Besonderheiten des Hubschrauberfluges

Ich habe mich einmal recht ausführlich mit den Eigenheiten des Hubschrauberfluges auseinandergesetzt...

http://virtual-jabog32.de/forum/viewtopic.php?f=70&t=13161

Also ich muss sagen, das ist... ziemlich cool! Toll, dass du dir solche Mühe machst. Auch bei dem Artikel über Kondensstreifen. Beides ist schon auf recht hohen Niveau und prägnanter erklärt als in mancher Fachliteratur.

Ich hoffe du schreibst noch mehr Beiträge zu anderen Themen.

Sehr guter Artikel! Vielen Dank dafür:) Ein wenig konstruktive Kritik: Kamov ist bekannt für Koaxialrotoren, ist zwar auch ein Doppelrotor aber entgegen zum Chinook sind die Rotoren auf einer Achse, also Koaxial ;-)

Sehr guter Artikel! Vielen Dank dafür:) Ein wenig konstruktive Kritik: Kamov ist bekannt für Koaxialrotoren, ist zwar auch ein Doppelrotor aber entgegen zum Chinook sind die Rotoren auf einer Achse, also Koaxial ;-)

Stimmt natürlich. Koaxialrotoren beschreibt es viel genauer. Ich hab es geändert... und wundere mich über mich selbst, dass es nicht schon vorher so da stand.

Also ich muss sagen, das ist... ziemlich cool! Toll, dass du dir solche Mühe machst. Auch bei dem Artikel über Kondensstreifen. Beides ist schon auf recht hohen Niveau und prägnanter erklärt als in mancher Fachliteratur.

 

Ich hoffe du schreibst noch mehr Beiträge zu anderen Themen.

Ich bin offen für Anregungen. Schreibt mir einfach eine PN.

Aber es gibt keine Garantie für Ergebnisse. Es ist nämlich schon ein Haufen Arbeit.

Sehr cool, dass sich jemand hier mit sowas auseinandersetzt. Ich bin den Text mal überflogen, bin aber auch gleich am ersten Absatz hängen geblieben. Schau dir nochmal an, "warum ein Flugzeug fliegt". Impulserhaltung in Verbindung mit dem Anstellwinkel hat einen größeren Einfluss als der Druckunterschied, den du beschrieben hast. Einfach Wiki befragen: https://de.wikipedia.org/wiki/Dynamischer_Auftrieb

Sehr cool, dass sich jemand hier mit sowas auseinandersetzt. Ich bin den Text mal überflogen, bin aber auch gleich am ersten Absatz hängen geblieben. Schau dir nochmal an, "warum ein Flugzeug fliegt". Impulserhaltung in Verbindung mit dem Anstellwinkel hat einen größeren Einfluss als der Druckunterschied, den du beschrieben hast. Einfach Wiki befragen: https://de.wikipedia.org/wiki/Dynamischer_Auftrieb

Ich werde es so stehen lassen.

Ich halte die Impulserhaltung für die Fliegerei mit Tragflächen für vernachlässigbar. Man braucht sich nur anzusehen wie viel Luft der Harrier nach unten beschleunigen muss um im Hover zu bleiben. Wenn die Tragflächen das durch "Umlenkung" schaffen sollten...

Ich denke der Teil der Impulserhaltung sollte aus dem Wiki Artikel rausfliegen.

Ich werde es so stehen lassen.

Ich halte die Impulserhaltung für die Fliegerei mit Tragflächen für vernachlässigbar. Man braucht sich nur anzusehen wie viel Luft der Harrier nach unten beschleunigen muss um im Hover zu bleiben. Wenn die Tragflächen das durch "Umlenkung" schaffen sollten...

Ich denke der Teil der Impulserhaltung sollte aus dem Wiki Artikel rausfliegen.

Was du da stehen lässt, ist natürlich deine Sache. Deine Zusammenfassung befasst sich ja auch eigentlich mit Helikoptern.

