Hubschrauber, auch Drehflügler oder Helikopter genannt, sind Fluggeräte, die vertikal starten und landen können. Im Horizontalflug kann die Geschwindigkeit kontinuierlich zwischen null und dem Maximalwert (meist um 250 km/h) verändert werden. Genutzt wird bei Hubschraubern, dass durch die Drehbewegung von Rotoren ein Auftrieb entsteht, der das Fliegen ermöglicht.
Historisches
Erste Überlegungen und Zeichnungen zu einem Drehflügler sind
bereits bei LEONARDO DA VINCI
(1452-1519) zu finden. Er war allerdings seiner Zeit weit voraus.
Weitere Überlegungen und Versuche, einen Hubschrauber zu bauen, sind
erst aus dem 19. Jahrhundert bekannt. So versuchte der Engländer
W. H. PHILIPS um 1842 erfolglos, einen Hubschrauber mit Dampfrückstoßantrieb
an den Rotorenden herzustellen.
Der Italiener ENRICO FORLANINI baute 1877 ein Schraubenfliegermodell,
dessen Rotor mit einem kleinen Dampfmotor angetrieben wurde. Die Ansätze
kamen über ein Versuchsstadium nicht hinaus.
1907 versuchte der Franzose PAUL CORNU mit einem selbst gebauten Drehflügler
den ersten bemannten Hubschrauberflug. Der Hubschrauber hatte zwei Rotoren
mit je 6 m Durchmesser, die von einem 24-PS-Motor angetrieben wurden.
Diese Versuche kamen über das Anfangsstadium ebenso wenig hinaus
wie die der Franzosen BREGUET und RICHET im gleichen Jahr.
Deutliche Fortschritte wurden erst in den dreißiger Jahren des 20.
Jahrhunderts erreicht: Der deutsche Konstrukteur HEINRICH
FOCKE (1890-1979) entwickelte den ersten einsatzfähigen Hubschrauber
der Welt. Der Hubschrauber hatte zwei gegenläufig sich bewegende
Rotoren. Seine längste Flugzeit betrug 93 Minuten.
Nach dem Zweiten Weltkrieg setzte eine stürmische Entwicklung ein.
Es wurden eine Vielzahl von Typen für unterschiedliche Einsatzzwecke
entwickelt, angefangen von Rettungshubschraubern bis zu Transportern für
schwere Lasten und Personen sowie Militärhubschraubern unterschiedlichster
Art.
Aufbau und Wirkungsweise
Der grundsätzliche Aufbau ist bei allen Hubschraubern gleich. Die
für das Fliegen wichtigsten Bauteile sind neben einer Kabine und
einem Antriebmotor der Hauptrotor
mit mehreren verstellbaren Rotorblättern und der Heckrotor.
Die Rotorblätter weisen ein ähnlich geformtes Profil wie die
Tragflächen eines Flugzeuges auf.
Wird der Rotor in schnelle Umdrehungen versetzt, entsteht durch die Luftströmung
um die Rotorblätter ähnlich wie bei einer Flugzeugtragfläche
eine nach oben wirkende Auftriebskraft
(Bild 2). Sie bewirkt, dass der Hubschrauber senkrecht nach oben steigen
und fliegen kann. Zwischen der nach oben gerichteten Auftriebskraft und
der nach unten wirkenden Gewichtskraft besteht dann ein Kräftegleichgewicht:
Beide Kräfte sind gleich groß, aber entgegengesetzt gerichtet.
Die Größe der Auftriebskraft kann durch Veränderung der
Drehzahl des Rotors und durch Veränderung des Anstellwinkels der
Rotorblätter verändert werden. Damit wird ein Steigen oder ein
Sinken und Landen des Hubschraubers ermöglicht.
Nach dem newtonschen Wechselwirkungsgesetz actio = reactio würde sich bei einem Hubschrauber mit nur einem Rotor bei der Drehbewegung des Rotors in der einen Richtung der gesamte andere Teil des Hubschraubers in der anderen Richtung drehen. Um das zu verhindern, ist seitlich ein Heckrotor angebracht. Er verhindert eine ständige Drehung des Hubschraubers. Eine andere Möglichkeit besteht darin, statt eines Heckrotors einen zweiten, sich in entgegengesetzter Richtung drehenden Rotor zu verwenden.
Damit sich ein Hubschrauber nicht nur nach oben oder nach unten, sondern auch nach vorn bewegt, muss auch ein Vortrieb wirken. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten, die technisch auch beide genutzt werden:
- Die erste Möglichkeit besteht darin, durch einen Steuermechanismus
den Hubschrauber nach vorn zu neigen (Bild 3). Die durch den Rotor entstehende
resultierende Kraft (Bild 2) wirkt dann mit einer Komponente nach oben
und mit einer zweiten Komponente nach vorn. Zugleich wirkt aufgrund
der Vorwärtsbewegung der Luftwiderstand in entgegengesetzter Richtung.
Insgesamt befindet sich der Hubschrauber auch beim Vorwärtsflug
im Kräftegleichgewicht.
-
Die zweite Möglichkeit besteht darin, den Hubschrauber mit zusätzlichen Triebwerken zu versehen, die wie bei einem Flugzeug eine Vorwärtsbewegung bewirken. Solche Hubschrauber erreichen in der Regel höhere Geschwindigkeiten. Sie werden deshalb meist im militärischen Bereich genutzt.