Hubschrauber
Ein Hubschrauber oder Helikopter ist ein senkrecht startendes und landendes Luftfahrzeug, das Motorkraft auf einen oder mehrere nahezu horizontal angeordnete Rotoren für Auftrieb und Vortrieb überträgt. Diese arbeiten als sich drehende Tragflächen oder Flügel. Damit zählen Hubschrauber zu den Drehflüglern und sind mit Abstand die bedeutendsten Vertreter dieser Großgruppe von Luftfahrzeugen. „Drehflügler“ ist auch die sinngemäße Übersetzung des Worts Helikopter, kurz auch Heli, das sich zusammensetzt aus altgriechisch ἕλιξ hélix (Gen. ἕλικος hélikos) „Windung, Spirale, Schraube“ und πτερόν pterón „Flügel“. Die Wörter Helikopter und Hubschrauber sind gleichbedeutend. Umgangssprachlich setzt sich im deutschsprachigen Raum Helikopter immer mehr durch (vgl. auch Helikopter-Eltern),. Amtlich hingegen werden in der Schweiz beide Wörter verwendet. ⓘ
Die Abgrenzung des Begriffs Hubschrauber ist variabel. Im weitesten Sinne werden Hubschrauber und Drehflügler als Synonyme behandelt. Üblicherweise werden jedoch Drehflügler ohne angetriebenen Hauptrotor, wie Tragschrauber mit eigenen Vortriebsrotoren, nicht zu den Hubschraubern gezählt. Bei Flugschraubern, die die Eigenschaften dieser beiden Luftfahrzeuge kombinieren, ist die Einordnung zu den Hubschraubern uneinheitlich. Hubschrauber, die zusätzlich über starre Tragflächen verfügen, werden als Verbundhubschrauber bezeichnet. Wandelflugzeuge zählen nicht zu den Hubschraubern. ⓘ
Ein Hubschrauber ist ein Drehflügler, bei dem Auftrieb und Schub durch horizontal drehende Rotoren erzeugt werden. Dadurch kann der Hubschrauber senkrecht starten und landen, schweben und vorwärts, rückwärts und seitwärts fliegen. Diese Eigenschaften ermöglichen den Einsatz von Hubschraubern in überfüllten oder abgelegenen Gebieten, in denen Starrflügler und viele Formen von STOL- (Short TakeOff and Landing) oder STOVL-Flugzeugen (Short TakeOff and Vertical Landing) ohne Landebahn nicht eingesetzt werden können. ⓘ
Der Sikorsky R-4 war 1942 der erste Hubschrauber, der in Serie produziert wurde. ⓘ
Obwohl die meisten früheren Entwürfe mehr als einen Hauptrotor verwendeten, ist die Konfiguration eines einzelnen Hauptrotors zusammen mit einem vertikalen Anti-Drehmoment-Heckrotor (d.h. Unicopter, nicht zu verwechseln mit dem Einblatt-Monocopter) die häufigste Hubschrauberkonfiguration geworden. Manchmal werden jedoch auch Hubschrauber mit zwei Hauptrotoren (Bicopter) in Tandem- oder Querrotorkonfiguration eingesetzt, da sie eine höhere Nutzlast als die einmotorige Bauweise bieten. Auch Koaxialrotor-, Kipprotor- und Verbundhubschrauber sind heute im Einsatz. Quadrotor-Hubschrauber (Quadcopter) wurden bereits 1907 in Frankreich entwickelt, und zusammen mit anderen Arten von Multicoptern wurden sie vor allem für Spezialanwendungen wie Drohnen entwickelt. ⓘ
Etymologie
Das englische Wort helicopter leitet sich von dem 1861 von Gustave Ponton d'Amécourt geprägten französischen Wort hélicoptère ab, das sich aus dem griechischen helix (ἕλιξ) "Spirale, Wirbel, Windung" und pteron (πτερόν) "Flügel" zusammensetzt. Aus verschiedenen Gründen wird das Wort aus etymologischer Sicht von englischen Sprechern oft fälschlicherweise in heli- und copter zerlegt, was zu Wörtern wie helipad und quadcopter führt. Zu den englischsprachigen Spitznamen für "Helikopter" gehören "Chopper", "Copter", "Heli" und "Whirlybird". Beim US-Militär ist "helo", ausgesprochen mit einem langen "e", der gängige Slang. ⓘ
Konstruktionsmerkmale
Ein Hubschrauber ist ein Drehflügler, bei dem Auftrieb und Schub durch einen oder mehrere horizontal drehende Rotoren erzeugt werden. Im Gegensatz dazu haben Autogyro (oder Tragschrauber) und Gyrodyne einen frei drehenden Rotor für den gesamten oder einen Teil des Flugbereichs, der sich auf ein separates Schubsystem stützt, um das Fluggerät vorwärts zu treiben, so dass der Luftstrom den Rotor in Drehung versetzt, um Auftrieb zu erzeugen. Der Verbundhubschrauber verfügt ebenfalls über ein separates Schubsystem, versorgt aber den Rotor während des normalen Fluges weiterhin mit Energie. ⓘ
Rotorsystem
Das Rotorsystem, oder einfacher gesagt der Rotor, ist der rotierende Teil eines Hubschraubers, der den Auftrieb erzeugt. Ein Rotorsystem kann horizontal montiert sein, wie die Hauptrotoren, die den Auftrieb vertikal erzeugen, oder es kann vertikal montiert sein, wie ein Heckrotor, der horizontalen Schub erzeugt, um dem Drehmoment der Hauptrotoren entgegenzuwirken. Der Rotor besteht aus einem Mast, einer Nabe und Rotorblättern. ⓘ
Der Mast ist eine zylindrische Metallwelle, die sich vom Getriebe nach oben erstreckt. An der Spitze des Mastes befindet sich der Befestigungspunkt für die Rotorblätter, die Nabe. Hauptrotorsysteme werden danach eingeteilt, wie die Rotorblätter befestigt sind und sich relativ zur Nabe bewegen. Es gibt drei Grundtypen: scharnierlos, voll gelenkig und wippend; einige moderne Rotorsysteme verwenden jedoch eine Kombination aus diesen Typen. ⓘ
Anti-Drehmoment
Man unterscheidet Einrotorsysteme, Doppelrotoren, Dreifachrotoren und Maschinen mit vier (Quadrocopter) oder mehr Rotoren. Mit Ausnahme des Blattspitzenantriebs werden die Rotoren dabei stets durch einen Motor im Rumpf angetrieben. Dadurch entsteht an der Rotorachse ein Gegendrehmoment (Giermoment), das bei einem einzelnen Rotor eine gegenläufige Drehung des Rumpfes erzeugen würde. Um dieses zu kompensieren, werden verschiedene Konstruktionen benutzt:
- Einrotorsystem
- Erzeugung eines seitlichen Gegenschubs durch einen Heckrotor, auch gekapselt als Mantelpropeller beim Fenestron, oder durch Schubdüsen beim NO-TAil-Rotor-(NOTAR)-System ⓘ
Heckrotor eines Super Pumas
Fenestron an einem EC 120 ⓘ
- Doppelrotorsysteme
- Zwei gegenläufige Hauptrotoren, deren Giermomente sich ausgleichen – durch Anordnung übereinander auf derselben Achse (Koaxialrotor), hintereinander (Tandem-Konfiguration) oder nebeneinander (transversal). Eine weitere Variante sind die ineinandergreifenden Rotoren mit nahe zusammenliegenden, zueinander schräggestellten Drehachsen beim Flettner-Doppelrotor. Beim Sikorsky X2 ermöglicht die Koaxialbauweise auch höhere Geschwindigkeiten in Kombination mit einem Schubpropeller, wie er erstmals 1947 beim Fairey Gyrodyne verwendet wurde. ⓘ
Koaxialhubschrauber KA-27 der russischen Marine
Transversal-Konfiguration des Focke-Wulf Fw 61
Kaman K-1200 K-Max mit gegenläufigem Flettner-Doppelrotor von vorn
Chinook der Royal Air Force mit Doppelrotor in Tandemkonfiguration ⓘ
- Dreifachrotorsysteme
- Nur selten (Cierva W.11), in der Planung (Mil Mi-32) oder im Modellbau (Tribelle, Tricopter) traten Dreifachrotoren auf, bei denen das Drehmoment durch leichtes Kippen der Rotorhochachsen oder auch durch Schwenkbarkeit eines der Rotoren ausgeglichen wird. ⓘ
Cierva W.11 mit drei Hauptrotoren ⓘ
- Quadro- und Multicopter
- Der Quadrocopter verwendet vier Rotoren in einer Ebene und erlaubt allein durch verknüpfte Verstellung von Pitch oder Drehzahl eine Steuerung um alle drei Achsen. Üblich ist quadratische Anordnung, nötig ist gegenläufiger Drehsinn benachbarter Rotoren. Auf Basis dieser Technologie werden auch Muster mit sechs, acht, zwölf oder mehr (z. B. Volocopter mit 16 bzw. 18) Rotoren eingesetzt. ⓘ
Die als Quadrocopter ausgelegte Curtiss-Wright VZ-7
Der AirRobot AR 100-B ⓘ
- Blattspitzenantrieb
- Beim Blattspitzenantrieb wird der Rotor durch Rückstoß eines Propellers oder Gasstrahls angetrieben, sodass kein Gegendrehmoment auf den Rumpf wirkt. ⓘ
Ein System mit zwei Rotoren ist zwar technisch die effizientere Konstruktion, da alle Rotoren zum Auf- und Vortrieb genutzt werden, während der Heckrotor im Schwebeflug etwa 15 % der Gesamtleistung kostet. In der Praxis hat sich jedoch weitgehend das Einrotorsystem mit einem Heckrotor durchgesetzt. Ökonomisch schlagen hier die niedrigeren Bau- und Wartungskosten bei nur je einem Rotorkopf und Getriebe ins Gewicht, da diese die beiden aufwendigsten und empfindlichsten Baugruppen eines Hubschraubers sind. ⓘ
Heckrotoren gibt es in Ausführungen mit zwei bis fünf Blättern. Um den Lärm zu verringern, werden teils vierblättrige Rotoren in X-Form eingesetzt. Eine besonders leise Variante ist der Fenestron, ein ummantelter Propeller im Heckausleger mit bis zu 18 Blättern. ⓘ
Meist wird der Heckrotor aus dem Hauptgetriebe über Wellen und Umlenkgetriebe angetrieben, sodass seine Drehzahl stets proportional zu der des Hauptrotors ist. Der Schub zur Steuerung um die Gierachse wird hierbei vom Piloten mit den Pedalen über den Einstellwinkel der Heckrotorblätter analog der kollektiven Verstellung des Hauptrotors geregelt. ⓘ
Während des Reiseflugs wird bei vielen Konstruktionen der Heckrotor dadurch entlastet, dass ein Seitenleitwerk das Giermoment weitgehend kompensiert. Dies wird meist durch Endscheiben an der horizontalen Dämpfungsfläche realisiert, die zur Rumpflängsachse schräg gestellt sind, bei einer einzelnen Seitenflosse in der Regel zusätzlich durch ein asymmetrisches Profil. ⓘ
Die meisten Hubschrauber haben einen einzigen Hauptrotor, aber das durch den Luftwiderstand erzeugte Drehmoment muss durch ein Gegenmoment ausgeglichen werden. Igor Sikorsky entschied sich bei seinem VS-300 für einen kleineren Heckrotor. Der Heckrotor drückt oder zieht gegen das Heck, um dem Drehmoment entgegenzuwirken, und dies ist die gebräuchlichste Konfiguration für Hubschrauberkonstruktionen geworden, normalerweise am Ende eines Heckauslegers. ⓘ