Allerdings ist es schon ein bisschen komisch, dass du eine kurze Erklärung, wie sie in Zeitschriften oder Kinderbüchern steht, auswählst und nicht einfach auf andere Quellen verweist. Dass Wiki keine optimale Quelle ist stimmt, aber die Impulserhaltung widerspricht auch deiner Aussage nicht:

Eine Verknüpfung theoretischer Art liefert der Impulssatz. Der

Impulssatz besagt: Wenn eine stationäre Strömung vorliegt,

kann man die Kraft auf einen Körper in der Strömung bestimmen,

indem man ein beliebiges Kontrollvolumen um den Körper

legt und ein- und auströmenden Impuls und den Druck an

den Grenzflächen des Kontrollvolumens auswertet. Egal wie

man das Kontrollvolumen legt, immer kommt die Auftriebskraft

heraus (Abb. 5). Wählt man z.B. ein quadratisches Kontrollvolumen

beliebiger Größe, dann liefert der Druck- und der

Impulsanteil jeweils die Hälfte des Auftriebs. Wählt man das

Kontrollvolumen so, daß es direkt um die Tragfläche herum

liegt, ist der Impulsanteil null und der Druckanteil macht den

gesamten Auftrieb aus. Ein anderer Grenzfall ist ein Kontrollvolumen,

das symmetrisch um die Tragfläche herum liegt und

oben und unten ins Unendliche reicht. Jetzt kann man die

Druckanteile vernachlässigen, und nur der Impulsanteil oder

die Luftumlenkung vorne und hinten bestimmt den Auftrieb.

Die Druckerklärung und die Rückstoßerklärung sind also so

gesehen einfach zwei verschiedene Spezialfälle des Impulssatzes.

 

aus einer der Wiki-Quellen: "Wie erklärt man das Fliegen in der Schule?"

Im nächsten Absatz erklärst du:

Es ist nämlich nicht so, dass ein Hubschrauber mit einem großen Propeller Luft nach unten beschleunigt, und durch den Rückstoß fliegt.

Auch hier ist wieder der Ausschnitt entscheidend. Betrachtet man die einzelnen Rotorblätter, findet man dort die gleichen Druckunterschiede wie an jedem Profil. Betrachtet man jedoch den ganzen Helikopter (Kontrollvolumen größer als der Helikopter) so wie du, macht der Helikopter nichts anderes als der Harrier. Die Druckunterschiede an den Rotorblättern sind oberhalb oder unterhalb des Helikopters wieder ausgeglichen, sodass der Helikopter nichts anderes macht, als Luft von oben anzusaugen und wieder nach unten ab zustoßen (sieht man gut bei deinen Vortex Links). Der Unterschied zum Harrier ist, dass die Fläche auf die der Helikopter einwirkt viel größer ist, sodass die Geschwindigkeit der Luft nicht so groß sein muss, um den gleichen Impuls zu erzeugen. Natürlich entsteht bei beiden oberhalb und unterhalb wieder ein großer Druckunterschied durch den Luftstrom von oben nach unten.

Und ja auch normale Flugzeuge "lenken" die Luft auch mithilfe der Druckunterschiede in der Summe einfach nur um.

Raketen sind wiederum eine Sache für sich, weil hier der Antrieb den Gesamtdruck erhöht und der Impuls nicht vom Umlenken entsteht, sondern vom abgestoßenem Treibstoff.

Ich bin auch kein Experte auf diesem Gebiet und kann nur die theoretischen und qualitativen Unterschiede wiedergeben. Wie man das alles im einzelnen berechnet und zum Beispiel in einem sinnvollen Flugmodell verwirklicht, weiß ich auch nicht.

Ich will einfach einmal annehmen, dass wir beide das Selbe meinen. Für mich ist Impulserhaltung im Zusammenhang mit fluiden Systemen "Rückstoß". Das heißt ich beschleunige ein Gas oder Flüssigkeit in die eine Richtung und erhalte als Resultat eine Kraft in die Andere. Das findet in der Aerodynamik der Tragfläche sicher nicht statt. Wenn Du dich aber auf die Impulserhaltung von einzelnen Körpern beziehst, dann ist es nicht ganz falsch. Eine Billardkugel gegen eine schräge Bande geschossen wird eine Kraft erzeugen welche im Zusammenhang mit dem AOA steht. Das findet im großen und ganzen auch mit Gasen so statt. nur sind es dann so viele Kugeln, dass die wenigsten die Bande erreichen. Sie werden durch den sich bildenden Druck abgebremst und umgeleitet. Und schon sind wir wieder bei dem was ich geschrieben habe: Abbremsen von Gasen = Erhöhung des Druckes. Und umgekehrt.

Der Downwash den du in dem Vortexvideo siehst hat einfach darin seine Ursache, dass unter dem Rotorblatt ein höherer Druck herrscht als darunter. Es ergibt sich eine entsprechende Luftströmung. So entstehen auch Wind und Sturm. Das selbe findet auch oberhalb der Rotorebene statt. Deshalb wird dort Luft hingesaugt.

