingebauten Instrumenten ist zwar kein Instrumentenflug erlaubt, wäre aber prinzipiell möglich. Erlaubt dagegen ist auch der Nachtflug bei entsprechenden Sichtbedingungen.

Kollisionswarnung

Jeder Flieger muß während eines Fluges seinen Transponder einschalten. Neben der Sichtbarkeit für den Tower können auch Zusatzgeräte wie z.B. TCAS den Transpondercode von anderen Flugzeugen empfangen und deren Inhalt (Höhe) auswerten und aus Laufzeitberechnungen und entsprechende Anordnung mehrerer Antennen Entfernung bzw Richtung berechnen. Die Unterschreiten eines Mindestabstands zu einem anderen Flugzeug kann dem Piloten dann akustisch signalisiert werden. Ein Radar besitzt die Bell 205 nicht.

Das Instrumentenbrett

Oben abgebildet ist der Instrumentenbereich, der während des Fluges die wichtigsten Daten für den Piloten liefert. Davor angebracht ist der Bereich, der hauptsächlich der Kommunikation (Funk) und der elektronischen Orientierung (GPS, Funkfeuer) dient.

Instrumente die allgemein bekannte Werte wie Temperatur, Druck oder den künstlichen Horizont anzeigen, sind auch jedem Modellpiloten bekannt. Aber zur Navigation benötigt der Pilot eines Großhubschraubers weitere elektronische Hilfsmittel wie beispielsweise dsas wichtige VOR. Das VOR hat seinen Namen von VHF Omnidirectional Radio Beacon. VHF wiederum heißt Verry High Frequency – zu Deutsch: UKW. VOR bedeutet also wörtlich "UKW in-alle-Richtungen Leuchtturm".

Das eigentliche VOR ist eine Bodenstation, deren Signal vom VOR-Empfänger im Flugzeug ausgewertet und als Richtungsinformation auf einem Anzeigengerät abgelesen werden kann.

Schaut man zur Decke, so finden sich dort hauptsächlich die Sicherungen und einige weniger wichtige (Heizung) oder seltener benutzte Einstellmöglichkeiten.

Der Pitchhebel

Der Pitchhebel vereinigt verschieden Funktionen, er dient nicht nur der Blattverstellung. Durch Drehen des "Throttle" kann auch die Rotordrehzhal reguliert werden. Zusätzlich kann über die am Kopf angebrachten Buttons die Beleuchtung des Landeplatzes gesteuert werden (Helligkeit + Richtung).

Steuerknüppel

Die beiden roten Knöpfe auf dem Steuerhebel für die Taumelscheibe dienen der Kommunikation. Der obere rote Knopf ist für die "Interkom"-Anlage zuständig, d.h. die Sprechverbindung der Insassen untereinander. Der andere vordere Knopf ist die Sprechtaste für den Funk.

Darunter angebracht sind zwei Knöpfe, wobei der erste für den Lasthaken zuständig ist, der andere für den Feuerlöschbehälter unter dem Heli. Damit werden (einem Airbag ähnlich) die Lufttaschen an den Kufen explosionsartig gefüllt, wenn eine Notlandung auf dem Wasser nötig ist (damit kann der Heli bei maximaler Beladung eine Wellenhöhe von bis zu 2 Metern auf dem Wasser schwimmen).

Kommunikation

Die Insassen der Bell 206 können sich über die eingebaute Interkom-Anlage miteinander unterhalten. Der Pilot kann sich aus diesen Gesprächen ausklinken, falls er sich auf die Kommunikation mit den Kontrollstellen konzentrieren muß.

Eine Sprechverbindung baut der Pilot mit dem Taster an seinem Steuerhebel auf. Im vorgestellten Modell können zwei Frequenzen fest voreingestellt werden, so daß die Ablenkung von der Flugsteuerung zwecks Kommunikation minimiert werden.

Schwingungen und Vibrationen

Prinzipiell sind die Hubschrauber im Reiseflug weniger anfällig gegen Turbulenzen als Flächen-Flugzeuge, weil sie mit geringerer Geschwindigkeit fliegen und der Pilot daher die unterschiedlichen Strömungen besser ausgleichen kann. Insbesondere an warmen Sommertagen kann die Thermik zu starken Luftströmungen führen. Ein erfahrener Pilot erreicht auch in solchen Wetterlagen einen ruhigen Flug.

Ein anderes Thema sind die durch die rotierenden Teile des Heli hervorgerufenen Vibrationen. Beim Starten vibriert ein Modellhubschrauber zunächst ziemlich stark, bis sich die Rotorblätter durch die Zentripetalkräfte gleichmäßig ausgerichtet haben. Auch beim großen Hubschrauber findet durch die Drehkraft eine Ausrichtung statt, dies ist aber mehr eine Feinjustage und variiert von Typ zu Typ. Beispielsweise ist das Rotorsystem einer 4-rotorigen BO205 starr, während die beiden Rotoren der Bell 205 eher flexibel eingebaut sind. Außerdem ist der gesamte Rotor "schwimmend" aufgehängt, so daß die Insassen weitgehend von starken Vibrationen verschont bleiben.