In einigen Hubschraubern werden anstelle des Heckrotors auch andere Anti-Drehmoment-Steuerungen verwendet, wie z. B. der Kanallüfter (Fenestron oder FANTAIL genannt) und NOTAR. NOTAR bietet einen Drehmomentausgleich, ähnlich wie ein Flügel durch den Coandă-Effekt am Heckausleger Auftrieb entwickelt. ⓘ
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Bei Spitzenstrahlkonstruktionen schiebt sich der Rotor selbst durch die Luft und erzeugt kein Drehmoment. ⓘ
Triebwerke
Die Anzahl, Größe und Art der in einem Hubschrauber verwendeten Triebwerke bestimmt die Größe, Funktion und Fähigkeit des Hubschraubers. Die ersten Hubschraubermotoren waren einfache mechanische Vorrichtungen wie Gummibänder oder Spindeln, die die Größe von Hubschraubern auf Spielzeug und kleine Modelle beschränkten. Ein halbes Jahrhundert vor dem ersten Flugzeugflug wurden Dampfmaschinen eingesetzt, um das Verständnis für die Aerodynamik von Hubschraubern voranzutreiben, aber die begrenzte Leistung erlaubte keinen bemannten Flug. Die Einführung des Verbrennungsmotors Ende des 19. Jahrhunderts wurde zum Wendepunkt für die Entwicklung von Hubschraubern, da nun Motoren entwickelt und produziert wurden, die stark genug waren, um Hubschrauber zu bauen, die auch Menschen tragen konnten. ⓘ
Frühe Hubschrauberkonstruktionen nutzten speziell angefertigte Motoren oder für Flugzeuge konzipierte Rotationsmotoren, die jedoch bald durch leistungsfähigere Automobilmotoren und Sternmotoren ersetzt wurden. Der einzige Faktor, der die Entwicklung von Hubschraubern in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts am meisten einschränkte, war die Tatsache, dass die von einem Motor erzeugte Leistung das Gewicht des Motors im Vertikalflug nicht überwinden konnte. Dieses Problem wurde bei den ersten erfolgreichen Hubschraubern durch die Verwendung der kleinsten verfügbaren Motoren gelöst. Als der kompakte Flachmotor entwickelt wurde, fand die Hubschrauberindustrie ein leichteres Triebwerk, das sich leicht an kleine Hubschrauber anpassen ließ, obwohl Sternmotoren weiterhin für größere Hubschrauber verwendet wurden. ⓘ
Turbinenmotoren revolutionierten die Luftfahrtindustrie, und mit dem Turbowellentriebwerk für Hubschrauber, das im Dezember 1951 mit dem bereits erwähnten Kaman K-225 eingeführt wurde, stand den Hubschraubern endlich ein Motor mit hoher Leistung und geringem Gewicht zur Verfügung. Außerdem sind Turbowellen zuverlässiger als Kolbenmotoren, insbesondere bei der Erzeugung der für Hubschrauber erforderlichen hohen Dauerleistung. Der Turbomotor konnte auf die Größe des zu konstruierenden Hubschraubers zugeschnitten werden, so dass heute alle Hubschraubermodelle mit Ausnahme der leichtesten von Turbinentriebwerken angetrieben werden. ⓘ
Spezielle Düsentriebwerke, die für den Antrieb des Rotors von den Rotorspitzen aus entwickelt wurden, werden als Tip Jets bezeichnet. Tip Jets, die von einem ferngesteuerten Kompressor angetrieben werden, werden als Cold Tip Jets bezeichnet, während diejenigen, die von Verbrennungsabgasen angetrieben werden, als Hot Tip Jets bezeichnet werden. Ein Beispiel für einen Hubschrauber mit kalten Düsen ist der Sud-Ouest Djinn, und ein Beispiel für einen Hubschrauber mit heißen Düsen ist der YH-32 Hornet. ⓘ
Einige funkferngesteuerte Hubschrauber und kleinere unbemannte Luftfahrzeuge vom Typ Hubschrauber verwenden Elektromotoren oder Motorradmotoren. Funkgesteuerte Hubschrauber können auch Kolbenmotoren haben, die mit anderen Kraftstoffen als Benzin betrieben werden, z. B. mit Nitromethan. Einige Turbinentriebwerke, die häufig in Hubschraubern verwendet werden, können auch Biodiesel anstelle von Düsentreibstoff verwenden. ⓘ
Es gibt auch Hubschrauber, die von Menschen angetrieben werden. ⓘ
Flugsteuerung
Ein Hubschrauber verfügt über vier Flugsteuerungseingänge. Diese sind die zyklische Steuerung, die kollektive Steuerung, die Anti-Torque-Pedale und der Gashebel. Der Steuerknüppel befindet sich in der Regel zwischen den Beinen des Piloten und wird üblicherweise als Steuerknüppel oder einfach als Steuerknüppel bezeichnet. Bei den meisten Hubschraubern ist der Steuerknüppel mit einem Joystick vergleichbar. Der Robinson R22 und der Robinson R44 verfügen jedoch über ein einzigartiges zyklisches Steuersystem mit Wippstange, und einige Hubschrauber haben eine zyklische Steuerung, die von oben ins Cockpit herabgelassen wird. ⓘ
Die Steuerung heißt zyklisch, weil sie den zyklischen Anstellwinkel der Hauptblätter verändert. Dadurch wird die Rotorscheibe in eine bestimmte Richtung geneigt, so dass sich der Hubschrauber in diese Richtung bewegt. Drückt der Pilot den Cyclic nach vorne, kippt die Rotorscheibe nach vorne, und der Rotor erzeugt einen Schub in die Vorwärtsrichtung. Drückt der Pilot den Zyklus zur Seite, neigt sich die Rotorscheibe zu dieser Seite und erzeugt einen Schub in diese Richtung, so dass der Hubschrauber seitlich schwebt. ⓘ
Die kollektive Pitchsteuerung oder das Kollektiv befindet sich auf der linken Seite des Pilotensitzes und ist mit einer einstellbaren Reibungskontrolle ausgestattet, um unbeabsichtigte Bewegungen zu verhindern. Mit dem Kollektiv wird der Anstellwinkel aller Hauptrotorblätter gemeinsam (d. h. alle gleichzeitig) und unabhängig von ihrer Position verändert. Daher ändern sich bei einer kollektiven Eingabe alle Blätter gleichermaßen, was dazu führt, dass der Hubschrauber an Höhe gewinnt oder verliert. ⓘ
Eine Taumelscheibe steuert die kollektive und zyklische Blattverstellung der Hauptblätter. Die Taumelscheibe bewegt sich entlang der Hauptwelle auf und ab, um die Neigung beider Blätter zu verändern. Dies bewirkt, dass der Hubschrauber je nach Anstellwinkel Luft nach unten oder nach oben drückt. Die Taumelscheibe kann auch ihren Winkel ändern, um die Blätter nach vorne oder hinten bzw. nach links und rechts zu bewegen, damit sich der Hubschrauber in diese Richtungen bewegt. ⓘ
Die Antidrehmomentpedale befinden sich an der gleichen Stelle wie die Seitenruderpedale in einem Starrflügler und dienen einem ähnlichen Zweck, nämlich der Steuerung der Richtung, in die die Nase des Flugzeugs gerichtet ist. Wird das Pedal in eine bestimmte Richtung betätigt, ändert sich der Anstellwinkel der Heckrotorblätter, wodurch der vom Heckrotor erzeugte Schub erhöht oder verringert wird und die Nase in die Richtung des betätigten Pedals giert. Die Pedale verändern mechanisch die Neigung des Heckrotors und damit die Höhe des erzeugten Schubs. ⓘ
Hubschrauberrotoren sind für den Betrieb in einem engen Drehzahlbereich ausgelegt. Die Drosselklappe steuert die vom Motor erzeugte Leistung, der über ein Getriebe mit fester Übersetzung mit dem Rotor verbunden ist. Der Zweck der Drosselklappe besteht darin, genügend Motorleistung aufrechtzuerhalten, um die Rotordrehzahl innerhalb der zulässigen Grenzen zu halten, damit der Rotor genügend Auftrieb für den Flug erzeugt. Bei einmotorigen Hubschraubern ist der Gashebel ein motorradähnlicher Drehgriff, der auf dem Steuerknüppel montiert ist, während zweimotorige Hubschrauber einen Leistungshebel für jedes Triebwerk haben. ⓘ
Verbundhubschrauber
Ein Verbundhubschrauber hat ein zusätzliches System für den Schub und in der Regel kleine feste Stummelflügel. Dadurch wird der Rotor im Reiseflug entlastet, was eine Verlangsamung seiner Drehung und damit eine Erhöhung der Höchstgeschwindigkeit des Flugzeugs ermöglicht. Der Lockheed AH-56A Cheyenne leitete im Vorwärtsflug bis zu 90 % seiner Triebwerksleistung auf einen Schubpropeller um. ⓘ
Flug
Es gibt drei grundlegende Flugzustände für einen Hubschrauber: Schwebeflug, Vorwärtsflug und der Übergang zwischen diesen beiden Zuständen. ⓘ
Schwebeflug
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Der Schwebeflug ist die größte Herausforderung beim Fliegen eines Hubschraubers. Das liegt daran, dass ein Hubschrauber im Schwebeflug seine eigenen Luftböen erzeugt, die auf den Rumpf und die Steuerflächen einwirken. Das Ergebnis sind ständige Steuereingaben und Korrekturen durch den Piloten, um den Hubschrauber dort zu halten, wo er sein soll. Trotz der Komplexität der Aufgabe sind die Steuereingaben im Schwebeflug einfach. Der Zyklus wird verwendet, um das Abdriften in der horizontalen Ebene zu verhindern, d. h. um vorwärts und rückwärts, rechts und links zu steuern. Mit dem Kollektiv wird die Höhe gehalten. Mit den Pedalen wird die Richtung der Nase oder der Kurs gesteuert. Das Zusammenspiel dieser Steuerelemente macht den Schwebeflug so schwierig, da die Einstellung eines der Steuerelemente eine Einstellung der beiden anderen erfordert, wodurch ein ständiger Korrekturzyklus entsteht. ⓘ
Übergang vom Schwebeflug zum Vorwärtsflug
Wenn ein Hubschrauber vom Schwebeflug in den Vorwärtsflug übergeht, tritt er in einen Zustand ein, der als Translationsauftrieb bezeichnet wird und zusätzlichen Auftrieb ohne Leistungserhöhung liefert. Dieser Zustand tritt in der Regel ein, wenn die Fluggeschwindigkeit etwa 16-24 Knoten (30-44 km/h; 18-28 mph) erreicht, und kann für einen Hubschrauber notwendig sein, um den Flug zu erreichen. ⓘ
Vorwärtsflug