Man müsste mal ausrechnen wie viele Kg Luft man auf nahezu Schallgeschwindugkeit beschleunigen müsste um einen Hubschrauber zu tragen (oder auch eine F16 mit 9g zu beschleunigen). Eine einfache Druckdifferenz oberhalb und unterhalb der Tragfläche ist in der Lage das zu leisten.

Ich halte jedenfalls den Begriff der Impulserhaltung in Strömungssystemen für irreführend.

Ich rate dazu, die Diskussion an dieser Stelle zu stoppen. Egal in welchem Forum oder unter welchem Video man sucht, Diskussionen über die Entstehung der Auftriebskraft gehen niemals gut aus. Weil dieses Phänomen bis zum heutigen Tage nicht wirklich erklärbar ist. Es gibt einige Theorien und die meisten enthalten einen Teil der Wahrheit. Die Druckdifferenz ist wohl die gängigste, die von Red beschriebene Ablenkung der Luft durch die Tragfläche (manchmal als Aerokinetischer Auftrieb bezeichnet) eine weniger bekannte aber in Fachkreisen oft aufgegriffene Theorie.

Fakt ist: Eine wasserdichte physikalische Erklärung gibt es nicht. Aerodynamik ist technisch beherrschbar aber nicht wissenschaftlich erklärbar. Erst recht nicht in wenigen Worten.

Die beste Erklärung zum Thema "Auftrieb" die ich einmal von einem Piloten gehört habe: "Warum fliegt ein Flugzeug?" "Keine Ahnung."

Danke Hind,

für deinen schönen Artikel über das Hubschrauberfliegen, er fasst ein paar wichtige Dinge auf einem bekömmlichen Niveau zusammen, wirklich gelungen. Tatsächlich bin auch über den Teil mit dem Auftrieb gestolpert. An dieser Stelle möchte ich auch gar keinen Bekehrungsversuch für die ein oder andere Meinung starten, sondern ein paar Aspekte darstellen.

Wie du hier zeigst gibt es ja durchaus einen Zusammenhang zwischen Impuls und Druck.

Eine Billardkugel gegen eine schräge Bande geschossen wird eine Kraft erzeugen welche im Zusammenhang mit dem AOA steht. Das findet im großen und ganzen auch mit Gasen so statt. nur sind es dann so viele Kugeln, dass die wenigsten die Bande erreichen. Sie werden durch den sich bildenden Druck abgebremst und umgeleitet. Und schon sind wir wieder bei dem was ich geschrieben habe: Abbremsen von Gasen = Erhöhung des Druckes. Und umgekehrt.

Also warum in den nächsten Sätzen wieder leugnen?

Tatsächlich basieren grundlegende Modelle zur Leistungsberechnung für Hubschrauber auf der Strahltheorie (englisch: momentum theory).

Es ist nämlich nicht so, dass ein Hubschrauber mit einem großen Propeller Luft nach unten beschleunigt, und durch den Rückstoß fliegt.

So eine Aussage widerspricht ja quasi den mehr als einhundert Jahre alten Theorien, welche auch heute noch gültig sind und ihre Anwendung im Hubschrauberbereich finden. Zugegebenermaßen hätte ich an dieser Stelle fast mit dem Lesen aufgehört, was sehr schade gewesen wäre.

Also was spricht den eigentlich gegen die Koexistenz der Impulstheorie und Bernoulli. Es passt doch alles zusammen und lässt ineinander überführen, wie du gezeigt hast.

Man müsste mal ausrechnen wie viele Kg Luft man auf nahezu Schallgeschwindugkeit beschleunigen müsste um einen Hubschrauber zu tragen

Gucken wir uns die Sache doch mal genauer an.

Kraft ist Masse mal Beschleunigung (den guten alten Newton wollen wir doch nicht anzweifeln).