Schwierige Fluglagen

Aufgrund der guten Wartung ist ein Ausfall von wichtigen Elementen sehr unwahrscheinlich.

Heck dreht nicht mehr

Bei ausreichender Vorwärtsgeschwindigkeit reagiert das Heck wie eine Windfahne. Natürlich ist baldige Landung nötig.

Motor fällt aus

In diesem Fall muß der Pilot sofort in die Autorotation umschalten. Wie groß die dann noch zurückzulegende Distanz ist, hängt vom Gleitverhältnis ab.

Bei gewerblichen Flügen über Wasser, bei denen nicht mehr gewährleistet sein kann, dass bei einem Triebwerksschaden Land erreicht werden kann, müssen die Kufen mit (gegebenfalls aufblasbaren) Schwimmkörpern ausgerüstet sein.

Mechanik

Der wichtigste und damit auch meist am aufwendigsten zu wartende Teil eines Helis ist der Rotorkopf und seine Taumelscheibe. Die Taumelscheibe ist prinzipiell beim Großhubschrauber genauso wie beim Modellhelikopter konstruiert. Sie besteht aus einem äußeren, nicht-drehenden Ring und einem mit der Rotorwelle drehenden Innenring, die beide beweglich auf einer Kugel auf der Rotorwelle unterhalb des Hauptrotors sitzen. Von dem Innenring gehen Steuerstangen zum Rotorkopf, an dem die Rotorblätter angebracht sind. Aus dem Drehen des Innenrings entsteht so eine zyklische Blattverstellung: Die Rotorblätter werden jeweils an der gleichen Stelle des Umlaufs steiler angestellt. Durch die zyklischen Anstellwinkelveränderungen wird die Hauptrotorebene nun ebenfalls nach vorne geneigt, und der Hubschrauber beginnt in diese Richtung zu fliegen. Der gewünschte Schub wird also nicht durch die zyklisch geänderten Anstellwinkel erreicht, sondern erst durch das daraus resultierende Kippen der Rotorebene. Beim Ziehen des Collective- (engl. gemeinsam, auch Pitch-) Hebel neigt sich die Taumelscheibe nicht, sondern wird im ganzen axial auf der Rotorwelle verschoben. Damit ändert sich der Anstellwinkel aller Rotorblätter gleichmäßig, somit auch der Auftrieb und der Hubschrauber steigt oder sinkt analog. Das benötigte höhere Motor-Drehmoment beim Anstellen wird vom Piloten manuell über den Gashebel oder auch automatisch eingestellt, damit die Drehzahl des Rotors nicht absinkt.

Bei einer kollektiven und/oder zyklischen Anlenkung der Blätter sind diese in ihrer Längsachse drehbar aufgehängt, so dass der Anstellwinkel durch die von der Taumelscheibe ausgehenden Steuerhebel veränderbar ist. Zum Ausgleich aerodynamischer Kräfte werden weiterhin Schlaggelenke und Schwenkgelenke eingesetzt, bei neueren Konstruktionen mit "starrem" Rotorkopf stattdessen Blätter aus Verbundwerkstoffen und elastische Aufhängungen, so zum Beispiel bei der BO-105.

Das vordere Röhrchen ist ein Strömungsmesser und dient der Messung der Geschwindigkeit. Für die genaue Messung wird allerdings ein vom Barometer gelieferter Wert abgezogen,

Die Hydraulik beim großen Heli ist etwas stabiler dimensioniert als die kleinen Servos im Modell... Im obigen Bild ist die Ansteuerung mit "3 Servos" für die Taumelscheibe und den Pitch abgebildet.

Andere Hubschraubertypen

Moderne Hubschrauber (EC135, EC145 u.a.) besitzen Stabilisierungssysteme (SAS), die es ermöglichen, kurzzeitig (bis mehrere Minuten) auch den cyclic stick loszulassen.

Optional sind diese Hubschrauber auch mit Autopiloten (AFCS) ausrüstbar. Mit diesen kann ein kompletter Flug (ausser Start und Landung) "hands off" durchgeführt werden. Ist das AFCS allerdings "nur" ein Dreiachsensystem, muss die Leistung nach wie vor manuell mit dem Pitch eingestellt werden, was aber nur kurzzeitige Eingaben erfordert.

Vergleichsdaten

Ein vergleichender Überblick über die wichtigsten Rahmendaten soll diese Tabelle liefern.

 DF 35/LMHBell 206 L 3
Rotordrehzahl2000 U/min (LMH)470 U/min
Gewicht555 g (DF35), 1250 g (LMH)max. 1870 kg Abfluggewicht
Kraftstoffverbrauch1500 mA / 15 min (DF35)etwa 150 Liter Kerosin pro Stunde
Flugkostenje nach Können des Piloten...75 EUR Kraftstoff (unversteuert)
übliche Reiseflughöhebis 50 m500-600 Meter
max. Flughöhe 6000 m
Lärm??drinnen: etwa 80db(A), außerhalb: etwa 96 db(A)
Bodeneffekthalbe Rotorlängehalbe Rotorlänge
GleitzahlDF35: 1:3 (?)1:7 (?)