Im Vorwärtsflug verhält sich die Flugsteuerung eines Hubschraubers eher wie die eines Starrflüglers. Ein Druck nach vorne auf den Zyklus bewirkt, dass die Nase nach unten kippt, was zu einem Anstieg der Fluggeschwindigkeit und einem Höhenverlust führt. Wird der Zykliker nach hinten gedrückt, neigt sich die Nase nach oben, was den Hubschrauber verlangsamt und ihn steigen lässt. Eine Erhöhung des Kollektivs (Leistung) bei gleichbleibender Fluggeschwindigkeit führt zu einem Steigflug, eine Verringerung des Kollektivs zu einem Sinkflug. Die Koordinierung dieser beiden Eingaben, d.h. kollektiver Abwärtsflug plus zyklischer Abwärtsflug oder kollektiver Aufwärtsflug plus zyklischer Vorwärtsflug, führt zu einer Änderung der Fluggeschwindigkeit bei gleichbleibender Höhe. Die Pedale haben bei Hubschraubern und Starrflüglern dieselbe Funktion, nämlich die Aufrechterhaltung des Fluggleichgewichts. Dazu wird das Pedal in die Richtung betätigt, die erforderlich ist, um die Kugel im Wende- und Neigungsanzeiger zu zentrieren. ⓘ
Verwendungszwecke
Aufgrund der Betriebseigenschaften des Hubschraubers - seiner Fähigkeit, senkrecht zu starten und zu landen und längere Zeit zu schweben, sowie seiner Flugeigenschaften bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten - hat er sich als vorteilhaft für die Durchführung von Aufgaben erwiesen, die früher mit anderen Luftfahrzeugen nicht möglich waren oder am Boden nur unter großem Zeit- oder Arbeitsaufwand erledigt werden konnten. Heute werden Hubschrauber unter anderem für die Beförderung von Personen und Gütern, für militärische Zwecke, im Baugewerbe, zur Brandbekämpfung, für Such- und Rettungseinsätze, im Tourismus, für medizinische Transporte, für die Strafverfolgung, in der Landwirtschaft, für Nachrichten und Medien sowie für die Luftbeobachtung eingesetzt. ⓘ
Ein Hubschrauber, der an langen Seilen oder Schlingen befestigte Lasten transportiert, wird als Luftkran bezeichnet. Luftkräne werden eingesetzt, um schwere Ausrüstungen wie Funktürme und große Klimaanlagen auf den Dächern hoher Gebäude zu platzieren, oder wenn ein Gegenstand in einem abgelegenen Gebiet hochgezogen werden muss, z. B. ein Funkturm auf einem Hügel oder Berg. In der Holzindustrie werden Hubschrauber als Luftkräne eingesetzt, um Bäume aus einem Gelände zu heben, das mit Fahrzeugen nicht befahrbar ist und in dem der Bau von Straßen aus Umweltschutzgründen nicht möglich ist. Diese Einsätze werden als Longline bezeichnet, da die Last mit einer langen, einfachen Schlinge transportiert wird. Im militärischen Bereich werden Hubschrauber häufig für die Beförderung übergroßer Lasten eingesetzt, die nicht in ein normales Frachtflugzeug passen würden: Artilleriegeschütze, große Maschinen (Feldradargeräte, Kommunikationsausrüstung, elektrische Generatoren) oder Paletten mit Schüttgut. Bei Militäroperationen werden diese Nutzlasten oft an abgelegene Orte gebracht, die aufgrund von Gebirgs- oder Flusslandschaften unzugänglich sind, oder an Marineschiffe auf See. ⓘ
Der größte einzelne Hubschraubereinsatz in der Geschichte war der Katastrophenschutzeinsatz nach der Nuklearkatastrophe von Tschernobyl 1986. Hunderte von Piloten waren an Absetz- und Beobachtungsmissionen beteiligt und flogen mehrere Monate lang Dutzende von Einsätzen pro Tag. ⓘ
"Helitack" ist der Einsatz von Hubschraubern zur Bekämpfung von Waldbränden. Die Hubschrauber werden für die Brandbekämpfung aus der Luft (Wasserbomben) eingesetzt und können mit Tanks ausgestattet sein oder einen Helikopter-Eimer tragen. Helikoptereimer, wie z. B. der Bambi-Eimer, werden in der Regel durch Eintauchen des Eimers in Seen, Flüsse, Stauseen oder tragbare Tanks gefüllt. An Hubschraubern angebrachte Tanks werden über einen Schlauch befüllt, während der Hubschrauber am Boden steht, oder es wird Wasser aus Seen oder Reservoirs durch einen hängenden Schnorchel angesaugt, während der Hubschrauber über der Wasserquelle schwebt. Helitack-Hubschrauber werden auch für den Transport von Feuerwehrleuten, die sich in unzugängliche Gebiete abseilen, und für die Nachschubversorgung von Feuerwehrleuten eingesetzt. Zu den gängigen Löschhubschraubern gehören Varianten des Bell 205 und des Erickson S-64 Aircrane Helitankers. ⓘ
Hubschrauber werden als Luftrettungsfahrzeuge für medizinische Notfälle eingesetzt, wenn ein Krankenwagen den Einsatzort nicht einfach oder schnell erreichen oder den Patienten nicht rechtzeitig zu einer medizinischen Einrichtung bringen kann. Hubschrauber werden auch eingesetzt, wenn Patienten zwischen medizinischen Einrichtungen transportiert werden müssen und der Lufttransport die praktischste Methode ist. Ein Rettungshubschrauber ist so ausgestattet, dass er einen Patienten während des Fluges stabilisieren und in begrenztem Umfang medizinisch versorgen kann. Der Einsatz von Hubschraubern als Ambulanzflugzeuge wird oft als "MEDEVAC" bezeichnet, und die Patienten werden als "airlifted" oder "medevaced" bezeichnet. Dieser Einsatz wurde im Koreakrieg eingeführt, als die Zeit bis zum Erreichen einer medizinischen Einrichtung von den im Zweiten Weltkrieg benötigten acht Stunden auf drei Stunden und im Vietnamkrieg weiter auf zwei Stunden verkürzt wurde. Im Marinedienst besteht eine Hauptaufgabe von Rettungshubschraubern darin, abgestürzte Flugzeugbesatzungen, die beim Start oder bei der Bergung an Bord von Flugzeugträgern verunglückt sind, unverzüglich zu bergen. In früheren Jahren wurde diese Aufgabe von Zerstörern wahrgenommen, die den Flugzeugträger eskortierten, aber inzwischen haben sich Hubschrauber als wesentlich effektiver erwiesen. ⓘ
Polizeidienststellen und andere Strafverfolgungsbehörden setzen Hubschrauber zur Verfolgung von Verdächtigen ein. Da Hubschrauber eine einzigartige Sicht aus der Luft bieten, werden sie oft zusammen mit der Polizei am Boden eingesetzt, um über Standorte und Bewegungen von Verdächtigen zu berichten. Für nächtliche Verfolgungsjagden sind sie häufig mit Beleuchtungs- und Wärmesensoren ausgestattet. ⓘ
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Das Militär setzt Kampfhubschrauber ein, um Luftangriffe auf Bodenziele durchzuführen. Solche Hubschrauber sind mit Raketenwerfern und Miniguns ausgerüstet. Transporthubschrauber werden eingesetzt, um Truppen und Nachschub dorthin zu transportieren, wo der Transport mit Starrflüglern aufgrund fehlender Landebahnen unmöglich ist. Der Einsatz von Transporthubschraubern zur Verlegung von Truppen als Angriffstruppe auf ein Ziel wird als "Luftangriff" bezeichnet. Für militärische Aufklärungs- und Überwachungsaufgaben werden von Unternehmen unbemannte Hubschraubersysteme (Unmanned Aerial Systems, UAS) in verschiedenen Größen entwickelt. Auch die Seestreitkräfte setzen Hubschrauber mit Tauchsonar zur U-Boot-Bekämpfung ein, da sie von kleinen Schiffen aus operieren können. ⓘ
Ölgesellschaften chartern Hubschrauber, um Arbeiter und Teile schnell zu abgelegenen Bohrstellen auf See oder in entlegenen Gebieten zu transportieren. Der Geschwindigkeitsvorteil gegenüber Schiffen macht die hohen Betriebskosten von Hubschraubern kosteneffizient, um den Betrieb von Ölplattformen zu gewährleisten. Verschiedene Unternehmen haben sich auf diese Art von Einsätzen spezialisiert. ⓘ
Die NASA entwickelt den Mars Helicopter, einen 1,8 kg schweren Hubschrauber, der im Jahr 2020 zusammen mit einem Rover zur Erkundung des Mars starten soll. Da die Marsatmosphäre 100-mal dünner ist als die der Erde, werden sich seine beiden Rotorblätter mit fast 3.000 Umdrehungen pro Minute drehen, also etwa 10-mal schneller als bei einem irdischen Hubschrauber. ⓘ
Bei der elektronischen Nachrichtenübermittlung haben Hubschrauber seit den späten 1960er Jahren Luftaufnahmen von einigen wichtigen Nachrichten geliefert, und das schon immer. Hubschrauber wurden auch in Filmen eingesetzt, sowohl vor als auch hinter der Kamera. ⓘ
Der Betrieb eines modernen Hubschraubers ist im Vergleich zu einem Flächenflugzeug mit vergleichbarer Zuladung deutlich teurer. Dennoch ergeben sich durch seine Fähigkeit, auf unvorbereitetem Gelände landen, starten und darüber schweben zu können, eine Reihe zusätzlicher Einsatzgebiete, unterscheidbar in zivile und militärische. ⓘ
Markt
Im Jahr 2017 wurden 926 Zivilhubschrauber für 3,68 Milliarden US-Dollar ausgeliefert, angeführt von Airbus Helicopters mit 1,87 Milliarden US-Dollar für 369 Drehflügler, Leonardo Helicopters mit 806 Millionen US-Dollar für 102 (nur die ersten drei Viertel), Bell Helicopter mit 696 Millionen US-Dollar für 132, dann Robinson Helicopter mit 161 Millionen US-Dollar für 305. ⓘ
Im Oktober 2018 wurde die in Betrieb befindliche und gelagerte Hubschrauberflotte von 38.570 bei zivilen oder staatlichen Betreibern von Robinson Helicopter mit 24,7 % angeführt, gefolgt von Airbus Helicopters mit 24,4 %, dann Bell mit 20,5 und Leonardo mit 8,4 %, Russian Helicopters mit 7,7 %, Sikorsky Aircraft mit 7,2 %, MD Helicopters mit 3,4 % und andere mit 2,2 %. Das am weitesten verbreitete Modell ist der Kolbenhubschrauber Robinson R44 mit 5.600 Stück, gefolgt von der H125/AS350 mit 3.600 Stück und der Bell 206 mit 3.400 Stück. Die meisten Flugzeuge wurden in Nordamerika (34,3 %), in Europa (28,0 %), im asiatisch-pazifischen Raum (18,6 %), in Lateinamerika (11,6 %), in Afrika (5,3 %) und im Nahen Osten (1,7 %) eingesetzt. ⓘ
Europa:
- Airbus Helicopters: Tochter des europäischen Luft- und Raumfahrtkonzerns Airbus Group, in der u. a. die deutschen Vereinigten Flugtechnischen Werke (VFW) und Messerschmitt-Bölkow-Blohm (MBB) sowie Aérospatiale und Sud Aviation aus Frankreich aufgegangen sind. Airbus Helicopters beschäftigt rund 14.000 Mitarbeiter, im Jahr 2006 wurden 615 Hubschrauber neu bestellt, der Marktanteil weltweit beträgt etwa 30 Prozent. Aktuell sind etwa 9800 Hubschrauber in 140 Ländern in Betrieb.
- Italien/Vereinigtes Königreich: AgustaWestland (früher Agusta in Turin, Westland Aircraft in Yeovil)
- Polen: Państwowe Zakłady Lotnicze (PZL)
- Russland: Mil, Kamow ⓘ
Südamerika:
- Brasilien: Helibras (Teil der Eurocopter-Gruppe) ⓘ
Asien:
- Indien: Hindustan Aeronautics Limited (HAL) ⓘ
Afrika:
- Südafrika: Denel ⓘ
Zivile Verwendung
Die häufigste Verwendung in Mitteleuropa ist, gemessen am Flugstundenaufkommen, mit Abstand der Arbeitsflug. Dazu zählen die Überwachung von Strom-, Gas- und Öltransportleitungen, Flüge in der Forst- und Landwirtschaft (Agrarflug, etwa das Ausbringen von Pflanzenschutzmitteln oder Dünger), Außenlastflüge, Vermessungsflüge, Bildflüge, Waldbrandbekämpfung etc. Das Spannen einer Vorausleine für das Seilziehen einer Seilbahn, Freileitung oder Seilbrücke kann auch mit einem Modellhubschrauber erfolgen. Zum Trimmen von Baumbewuchs an Freileitungstrassen wird ein verdrehfest vom Helikopter hängendes Schwert mit acht großen Kreissägeblättern verwendet. Ein Militärhubschrauber wurde eingesetzt, um per Abwind (downwash) außerordentlich starken Schneebelag, der Äste zum Brechen bringen könnte, von Bäumen entlang einer gesperrten Bahntrasse zu blasen. ⓘ
Ein weiteres wichtiges Einsatzfeld ist die Luftrettung mit dem Rettungshubschrauber, wofür es allein in Deutschland über 70 Stützpunkte gibt. Weitere Spezialisierungen stellen Intensivtransporthubschrauber, Großraum-Rettungshubschrauber, Notarzteinsatzhubschrauber und Bergrettungsdienst dar. Auch bei der Polizei sind Hubschrauber zu einem wichtigen unterstützenden Faktor geworden, zum Beispiel bei der Vermisstensuche, Verbrechensbekämpfung oder Brandbekämpfung mittels Löschwasser-Außenlastbehälter. ⓘ
Für den zivilen Passagiertransport werden Transporthubschrauber eingesetzt, etwa bei Bohrinseln, wo sie ein wichtiges Element der Logistik darstellen. Eine weitere Anwendung ist der Frachttransport, wenn Güter schnell direkt an einen bestimmten Ort zu bringen sind. Im Hochgebirge ist der Transport von Baumaterial und Bauteilen mangels geeigneter Landwege oft wichtig für die Errichtung und Versorgung von alpinen Einrichtungen. Gleiches gilt für Montagearbeiten an unzugänglichen Stellen; mitunter werden Hubschrauber dort auch als Baukran eingesetzt. Alpine Schutzhütten, die nicht mit Fahrzeugen erreichbar sind und bis in die siebziger Jahre mit Tragtieren oder bei schwierigeren Zugangswegen mit Trägern versorgt wurden, erhalten heute den Lebensmittelnachschub und die Entsorgung überwiegend mit dem Hubschrauber. In nichtmechanisierbaren steilen Weinbergen werden Pflanzenschutzmittel zum Teil von Hubschraubern versprüht. Im Touristikbereich werden Rundflüge und Heliskiing angeboten. Eine weitere Verwendung von Hubschraubern ist der Kunstflug, bei dem die hohe Belastbarkeit moderner Hubschrauberkonzepte, vor allem der Rotoren und deren Steuerung, demonstriert wird. ⓘ
In Deutschland sind 729 Hubschrauber zugelassen (Stand Ende 2017). Sie haben die Kennzeichenklasse H, tragen also ein Luftfahrzeugkennzeichen der Form D-Hxxx. ⓘ
Militärische Verwendung
Neben dem überwiegenden Einsatz als Transporthubschrauber zum Truppentransport findet man als weitere typische militärische Anwendungen
- den Kampf gegen Bodenziele,
- die Panzerabwehr durch spezialisierte Kampfhubschrauber wie den Eurocopter Tiger, den Hughes AH-64 oder den Mil Mi-24,
- die Artilleriebeobachtung,
- Combat Search and Rescue (CSAR, deutsch ‚Suchen/Retten im Gefecht‘),
- die Flugabwehr (Bordkanone, Luft-Luft-Rakete) und
- Einsätze bei der Marine zur U-Jagd, Seeaufklärung und Seenotrettung (SAR – Search and Rescue). ⓘ
Andere Verwendung
Am 23. September 2009 wurde beim Helikopterraub von Västberga in Schweden ein Hubschrauber für einen Überfall auf ein Gelddepot verwendet. Die Täter landeten mit diesem auf dem Dach des Gebäudes, drangen über ein Dachfenster ein und entkamen mit umgerechnet etwa 4,1 Millionen Euro. ⓘ
Geschichte
Das Prinzip des Auftriebs in Wendelform war bereits den alten Chinesen bekannt, die es schon vor 2500 Jahren im Spielzeug „Fliegender Kreisel“ genutzt hatten. Leonardo da Vinci hatte um 1487–1490 in seinen „Pariser Manuskripten“ Skizzen eines Hubschraubers angefertigt, aber erst im 20. Jahrhundert gelang die technische Umsetzung dieser Idee. Pioniere der Hubschrauberentwicklung waren u. a. Jakob Degen, Étienne Œhmichen, Raúl Pateras Pescara, Oszkár Asbóth, Juan de la Cierva, Engelbert Zaschka, Louis Charles Breguet, Alberto Santos Dumont, Henrich Focke, Anton Flettner und Igor Sikorski. ⓘ
Frühes Design
Die frühesten Hinweise auf den Vertikalflug stammen aus China. Seit etwa 400 v. Chr. spielten chinesische Kinder mit fliegendem Spielzeug aus Bambus (oder Chinese Top). Dieser Bambus-Hubschrauber wird durch Rollen eines an einem Rotor befestigten Stocks in Bewegung gesetzt. Durch die Drehung entsteht ein Auftrieb, und das Spielzeug fliegt, wenn es losgelassen wird. Das daoistische Buch Baopuzi aus dem 4. Jahrhundert nach Christus von Ge Hong ( 抱朴子 "Meister, der die Einfachheit umarmt") beschreibt angeblich einige der Ideen, die den Drehflüglern zugrunde liegen. ⓘ
Ähnliche Entwürfe wie das chinesische Hubschrauberspielzeug tauchten in einigen Gemälden und anderen Werken der Renaissance auf. Im 18. und frühen 19. Jahrhundert entwickelten westliche Wissenschaftler Flugmaschinen nach dem Vorbild des chinesischen Spielzeugs. ⓘ
Erst in den frühen 1480er Jahren, als der italienische Universalgelehrte Leonardo da Vinci einen Entwurf für eine Maschine entwarf, die man als "Luftschraube" bezeichnen könnte, wurde ein Fortschritt in Richtung Vertikalflug verzeichnet. Aus seinen Aufzeichnungen geht hervor, dass er kleine Flugmodelle baute, aber es gibt keine Hinweise auf Vorkehrungen, um den Rotor zu stoppen, der das Fluggerät in Rotation versetzte. Als die wissenschaftlichen Erkenntnisse zunahmen und sich durchsetzten, wurde die Idee des Vertikalflugs weiter verfolgt. ⓘ
Im Juli 1754 entwickelte der Russe Michail Lomonossow ein kleines Koaxialflugzeug nach dem Vorbild des chinesischen Kreisels, das jedoch durch eine aufgezogene Feder angetrieben wurde, und führte es der Russischen Akademie der Wissenschaften vor. Er wurde durch eine Feder angetrieben und als Methode zum Heben meteorologischer Instrumente vorgeschlagen. 1783 verwendeten Christian de Launoy und sein Mechaniker Bienvenu eine koaxiale Version des chinesischen Kreisels in einem Modell, das aus gegenläufigen Truthahnfedern als Rotorblättern bestand, und führten es 1784 der französischen Akademie der Wissenschaften vor. Sir George Cayley, der in seiner Kindheit von dem chinesischen Kreisel fasziniert war, entwickelte ein Federmodell, das dem von Launoy und Bienvenu ähnelte, aber von Gummibändern angetrieben wurde. Bis zum Ende des Jahrhunderts war er dazu übergegangen, Bleche für die Rotorblätter und Federn für den Antrieb zu verwenden. Seine Schriften über seine Experimente und Modelle sollten für künftige Luftfahrtpioniere von großer Bedeutung sein. Alphonse Pénaud entwickelte später, im Jahr 1870, koaxiale Hubschraubermodelle, die ebenfalls durch Gummibänder angetrieben wurden. Eines dieser Spielzeuge, das sie von ihrem Vater geschenkt bekamen, inspirierte die Gebrüder Wright dazu, den Traum vom Fliegen zu verfolgen. ⓘ
1861 wurde der Begriff "Hubschrauber" von Gustave de Ponton d'Amécourt geprägt, einem französischen Erfinder, der ein kleines dampfgetriebenes Modell vorführte. Das Modell wurde zwar als innovative Verwendung eines neuen Metalls, nämlich Aluminium, gefeiert, hob aber nie vom Boden ab. D'Amecourts sprachlicher Beitrag sollte überleben, um schließlich den von ihm erdachten Vertikalflug zu beschreiben. Die Dampfkraft war auch bei anderen Erfindern beliebt. Im Jahr 1878 stieg das unbemannte Fahrzeug des Italieners Enrico Forlanini, das ebenfalls von einer Dampfmaschine angetrieben wurde, auf eine Höhe von 12 Metern, wo es nach einem Senkrechtstart etwa 20 Sekunden lang schwebte. Emmanuel Dieuaides dampfgetriebener Entwurf verfügte über gegenläufige Rotoren, die über einen Schlauch von einem Kessel am Boden angetrieben wurden. 1887 baute und flog der Pariser Erfinder Gustave Trouvé einen elektrischen Modellhubschrauber mit Fesseln. ⓘ
Im Juli 1901 fand in Berlin-Schöneberg der Jungfernflug des Hubschraubers von Hermann Ganswindt statt; dies war wahrscheinlich der erste motorgetriebene Flug mit Menschen an Bord, der schwerer als Luft war. Das Ereignis wurde von Max Skladanowsky gefilmt, ist aber verschollen. ⓘ
1885 erhielt Thomas Edison von James Gordon Bennett Jr. 1.000 US-Dollar (was heute 30.000 Dollar entspricht), um Experimente zur Entwicklung des Flugs durchzuführen. Edison baute einen Hubschrauber und verwendete das Papier eines Börsentickers, um Schießbaumwolle herzustellen, mit der er versuchte, einen Verbrennungsmotor anzutreiben. Der Hubschrauber wurde durch Explosionen beschädigt und einer seiner Mitarbeiter erlitt schwere Verbrennungen. Edison berichtete, dass nach seinen Experimenten ein Motor mit einem Verhältnis von drei bis vier Pfund pro erzeugter Pferdestärke nötig wäre, um erfolgreich zu sein. Ján Bahýľ, ein slowakischer Erfinder, adaptierte den Verbrennungsmotor für den Antrieb seines Hubschraubermodells, das 1901 eine Höhe von 0,5 Metern erreichte. Am 5. Mai 1905 erreichte sein Hubschrauber eine Höhe von 4 Metern und flog über 1.500 Meter weit. 1908 patentierte Edison seinen eigenen Entwurf für einen Hubschrauber, der von einem Benzinmotor mit Kastendrachen angetrieben wurde, die mit Seilen für einen Rotor an einem Mast befestigt waren, aber er flog nie. ⓘ
Erste Flüge
1906 begannen zwei französische Brüder, Jacques und Louis Breguet, mit Tragflächen für Hubschrauber zu experimentieren. Aus diesen Experimenten ging 1907 das Gyroplane No.1 hervor, das möglicherweise das früheste bekannte Beispiel eines Quadcopters ist. Obwohl das Datum nicht genau bekannt ist, hob der Gyroplane No. 1 irgendwann zwischen dem 14. August und dem 29. September 1907 seinen Piloten für eine Minute etwa 0,6 Meter in die Luft. Der Gyroplane No. 1 erwies sich als äußerst unstabil und erforderte einen Mann an jeder Ecke des Flugwerks, um ihn ruhig zu halten. Aus diesem Grund gelten die Flüge des Gyroplane No. 1 als der erste bemannte Flug eines Hubschraubers, aber nicht als freier oder ungefesselter Flug. ⓘ
Im selben Jahr entwarf und baute sein französischer Erfinderkollege Paul Cornu den Cornu-Hubschrauber mit zwei 6,1 m langen, gegenläufigen Rotoren, die von einem 24 PS (18 kW) starken Antoinette-Motor angetrieben wurden. Am 13. November 1907 hob der Hubschrauber seinen Erfinder auf 0,3 Meter Höhe und blieb 20 Sekunden lang in der Luft. Obwohl dieser Flug den Flug des Gyroplane No. 1 nicht übertraf, wurde er als der erste wirklich freie Flug mit einem Piloten bezeichnet. Cornus Hubschrauber absolvierte noch einige Flüge und erreichte eine Höhe von fast 2,0 Metern, erwies sich aber als instabil und wurde aufgegeben. ⓘ
Im Jahr 1911 ließ der slowenische Philosoph und Ökonom Ivan Slokar eine Hubschrauberkonfiguration patentieren. ⓘ
Der dänische Erfinder Jacob Ellehammer baute 1912 den Ellehammer-Hubschrauber. Er bestand aus einem Gestell mit zwei gegenläufigen Scheiben, von denen jede mit sechs Flügeln am Umfang ausgestattet war. Nach Versuchen in geschlossenen Räumen wurde das Fluggerät im Freien vorgeführt und absolvierte mehrere Freiflüge. Die Experimente mit dem Hubschrauber wurden bis September 1916 fortgesetzt, als er beim Start umkippte und seine Rotoren zerstörte. ⓘ
Während des Ersten Weltkriegs entwickelte Österreich-Ungarn den PKZ, einen experimentellen Hubschrauberprototyp, von dem zwei Maschinen gebaut wurden. ⓘ
Frühe Entwicklung
In den frühen 1920er Jahren demonstrierte der Argentinier Raúl Pateras-Pescara de Castelluccio bei seiner Arbeit in Europa eine der ersten erfolgreichen Anwendungen der zyklischen Blattverstellung. Koaxiale, gegenläufige Doppeldecker-Rotoren konnten verbogen werden, um den von ihnen erzeugten Auftrieb zyklisch zu erhöhen und zu verringern. Die Rotornabe konnte auch um einige Grad nach vorne gekippt werden, so dass sich das Flugzeug ohne einen separaten Propeller vorwärts bewegen konnte, der es schob oder zog. Pateras-Pescara gelang es auch, das Prinzip der Autorotation zu demonstrieren. Im Januar 1924 wurde Pescaras Hubschrauber Nr. 1 erprobt, erwies sich jedoch als zu schwach und konnte sein eigenes Gewicht nicht heben. Sein 2F schnitt besser ab und stellte einen Rekord auf. Die britische Regierung finanzierte weitere Forschungen von Pescara, die zum Hubschrauber Nr. 3 führten, der von einem 250-PS-Sternmotor (190 kW) angetrieben wurde und bis zu zehn Minuten fliegen konnte. ⓘ
Im März 1923 berichtete das Time Magazine, dass Thomas Edison Dr. George de Bothezaat zu einem erfolgreichen Hubschrauber-Testflug gratulierte. Edison schrieb: "Soweit ich weiß, haben Sie den ersten erfolgreichen Hubschrauber hergestellt." Der Hubschrauber wurde auf McCook's Field getestet und blieb 2 Minuten und 45 Sekunden lang in einer Höhe von 15 Fuß in der Luft. ⓘ
Am 14. April 1924 stellte der Franzose Étienne Oehmichen den ersten von der Fédération Aéronautique Internationale (FAI) anerkannten Hubschrauber-Weltrekord auf, indem er seinen Quadrocopter-Hubschrauber 360 Meter weit flog. Am 18. April 1924 übertraf Pescara Oehmichens Rekord, indem er eine Strecke von 736 Metern (2.415 Fuß) (fast 0,80 Kilometer oder 0,5 Meilen) in 4 Minuten und 11 Sekunden (etwa 13 km/h oder 8 mph) flog und dabei eine Höhe von 1,8 Metern (6 Fuß) hielt. Am 4. Mai absolvierte Oehmichen mit seiner Maschine Nr. 2 den ersten Hubschrauberflug über einen Kilometer mit geschlossenem Kreislauf in 7 Minuten und 40 Sekunden. ⓘ
In den USA baute George de Bothezat den Quadrotor-Hubschrauber de Bothezat Helicopter für den United States Army Air Service, aber die Armee stellte das Programm 1924 ein, und das Flugzeug wurde verschrottet. ⓘ
Albert Gillis von Baumhauer, ein niederländischer Luftfahrtingenieur, begann 1923 mit der Entwicklung von Drehflüglern. Sein erster Prototyp "flog" ("hüpfte" und schwebte in Wirklichkeit) am 24. September 1925, mit dem niederländischen Heeres-Luftwaffenhauptmann Floris Albert van Heijst am Steuer. Die Steuerungen, die van Heijst verwendete, waren von Baumhauers Erfindungen, die zyklische und die kollektive. Die Patente für die zyklische und kollektive Steuerung wurden von Baumhauer am 31. Januar 1927 vom britischen Luftfahrtministerium unter der Patentnummer 265.272 erteilt. ⓘ
1927 baute Engelbert Zaschka aus Deutschland einen Hubschrauber, der mit zwei Rotoren ausgestattet war und in dem ein Kreisel zur Erhöhung der Stabilität und als Energiespeicher für den Gleitflug zur Landung diente. Zaschkas Flugzeug, der erste Hubschrauber, der jemals so erfolgreich im Miniaturformat funktionierte, steigt nicht nur senkrecht auf und ab, sondern kann auch in jeder Höhe stehen bleiben. ⓘ
1928 konstruierte der ungarische Luftfahrtingenieur Oszkár Asbóth einen Hubschrauber-Prototyp, der mindestens 182 Mal startete und landete, mit einer maximalen Einzelflugdauer von 53 Minuten. ⓘ
Im Jahr 1930 baute der italienische Ingenieur Corradino D'Ascanio seinen D'AT3, einen Koaxialhubschrauber. Seine relativ große Maschine hatte zwei gegenläufige Zweiblatt-Rotoren. Die Steuerung erfolgte über Hilfsflügel oder Servolaschen an den Hinterkanten der Blätter, ein Konzept, das später auch von anderen Hubschrauberkonstrukteuren, darunter Bleeker und Kaman, übernommen wurde. Drei kleine, an der Zelle montierte Propeller dienten der zusätzlichen Steuerung von Steigung, Drehung und Gier. Die D'AT3 hielt damals bescheidene FAI-Geschwindigkeits- und -Höhenrekorde, einschließlich der Höhe (18 m oder 59 ft), der Flugdauer (8 Minuten 45 Sekunden) und der geflogenen Entfernung (1.078 m oder 3.540 ft). ⓘ
Erstes praktisches Drehflügelflugzeug
Der spanische Luftfahrtingenieur und Pilot Juan de la Cierva erfand Anfang der 1920er Jahre den Autogyro, den ersten praktischen Drehflügler. Im Jahr 1928 flog de la Cierva mit einem Tragschrauber erfolgreich über den Ärmelkanal von London nach Paris. Im Jahr 1934 startete und landete ein Autogyro als erstes Drehflüglerflugzeug erfolgreich auf dem Deck eines Schiffes. Im selben Jahr wurde der Autogyro vom spanischen Militär während der Asturien-Revolte eingesetzt und war damit der erste militärische Einsatz eines Drehflüglers. Vor der Erfindung des Hubschraubers wurden Autogyros auch in New Jersey und Pennsylvania für die Zustellung von Post und Zeitungen eingesetzt. Obwohl dem Autogyro die Fähigkeit zum Vertikalflug fehlte, bildete die Arbeit an ihm die Grundlage für die Hubschrauberanalyse. ⓘ
Erfolg mit einem Hubschrauber
In der Sowjetunion konstruierten und flogen Boris N. Yuriev und Alexei M. Cheremukhin, zwei Luftfahrtingenieure, die am Tsentralniy Aerogidrodinamicheskiy Institut (TsAGI oder Zentrales Aerohydrodynamisches Institut) arbeiteten, den TsAGI 1-EA Single-Lift-Rotor-Hubschrauber, der einen offenen Rohrrahmen, einen Vierblatt-Hauptrotor und zwei Sätze von 1. Der Hubschrauber verfügte über einen offenen Rohrrahmen, einen Vierblatt-Hauptrotor und zwei Sätze von Zweiblatt-Antidrehmomentrotoren mit einem Durchmesser von 8 m (5,9 Fuß): einen Satz von zwei Rotoren am Bug und einen Satz von zwei Rotoren am Heck. Angetrieben von zwei M-2-Triebwerken, verbesserten Kopien des Gnome Monosoupape 9 Typ B-2 mit 100 CV Leistung aus dem Ersten Weltkrieg, absolvierte die TsAGI 1-EA mehrere Tiefflüge. Am 14. August 1932 gelang es Cheremukhin, die 1-EA auf eine inoffizielle Höhe von 605 Metern zu bringen und damit die frühere Leistung von d'Ascanio zu übertreffen. Da die Sowjetunion jedoch noch nicht Mitglied der FAI war, blieb Tschermuchins Rekord unerkannt. ⓘ
Nicolas Florine, ein russischer Ingenieur, baute die erste Maschine mit zwei Tandemrotoren, die einen freien Flug absolvierte. Sie flog im April 1933 in Sint-Genesius-Rode, im Laboratoire Aérotechnique de Belgique (heute von Karman-Institut), und erreichte eine Höhe von sechs Metern und eine Flugdauer von acht Minuten. Florine wählte eine gleichlaufende Konfiguration, da sich die Kreiselstabilität der Rotoren nicht aufheben würde. Daher mussten die Rotoren leicht in entgegengesetzte Richtungen geneigt werden, um dem Drehmoment entgegenzuwirken. Durch die Verwendung von gelenklosen Rotoren und die Gleichlaufkonfiguration wurde auch die Belastung des Rumpfes minimiert. Zu dieser Zeit war er einer der stabilsten Hubschrauber, die es gab. ⓘ
Das Bréguet-Dorand Gyroplane Laboratoire wurde 1933 gebaut. Es war ein koaxialer Hubschrauber, der sich gegenläufig drehte. Nach zahlreichen Bodentests und einem Unfall flog er erstmals am 26. Juni 1935. Schon nach kurzer Zeit stellte das Flugzeug mit dem Piloten Maurice Claisse am Steuer Rekorde auf. Am 14. Dezember 1935 stellte er mit einem Durchmesser von 500 Metern einen Rekord für den Flug in geschlossenem Kreislauf auf. Im Jahr darauf, am 26. September 1936, stellte Claisse einen Höhenrekord von 158 Metern auf. Und schließlich stellte er am 24. November 1936 einen Flugdauerrekord von einer Stunde, zwei Minuten und 50 Sekunden über eine geschlossene Strecke von 44 Kilometern (27 Meilen) bei 44,7 Stundenkilometern (27,8 mph) auf. Das Flugzeug wurde 1943 bei einem alliierten Luftangriff auf dem Flughafen Villacoublay zerstört. ⓘ
Die Anfänge des amerikanischen Einrotors
Der amerikanische Erfinder Arthur M. Young begann 1928 mit der Arbeit an Modellhubschraubern, bei denen er umgebaute elektrische Schwebemotoren zum Antrieb des Rotorkopfes verwendete. Young erfand die Stabilisierungsstange und ließ sie kurz darauf patentieren. Ein gemeinsamer Freund machte Young mit Lawrence Dale bekannt, der ihn, nachdem er seine Arbeit gesehen hatte, bat, bei der Firma Bell Aircraft zu arbeiten. Als Young 1941 bei Bell eintraf, übertrug er sein Patent und begann mit der Arbeit am Hubschrauber. Sein Budget betrug 250.000 US-Dollar (was heute 4,6 Millionen Dollar entspricht) für den Bau von zwei funktionierenden Hubschraubern. In nur sechs Monaten wurde das erste Bell Model 1 fertiggestellt, aus dem das Bell Model 30 hervorging, das später von der Bell 47 abgelöst wurde. ⓘ
Die Geburt einer Industrie
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Heinrich Focke von Focke-Wulf hatte von der Cierva Autogiro Company eine Lizenz erworben, die laut Frank Kingston Smith Sr. "das voll steuerbare zyklische/kollektive Pitch-Hubsystem" beinhaltete. Im Gegenzug erhielt Cierva Autogiro eine Kreuzlizenz für den Bau der Focke-Achgelis-Hubschrauber. Focke konstruierte den weltweit ersten praktikablen querliegenden Doppelrotor-Hubschrauber, die Focke-Wulf Fw 61, die im Juni 1936 erstmals flog. Die Fw 61 flog höher als 8.000 Fuß (2.400 m) bei einer Geschwindigkeit von 120 Meilen pro Stunde (190 km/h). Die Entwicklung des Autogiro wurde nun durch die Konzentration auf Hubschrauber überholt. ⓘ
Während des Zweiten Weltkriegs setzte Nazi-Deutschland Hubschrauber in geringer Zahl für Beobachtungs-, Transport- und medizinische Evakuierungszwecke ein. Der Flettner Fl 282 Kolibri Synchropter - mit der gleichen Grundkonfiguration wie Anton Flettners eigener Pionierhubschrauber Fl 265 - wurde im Mittelmeer eingesetzt, während der Focke Achgelis Fa 223 Drache Doppelrotorhubschrauber in Europa verwendet wurde. Aufgrund der massiven Bombardierung durch die Alliierten konnte Deutschland während des Krieges keine Hubschrauber in großen Stückzahlen produzieren. ⓘ
In den Vereinigten Staaten konkurrierten der in Russland geborene Ingenieur Igor Sikorsky und Wynn Laurence LePage um die Herstellung des ersten Hubschraubers für das US-Militär. LePage erhielt die Patentrechte zur Entwicklung von Hubschraubern nach dem Vorbild der Fw 61 und baute den XR-1. In der Zwischenzeit entschied sich Sikorsky für eine einfachere Einzelrotorkonstruktion, den VS-300, der sich als erster praktikabler Hubschrauber mit einem Hubrotor erwies. Nachdem Sikorsky mit verschiedenen Konfigurationen experimentiert hatte, um dem vom Hauptrotor erzeugten Drehmoment entgegenzuwirken, entschied er sich für einen einzelnen, kleineren, am Heckausleger montierten Rotor. ⓘ
Der aus dem VS-300 entwickelte R-4 von Sikorsky war der erste in Großserie gefertigte Hubschrauber, für den ein Produktionsauftrag über 100 Maschinen erteilt wurde. Der R-4 war der einzige alliierte Hubschrauber, der im Zweiten Weltkrieg eingesetzt wurde, vor allem für Such- und Rettungseinsätze (durch die 1st Air Commando Group der USAAF) im Burmafeldzug, in Alaska und in anderen Gebieten mit unwegsamem Gelände. Die Gesamtproduktion erreichte 131 Hubschrauber, bevor der R-4 durch andere Sikorsky-Hubschrauber wie den R-5 und den R-6 ersetzt wurde. Insgesamt produzierte Sikorsky bis zum Ende des Zweiten Weltkriegs über 400 Hubschrauber. ⓘ
Während LePage und Sikorsky ihre Hubschrauber für das Militär bauten, beauftragte Bell Aircraft Arthur Young mit dem Bau eines Hubschraubers mit Youngs Zweiblatt-Wipprotor-Konstruktion, bei der ein beschwerter Stabilisator in einem 90°-Winkel zu den Rotorblättern angebracht war. Der spätere Hubschrauber Model 30 bewies die Einfachheit und Benutzerfreundlichkeit der Konstruktion. Das Modell 30 wurde zum Bell 47 weiterentwickelt und war der erste Hubschrauber, der in den Vereinigten Staaten für die zivile Nutzung zugelassen wurde. Die Bell 47 wurde in mehreren Ländern produziert und war fast 30 Jahre lang das beliebteste Hubschraubermodell. ⓘ
Das Turbinenzeitalter
1951 modifizierte Charles Kaman auf Drängen seiner Kontakte im Marineministerium seinen K-225-Synchropter - ein Entwurf für einen Doppelrotor-Hubschrauber, den Anton Flettner 1939 mit der bereits erwähnten Kolbenmotor-Konstruktion Fl 265 in Deutschland erstmals vorgestellt hatte - mit einer neuen Art von Triebwerk, dem Turbinenmotor. Diese Anpassung des Turbinenmotors verschaffte dem Kaman-Hubschrauber eine große Leistung bei geringerem Gewicht als Kolbenmotoren mit ihren schweren Motorblöcken und Hilfskomponenten. Am 11. Dezember 1951 wurde der Kaman K-225 der erste turbinengetriebene Hubschrauber der Welt. Zwei Jahre später, am 26. März 1954, flog ein modifizierter Navy HTK-1, ebenfalls ein Kaman-Hubschrauber, als erster Hubschrauber mit zwei Turbinen. Es war jedoch die Sud Aviation Alouette II, die als erster Hubschrauber mit einem Turbinentriebwerk hergestellt wurde. ⓘ
Zuverlässige Hubschrauber, die zu einem stabilen Schwebeflug fähig sind, wurden Jahrzehnte nach den Starrflüglern entwickelt. Dies ist weitgehend auf die höhere Leistungsdichte der Triebwerke im Vergleich zu Starrflüglern zurückzuführen. Ein entscheidender Faktor bei der Entwicklung von Hubschraubern waren die Verbesserungen bei Kraftstoffen und Motoren in der ersten Hälfte des 20. Die Verfügbarkeit leichter Turbotriebwerke in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts führte zur Entwicklung größerer, schnellerer und leistungsstärkerer Hubschrauber. Während in kleineren und preiswerteren Hubschraubern nach wie vor Kolbenmotoren zum Einsatz kommen, sind Turbotriebwerke heute das bevorzugte Triebwerk für Hubschrauber. ⓘ
21. Jahrhundert
Im August 2008 bewies der Sikorsky X2 im Erstflug die Tauglichkeit des mit neuesten Verfahren optimierten Koaxialrotors in Kombination mit einem Schubpropeller – dem Prinzip der früheren Tragschrauber. Zwei Jahre später erreichte er mit 250 Knoten True Airspeed (463 km/h) das Entwicklungsziel und überbot damit den bisherigen Geschwindigkeitsrekord um 15 %. Auch andere Hersteller erprobten ähnliche neue Hochgeschwindigkeits-Muster, so Eurocopter den X³ und Kamow den Ka-92. ⓘ
Im Oktober 2011 fand mit dem Volocopter der weltweit erste bemannte Flug mit einem rein elektrisch angetriebenen Hubschrauber statt. ⓘ
2011/2012/2013 verbesserten verschiedene Teams in den USA mit 3 Prototypen (Gamera (I), Gamera II und AeroVelo Atlas) von Muskelkraft-Quadrocoptern für eine Person, indoors die Leistungen. Zuletzt wurde mit Atlas 64 Sekunden Flugdauer, 3,3 m maximale Flughöhe und weniger als 10 m Abdrift erreicht und damit der Sikorsky-Preis gewonnen. ⓘ
Mil Mi-12, größter Hubschrauber der Welt
Mil Mi-26, größter in Serie gebauter Hubschrauber
Boeing-Sikorsky RAH-66 „Comanche“, Prototyp des Kampfhubschraubers mit Tarnkappentechnik
Eurocopter X3, Hochgeschwindigkeits-Hubschrauber, ILA 2012 (Weltrekord) ⓘ
Sicherheit
Höchstgeschwindigkeit
Es gibt mehrere Gründe, warum ein Hubschrauber nicht so schnell fliegen kann wie ein Starrflügler. Wenn der Hubschrauber schwebt, bewegen sich die äußeren Spitzen des Rotors mit einer Geschwindigkeit, die von der Blattlänge und der Drehgeschwindigkeit abhängt. Bei einem sich bewegenden Hubschrauber hingegen hängt die Geschwindigkeit der Blätter relativ zur Luft sowohl von der Geschwindigkeit des Hubschraubers als auch von ihrer Rotationsgeschwindigkeit ab. Die Fluggeschwindigkeit des sich vorwärts bewegenden Rotorblatts ist viel höher als die des Hubschraubers selbst. Es ist möglich, dass dieses Blatt die Schallgeschwindigkeit überschreitet und somit einen stark erhöhten Luftwiderstand und Vibrationen erzeugt. ⓘ
Gleichzeitig erzeugt das sich vorwärts bewegende Blatt mehr Auftrieb, während das sich zurückziehende Blatt weniger Auftrieb erzeugt. Wenn das Flugzeug auf die Luftgeschwindigkeit beschleunigt wird, bei der sich die Blattspitzen drehen, durchfliegt das rücklaufende Blatt die Luft, die sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Blatt bewegt, und erzeugt keinerlei Auftrieb, was zu sehr hohen Drehmomentbelastungen an der zentralen Welle führt, die die rücklaufende Seite des Fahrzeugs zum Kippen bringen und einen Kontrollverlust verursachen können. Zwei gegenläufige Schaufeln verhindern diese Situation durch zwei vor- und rücklaufende Schaufeln mit ausgeglichenen Kräften. ⓘ
Da das vorlaufende Blatt eine höhere Fluggeschwindigkeit als das rücklaufende Blatt hat und eine Unsymmetrie des Auftriebs erzeugt, sind die Rotorblätter so konstruiert, dass sie "flattern", d. h. sich aufrichten und verdrehen, so dass das vorlaufende Blatt nach oben klappt und einen kleineren Anstellwinkel entwickelt. Umgekehrt klappt das sich zurückziehende Blatt nach unten, entwickelt einen größeren Anstellwinkel und erzeugt mehr Auftrieb. Bei hohen Geschwindigkeiten ist die auf die Rotoren wirkende Kraft so groß, dass sie übermäßig "flattern", und das rücklaufende Blatt kann einen zu großen Anstellwinkel erreichen und absterben. Aus diesem Grund wird die maximale sichere Vorwärtsfluggeschwindigkeit eines Hubschraubers mit der Bezeichnung VNE (velocity, never exceed) angegeben. Außerdem ist es möglich, dass der Hubschrauber mit einer Fluggeschwindigkeit fliegt, bei der ein übermäßiger Teil des rücklaufenden Blatts abreißt, was zu starken Vibrationen, Aufschaukeln und Rollen in das rücklaufende Blatt führt. ⓘ
Lärm
In den letzten Jahren des 20. Jahrhunderts begannen die Konstrukteure, an der Lärmreduzierung von Hubschraubern zu arbeiten. Die Stadtbevölkerung hat oft ihre Abneigung gegen lärmende Flugzeuge geäußert, und Polizei- und Passagierhubschrauber sind wegen des Lärms oft unbeliebt. Die Neugestaltung folgte auf die Schließung einiger städtischer Hubschrauberlandeplätze und auf Maßnahmen der Regierung zur Einschränkung der Flugrouten in Nationalparks und anderen Orten von natürlicher Schönheit. ⓘ
Schwingungen
Zur Verringerung von Vibrationen sind die Rotoren aller Hubschrauber auf Höhe und Gewicht eingestellt. Ein schlecht eingestellter Hubschrauber kann leicht so stark vibrieren, dass er sich selbst auseinander schüttelt. Die Blatthöhe wird durch Verändern des Blattwinkels eingestellt. Das Gewicht wird durch Hinzufügen oder Entfernen von Gewichten am Rotorkopf und/oder an den Blattendkappen eingestellt. Die meisten haben auch Schwingungsdämpfer für Höhe und Neigung. Einige verwenden auch mechanische Rückkopplungssysteme, um Schwingungen zu erfassen und auszugleichen. In der Regel verwendet das Rückkopplungssystem eine Masse als "stabile Referenz", und ein Gestänge an der Masse betätigt eine Klappe, um den Anstellwinkel des Rotors zu verstellen und so den Vibrationen entgegenzuwirken. Die Einstellung kann sich als schwierig erweisen, da die Messung der Schwingungen schwierig ist und in der Regel hochentwickelte Beschleunigungsmesser benötigt werden, die in der Zelle und in den Getrieben angebracht sind. Das gebräuchlichste System zur Messung der Blattschwingungseinstellung ist die Verwendung einer Stroboskop-Blitzlampe und die Beobachtung von aufgemalten Markierungen oder farbigen Reflektoren auf der Unterseite der Rotorblätter. Das traditionelle Low-Tech-System besteht darin, farbige Kreide an den Rotorspitzen anzubringen und zu sehen, wie sie ein Leinentuch markiert. Gesundheits- und Nutzungsüberwachungssysteme (Health and Usage Monitoring Systems, HUMS) bieten Lösungen für die Schwingungsüberwachung und die Rotorspur und -auswuchtung zur Begrenzung von Schwingungen. Getriebeschwingungen erfordern in den meisten Fällen eine Überholung oder einen Austausch des Getriebes. Vibrationen des Getriebes oder des Antriebsstrangs können für einen Piloten äußerst schädlich sein. Die schwerwiegendsten Auswirkungen sind Schmerzen, Taubheitsgefühle und der Verlust des taktilen Unterscheidungsvermögens oder der Fingerfertigkeit. ⓘ
Verlust der Effektivität des Heckrotors
Bei einem Standardhubschrauber mit einem einzigen Hauptrotor erzeugen die Spitzen der Hauptrotorblätter in der Luft einen Wirbelring, d. h. eine spiralförmige und kreisförmige Luftströmung. Bei der Vorwärtsbewegung des Hubschraubers lösen sich diese Wirbel hinter dem Hubschrauber auf. ⓘ
Beim Schweben mit einem diagonalen Vorwärts-Seitenwind oder bei einer Vorwärtsbewegung in diagonaler Richtung richten sich die von den Hauptrotorblättern ausgehenden Wirbel mit der Drehung des Heckrotors aus und verursachen eine Instabilität der Flugsteuerung. ⓘ
Wenn die Wirbel, die mit dem Heckrotor kollidieren, in dieselbe Richtung rotieren, führt dies zu einem Schubverlust des Heckrotors. Drehen sich die Nachlaufwirbel in die entgegengesetzte Richtung des Heckrotors, erhöht sich der Schub. Um diese Instabilitäten auszugleichen, muss der Anstellwinkel des Heckrotors mit Hilfe der Fußpedale eingestellt werden. ⓘ
Diese Probleme sind darauf zurückzuführen, dass der freiliegende Heckrotor die offene Luft am Heck des Fahrzeugs durchschneidet. Dieses Problem verschwindet, wenn der Heckrotor stattdessen mit einem internen, im Heck eingeschlossenen Laufrad und einem seitlich aus dem Heck austretenden Hochdruckluftstrahl geführt wird, da die Wirbel des Hauptrotors den Betrieb eines internen Laufrads nicht beeinträchtigen können. ⓘ
Kritischer Windazimut
Für einen Standardhubschrauber mit einem einzigen Hauptrotor stellt die Aufrechterhaltung eines stabilen Fluges bei Seitenwind ein zusätzliches Flugsteuerungsproblem dar, da starker Seitenwind aus bestimmten Winkeln den Auftrieb der Hauptrotoren erhöht oder verringert. Dieser Effekt wird auch im windstillen Zustand ausgelöst, wenn das Fluggerät je nach Drehrichtung des Hauptrotors diagonal in verschiedene Richtungen bewegt wird. ⓘ
Dies kann zu einem Kontrollverlust und einem Absturz oder einer harten Landung führen, wenn das Flugzeug in geringer Höhe betrieben wird, da es plötzlich und unerwartet an Auftrieb verliert und nicht mehr genügend Zeit und Abstand zum Abfangen hat. ⓘ
Getriebe
Herkömmliche Drehflügler verwenden eine Reihe komplexer mechanischer Getriebe, um die hohe Drehzahl der Gasturbinen in die niedrige Drehzahl umzuwandeln, die für den Antrieb der Haupt- und Heckrotoren erforderlich ist. Im Gegensatz zu Triebwerken können mechanische Getriebe nicht dupliziert werden (aus Redundanzgründen) und waren schon immer ein großer Schwachpunkt in der Zuverlässigkeit von Hubschraubern. Katastrophale Getriebeausfälle während des Fluges führen häufig zu einer Getriebeblockierung und in der Folge zu Todesfällen, während ein Schmiermittelverlust einen Brand an Bord auslösen kann. Ein weiterer Schwachpunkt mechanischer Getriebe ist ihre vorübergehende Leistungsbegrenzung aufgrund von strukturellen Ermüdungsgrenzen. Jüngste EASA-Studien weisen darauf hin, dass Motoren und Getriebe gleich nach Pilotenfehlern die Hauptursache für Abstürze sind. ⓘ
Im Gegensatz dazu kommen bei elektromagnetischen Getrieben keine sich berührenden Teile zum Einsatz; daher kann die Schmierung drastisch vereinfacht werden oder ganz entfallen. Ihre inhärente Redundanz bietet eine gute Widerstandsfähigkeit gegenüber einem einzelnen Ausfallpunkt. Das Fehlen von Getrieben ermöglicht hohe Leistungsübergänge ohne Auswirkungen auf die Lebensdauer. Das Konzept des Elektroantriebs für Hubschrauber und des elektromagnetischen Antriebs wurde von Pascal Chretien verwirklicht, der den weltweit ersten manntragenden, frei fliegenden Elektrohubschrauber entworfen, gebaut und geflogen hat. Das Konzept wurde vom konzeptionellen computergestützten Entwurfsmodell am 10. September 2010 bis zum ersten Test bei 30 % Leistung am 1. März 2011 in weniger als sechs Monaten umgesetzt. Der erste Flug fand am 12. August 2011 statt. Die gesamte Entwicklung wurde in Venelles, Frankreich, durchgeführt. ⓘ
Gefahren
Wie bei jedem sich bewegenden Fahrzeug kann ein unsicherer Betrieb zum Verlust der Kontrolle, zu strukturellen Schäden oder zum Verlust von Menschenleben führen. Im Folgenden werden einige der potenziellen Gefahren für Hubschrauber aufgeführt:
- Sinkflug mit Leistung bedeutet, dass das Luftfahrzeug nicht genügend Leistung hat, um seinen Sinkflug zu beenden. Diese Gefahr kann sich zu einem Wirbelringzustand entwickeln, wenn sie nicht frühzeitig behoben wird.
- Der Wirbelringzustand ist eine Gefahr, die durch eine Kombination aus niedriger Fluggeschwindigkeit, hoher Leistungseinstellung und hoher Sinkgeschwindigkeit verursacht wird. Wirbel an der Rotorspitze zirkulieren von der Hochdruckluft unter der Rotorscheibe zur Niederdruckluft über der Scheibe, so dass der Hubschrauber in seine eigene absteigende Luftströmung gerät. Wenn man mehr Leistung hinzufügt, erhöht sich die Geschwindigkeit der Luftzirkulation und verschlimmert die Situation. Der Strömungsabriss wird manchmal mit dem Sinkflug verwechselt, ist aber aerodynamisch gesehen etwas anderes.
- Der Strömungsabriss mit zurückweichenden Blättern tritt bei hohen Fluggeschwindigkeiten auf und ist der häufigste Begrenzungsfaktor für die Vorwärtsgeschwindigkeit eines Hubschraubers.
- Bodenresonanz ist eine sich selbst verstärkende Vibration, die auftritt, wenn der Abstand zwischen den Blättern eines gelenkigen Rotorsystems unregelmäßig wird.
- Ein Low-G-Zustand ist ein abrupter Wechsel von einem positiven G-Kraft-Zustand zu einem negativen G-Kraft-Zustand, der zu einem Auftriebsverlust (unbelastete Scheibe) und anschließendem Überschlagen führt. Wird bei unbelasteter Scheibe der Heckantrieb aktiviert, kann der Hauptrotor gegen das Heck schlagen und ein katastrophales Versagen verursachen.
- Dynamischer Überschlag, bei dem sich der Hubschrauber um eine der Kufen dreht und sich selbst auf die Seite "zieht" (fast wie ein Starrflügler in einer Bodenschleife).
- Ausfälle des Antriebsstrangs, insbesondere solche, die innerhalb des schattierten Bereichs des Höhen-Geschwindigkeits-Diagramms auftreten.
- Ausfälle des Heckrotors, die entweder durch eine mechanische Fehlfunktion des Heckrotor-Steuerungssystems oder durch den Verlust der Schubkraft des Heckrotors verursacht werden, was als "Verlust der Heckrotor-Effektivität" (LTE) bezeichnet wird.
- Brownout bei staubigen Bedingungen oder Whiteout bei verschneiten Bedingungen.
- Niedrige Rotordrehzahl, wenn das Triebwerk die Blätter nicht mit ausreichender Drehzahl antreiben kann, um den Flug aufrechtzuerhalten.
- Überdrehzahl des Rotors, die zu einer Überbeanspruchung der Pitch-Lager der Rotornabe (Brinelling) führen kann und, wenn sie stark genug ist, die Trennung der Blätter vom Flugzeug verursacht.
- Anschlagen von Drähten und Bäumen beim Betrieb in geringer Höhe und bei Starts und Landungen in abgelegenen Gebieten.
- Kontrollierter Flug ins Gelände, bei dem das Luftfahrzeug aufgrund mangelnden Situationsbewusstseins unbeabsichtigt in den Boden fliegt.
- Maststöße bei einigen Hubschraubern ⓘ
Liste der tödlichen Abstürze
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+ Tödlichste Hubschrauberabstürze nach Anzahl der Todesopfer ⓘ | ||||
| Datum | Betreiber | Luftfahrzeug | Ereignis und Ort | Anzahl der Todesopfer |
|---|---|---|---|---|
| 19. August 2002 | Russland | Mil Mi-26 | Abgeschossen über Tschetschenien | 127 |
| 9. Dezember 1982 | Nicaragua | Mil Mi-8 | Abgeschossen von sandinistischen Rebellen mit 88 Menschen an Bord. Alle 84 Passagiere wurden getötet, alle vier Besatzungsmitglieder überlebten. | 84 |
| 4. Februar 1997 | Israel | Sikorsky CH-53 Sea Stallion (x2) | Zusammenstoß über Israel | 73 |
| 14. Dezember 1992 | Russland (Russische Luftwaffe) | Mil Mi-8 | Abgeschossen von georgischen Streitkräften in Abchasien mit SA-14 MANPADs, trotz schwerer Eskorte. Drei Besatzungsmitglieder und 58 Passagiere, hauptsächlich russische Flüchtlinge. | 61 |
| 4. Oktober 1993 | Georgien | Mil Mi-8 | Abgeschossen während des Transports von 60 Flüchtlingen aus Ostabchasien; alle Passagiere an Bord wurden getötet. | 60 |
| 10. Mai 1977 | Israel | CH-53 | Absturz in der Nähe von Yitav im Jordantal | 54 |
| 8. Januar 1968 | Vereinigte Staaten | Sikorsky CH-53A Sea Stallion, USMC | Absturz in der Nähe der Đông Hà Combat Base in Südvietnam. Alle fünf Besatzungsmitglieder und 41 Passagiere wurden getötet. | 46 |
| 11. Juli 1972 | Vereinigte Staaten | Sikorsky CH-53D Sea Stallion, USMC | Abgeschossen durch eine Rakete in der Nähe von Quảng Trị in Südvietnam. Sechs US-Marines und 50 vietnamesische Marines an Bord. Drei US-Marines und 43 vietnamesische Marines wurden getötet. | 46 |
| 11. September 1982 | Vereinigte Staaten | Boeing CH-47 Chinook, U.S. Army | Absturz bei einer Flugschau in Mannheim, damals in Westdeutschland. | 46 |
| 6. November 1986 | British International Helicopters | Boeing 234LR Chinook | Absturz auf den Shetland-Inseln | 45 |
| 28. Januar 1992 | Aserbaidschan | Mil Mi-8 | Abgeschossen | 44 |
| 3. Juli 2009 | Pakistan (Pakistanische Armee) | Mil Mi-17 | Absturz | 41 |
| 6. August 2011 | Vereinigte Staaten | CH-47 Chinook | Abgeschossen, Afghanistan | 38 |
| 18. August 1971 | Vereinigte Staaten | CH-47 Chinook, US-Armee | Absturz bei Pegnitz, damals in Westdeutschland. Alle vier Besatzungsmitglieder und 33 Passagiere wurden getötet. | 37 |
| 26. Januar 2005 | Vereinigte Staaten | Sikorsky CH-53E Super Stallion, USMC | Bruchlandung in der Nähe von Ar Rutbah, Irak | 31 |
Weltrekorde
| Rekordtyp | Rekord | Hubschrauber | Pilot(en) | Datum | Standort | Anmerkung | Referenz ⓘ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Geschwindigkeit | 400,87 km/h (249,09 mph) | Westland Lynx | John Trevor Egginton (Großbritannien) | 11. August 1986 | UK | ||
| Entfernung ohne Landung | 3.561,55 km (2.213,04 mi) | Hughes YOH-6A | Robert G. Ferry (USA) | 6. April 1966 | Vereinigte Staaten | ||
| Geschwindigkeit bei der Weltumrundung | 136,7 km/h (84,9 mph) | Agusta A109S Grand | Scott Kasprowicz (USA) | 18. August 2008 | Von und nach New York City über Europa, Russland, Alaska, Kanada |
Keine Betankung während des Fluges | |
| Höchste Höhe ohne Nutzlast | 12.442 m (40.820 ft) | Aerospatiale Lama | Jean Boulet (Frankreich) | 21. Juni 1972 | Frankreich | ||
| Höchste horizontale Flughöhe | 11.010 m (36.120 ft) | Sikorsky CH-54 Tarhe | James K. Church | 4. November 1971 | Vereinigte Staaten | ||
| Flughöhe mit 40-Tonnen-Nutzlast | 2.255 m (7.398 ft) | Mil V-12 | Wassili Kolotschenko, et al. | 6. August 1969 | UDSSR | ||
| Höchster Start (Turbine) | 8.848 m (29.029 ft) | Eurocopter AS350 | Didier Delsalle | 14. Mai 2005 | Nepal | Mount Everest | |
| Höchster Start (Kolben) | 4.300,7 m (14.110 ft) | Robinson R44 | Mark Young | 12. Oktober 2009 | Vereinigte Staaten | Pike's Peak, Colorado | |
| Erster bemannter Elektroflug | Rein elektrischer Schwebeflug | Solution F Prototyp | Pascal Chretien | 12. August 2011 | Frankreich | Venellen | |
| Längster von Menschenhand angetriebener Aufzug | Pedalieren, Fahrtdauer 64 s, 3,3 m Höhe; Diagonale: 46,9 m | AeroVelo Atlas, 4 Rotoren | Dr. Todd Reichert | 13. Juni 2013 | Kanada | Hallenfußballstadion; Gewinner des Igor I. Sikorsky Wettbewerbs |
Die NASA hat den 1,8 kg schweren kleinen Helikopter Ingenuity zum Flug in der Marsatmosphäre bauen lassen. Dieser flog dort erstmals am 19. April 2021. Die Dichte der Marsatmosphäre gleicht schon beim Abheben an der Marsoberfläche der geringen Dichte der Erdatmosphäre in 30.500 m Höhe. Allerdings beträgt die Fallbeschleunigung auf dem Mars (3,71 m/s²) nur etwa ein Drittel derer auf der Erde (9,81 m/s²). ⓘ
Funktion
Notsteuerung und Autorotation
Sollte der Antrieb ausfallen, können Hubschrauber dennoch unbeschadet landen. Dazu muss der Pilot in einen steilen Sinkflug übergehen, wobei der freilaufende Rotor durch die nun von unten nach oben anströmende Luft in Drehung gehalten bzw. möglichst beschleunigt wird, um den Drehimpuls zu erhalten oder zu erhöhen. Diese daraus resultierende Autorotation wie beim Tragschrauber liefert den die Sinkgeschwindigkeit limitierenden Auftrieb und unterstützt den Helikopter beim Halten in aufrechter Position. Ein Giermomentausgleich ist dabei nicht notwendig, da nur das geringe Moment aus der Lagerreibung (im Hauptrotorkopf, Getriebe und Antrieb) auszugleichen wäre, das aber bis zur Landung nicht zu einem kritischen Anstieg der Gierrate führt. Eine solche Landung ist daher auch beim Ausfall des Heckrotors möglich, z. B. bei Bruch der Antriebswelle für den Heckrotor, des Winkelgetriebes zum Heckrotor oder gar des ganzen Heckauslegers. Kritischer ist hingegen das Erreichen eines geeigneten Platzes für diese Notlandung. ⓘ
Kurz vor dem Erreichen des Bodens wird der kollektive Einstellwinkel (Anstellwinkel) von leicht negativ auf positiv vergrößert, um den Auftrieb deutlich zu erhöhen. Damit wird das Sinken mit dem Ziel eines halbwegs sanften und für Technik und Besatzung sicheren Aufsetzens abgebremst und die Rotordrehung verringert sich. Der Drehimpuls des Rotors nimmt dabei ab, seine Energie wird aufgezehrt, es gibt daher nur einen Versuch für dieses heikle Manöver. Der Verlust der Steuerung um die Hochachse und die Notwendigkeit, den richtigen Moment genau zu treffen, macht dieses Manöver jedoch stets riskant. ⓘ
Für die Notlandung bedarf es einer Mindesthöhe über Grund, da beim Ausfall des Hauptantriebes ein Durchsacken unvermeidlich ist und auch Zeit benötigt wird, um in die neue Fluglage überzuleiten. ⓘ
Das Notlanden mit Autorotation muss von Piloten regelmäßig geübt werden. ⓘ
Pilotenlizenzen
Das Steuern eines Hubschraubers erfordert spezielle Kenntnisse und Fähigkeiten, die sich teils stark von denen unterscheiden, die für Flugzeuge benötigt werden. ⓘ
Es gibt in Deutschland vier Typen von Pilotenlizenzen:
- Privatpilotenlizenz – PPL (H)
- Berufspilotenlizenz – CPL (H)
- Verkehrspilotenlizenz – ATPL (H)
- diverse militärische Pilotenlizenzen. ⓘ
Unfälle
Verglichen mit Tragflächenflugzeugen weisen Hubschrauber eine deutlich höhere Unfallhäufigkeit auf: Zwischen 1980 und 1998 verzeichnete die Bundesstelle für Flugunfalluntersuchung (BFU) bei Hubschraubern statistisch pro einer Million Abflüge 54 Unfälle mit sechs Toten, bei Tragflächenflugzeugen lediglich zehn Unfälle mit 1,6 Toten. Die Unfallursachen liegen dabei anteilig mit über 80 % im menschlichen Versagen. ⓘ
Aus Sicht der Technik sind Hubschrauber nicht unsicherer als Tragflächenflugzeuge und werden unter den gleichen Zuverlässigkeitsforderungen ausgelegt und zugelassen. Die höhere Unfallgefahr kann mehr durch die Einsatzbedingungen erklärt werden: Rettungsdienste und Militär können einen Einsatzort nicht vorher bestimmen, Hindernisse wie Antennen oder Stromleitungen sind dem Piloten dann teilweise unbekannt. Einsätze im Hochgebirge, wie Lastentransport und Bergrettung, können wiederum durch die geringere Luftdichte und Abwinde den Antrieb an die Leistungsgrenze bringen. Bei dessen Ausfall sind zudem die Bedingungen für eine Autorotations-Landung häufig schlecht. ⓘ
Optionale Seilschneider oberhalb und unterhalb der Kabine können in bestimmten Situation Seile durchschneiden, um Unfälle zu verhindern. Seile von Stromleitungen, Mastabspannungen und Seilbahnen sind nur teilweise markiert und auf 50.000er-Detailkarten verzeichnet und stellen eine besondere Gefahr bei niedrigen Flügen dar. ⓘ
Technik-Artikel
Weitere Details zu Bauweise und Technik von Hubschraubern finden sich in diesen Artikeln:
- Varianten der Bauweise zum Drehmomentausgleich
- Heckrotor-Konfiguration – Hubschrauber mit seitlichen Rotoren – Tandem-Konfiguration – Koaxialrotor – Flettner-Doppelrotor – Blattspitzenantrieb
- Verwandte Flugzeug-Bauweisen
- Tragschrauber – Flugschrauber – Wandelflugzeug – Senkrechtstarter – VTOL
- Rotor
- Hauptrotor – Rotorkopf – Taumelscheibe – Schlaggelenk – Schwenkgelenk
- Schwebeflug
- Landevorrichtung
- Hubschraubertriebwerk
- Modellhubschrauber ⓘ
Siehe auch
- :Kategorie:Hubschrauberhersteller
- Liste der Hubschraubertypen
- Bodeneffekt
- Heli-Expo
- :Kategorie:VTOL-Flugzeug ⓘ
Literatur
In chronologischer Sortierung:
- Engelbert Zaschka: Drehflügelflugzeuge. Trag- und Hubschrauber. C. J. E. Volckmann Nachf. E. Wette, Berlin-Charlottenburg 1936, OCLC 20483709, DNB 578463172.
- Rolf Besser: Technik und Geschichte der Hubschrauber. Von Leonardo da Vinci bis zur Gegenwart. Bernard & Graefe, Bonn 1996, ISBN 3-7637-5965-4.
- Hans-Liudger Dienel: Verkehrsvisionen in den 1950er Jahren: Hubschrauber für den Personenverkehr in Deutschland. In: Technikgeschichte. Band 64, H. 4, 1997, S. 287–303.
- Kyrill von Gersdorff, Kurt Knobling: Hubschrauber und Tragschrauber. Bernard & Graefe, Bonn 1999, ISBN 3-7637-6115-2.
- Heinrich Dubel: Helikopter Hysterie Zwo. Fantôme, Berlin 2011, ISBN 978-3-940999-18-4.
- Steve Coates, Jean-Christophe Carbonel: Helicopters of the Third Reich. Ian Allen, 2003, ISBN 1-903223-24-5 (englisch).
- Ernst Götsch: Luftfahrzeugtechnik. Motorbuchverlag, Stuttgart 2003, ISBN 3-613-02006-8.
- Walter J. Wagtendonk: Principles of helicopter flight. Aviation Supplies & Acad., Newcastle 2003, ISBN 1-56027-217-1 (englisch).
- Yves Le Bec: Die wahre Geschichte des Helikopters. Von 1486 bis 2005. (Originaltitel: La véritable histoire de l’hélicoptère.) Vorwort von Jean Boulet. Ducret, Chavannes-près-Renens 2005, ISBN 2-8399-0100-5.
- Walter Bittner: Flugmechanik der Hubschrauber. Technologie, das flugdynamische System Hubschrauber, Flugstabilitäten, Steuerbarkeit. Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-23654-6.
- Marcus Aulfinger: Hubschrauber-Typenbuch. Motorbuchverlag, Stuttgart 2007, ISBN 978-3-613-02777-0.
- J. Gordon Leishman: Principles of helicopter aerodynamics. Cambridge University Press, Cambridge 2008, ISBN 978-0-521-85860-1 (englisch).
- Helmut Mauch: Das große Buch der Hubschrauber. Geschichte, Modelle, Einsatz. GeraMond, München 2009, ISBN 978-3-7654-7001-1.
- Hans-Joachim Polte: Hubschrauber. Geschichte, Technik, Einsatz. 5., völlig neu überarbeitete und erweiterte Auflage. Mittler, Hamburg/ Berlin/ Bonn 2011, ISBN 978-3-8132-0924-2. ⓘ
Film
- Himmelsreiter – Die Geschichte der Hubschrauber. Dokumentation, Deutschland, 2006, 52 Min., Regie: Mario Göhring, Peter Bardehle, Produktion: NDR, Arte, Erstsendung: 19. April 2006
- Professor Oehmichens fliegende Maschinen. Dokumentation, Frankreich, 2009, 52 Min., Regie: Stephane Begoin; Produktion: arte F, Erstsendung: 20. Juni 2009, Inhaltsangabe (Memento vom 1. Juli 2009 im Internet Archive) von arte
- History of Helicopters – Helicopter Invention Documentary Film youtube.com, Video 44:21, History TV Channel, 9. März 2015, abgerufen am 13. Oktober 2017. – Vom Spielzeug in China, Technik für bemannten Flug und ein erster unbemannter Heli. Mit Sergei Sikorsky. ⓘ