Oder anders ausgedruckt, entspricht unsere Schubkraft, die wir benötigen um einen Hubschrauber im Schwebeflug zu halten dem Massenstrom (Masse pro Zeiteinheit) multpliziert mit der Geschwindigkeitsdifferenz der Luft. Da wir vom stationären Schwebeflug ausgehen, können wir annehmen, das die Geschwindigkeit der Luft weit über der Rotorebene null ist und weit unter der Rotorebene (keine Bodeneffekt) maximal ist. Man kann zeigen (ich nicht ohne Buch), dass die Geschwindigkeit in der Rotorebene © genau die Hälfte der maximalen Geschwindigkeit unterhalb des Rotors beträgt. Nun, am Ende erhält man eine Beziehung, mit der benötigte Schub für den Schwebeflug(T) folgendermaßen errechnet werden kann:

T=2*Luftdichte*Rotorfläche*c^2

Der benötigte Schub entspricht im stationären Schwebeflug exakt der Gewichtskraft.

Wenn man das Ganze mal ausrechnet, ergibt sich zum Beispiel für eine BO105 bei einer Masse von 2300 kg, eine Geschwindigkeit von ca. 11.1 m/s in der Rotorebene. Bei einer UH-1H mit 4310 kg kommen wir auf 10,3 m/s. Okay das ist jetzt ein idealer Zustand mit homogener Geschwindigkeitsverteilung über die Rotorfläche und ohne Verluste. Trotz allem sind wir von der Schallgeschwindigkeit noch weit weit weg.

Also ich würde sagen, die Strahltheorie funktioniert.

Wenn wir uns nun das Rotorblatt selbst ansehen wollen, holt der typische Aerodynamik natürlich sofort seine Druckverteilung aus der Tasche. Damit kann er nicht nur gut rechnen sondern es lässt sich auch noch im Windkanal nachmessen. Trotzdem gibt es keinen Konflikt zur umgelenkten Strömung, denn auch die lässt sich zeigen und mittelmäßig gut messen.

Ich würde ja vorschlagen mit absolutistischen Aussagen wie,

Es ist nämlich nicht so, dass ein Hubschrauber mit einem großen Propeller Luft nach unten beschleunigt, und durch den Rückstoß fliegt.

sparsam zu sein. Sie stehen einem ansonsten schönen Artikel nicht gut, wenn man sich die Details ersparen will.

So ich hab es für mich selbst einmal durchgerechnet…

Die BO105 hat einen Rotordurchmesser von 9,84m. Bei einer angenommenen Rotorblattbreite von 15cm ergibt sich eine Tragflügelfläche von 1,476m2

Bei einem moderaten Anstellwinkel durchstreift das Rotorblatt eine Höhe von 5cm ergibt sich ein Volumen von 0,1476 m3 welche nach unten beschleunigt werden können. Am Boden bei 20°C sind das 0,17712Kg (1,2Kg/m3 Luft)

Die BO105 hat 4 Rotorblätter, das heißt: Nach einer viertel Umdrehung ist das Gesamte Volumen beschleunigt. Bei 400Rpm sind das 0,0375sec.

Um die BO105 mit einem Fluggewicht von 2300Kg zu heben brauche ich eine Kraft von 23000N. Dazu muss ich die 0,17712Kg Luft mit 129855m/s2 beschleunigen.

Ich habe somit eine Endgeschwindigkeit der Luft nach Verlassen der Rotorebene von 4869m/s.

Aber es stimmt: Diese Geschwindigkeit ist sehr weit weg von der Schallgeschwindigkeit. Und das ist noch sehr idealisiert gerechnet. Die Mitte des Rotors trägt ja kaum zum Auftrieb bei ich habe sie hier aber vollständig mit einbezogen.

Wie gesagt: Der Rückstoß ist nicht Relevant.

Ergänzung: Ich habe hier eine "quick and dirty" Rechnung gemacht. Ich habe vieles vereinfacht, und ich weiß, dass meine Fehler durchaus das Ergebnis deutlich verschieben werden. Aber meine Vereinfachungen beeinflussen das Ergebnis in beide Richtungen. Eine bessere Ausrechnung war mir einfach zu mühselig... Ich bin auch im Rechnen mit Integralen auch nicht mehr ausreichend fit.

Ich rate dazu, die Diskussion an dieser Stelle zu stoppen. Egal in welchem Forum oder unter welchem Video man sucht, Diskussionen über die Entstehung der Auftriebskraft gehen niemals gut aus. Weil dieses Phänomen bis zum heutigen Tage nicht wirklich erklärbar ist. Es gibt einige Theorien und die meisten enthalten einen Teil der Wahrheit. Die Druckdifferenz ist wohl die gängigste, die von Red beschriebene Ablenkung der Luft durch die Tragfläche (manchmal als Aerokinetischer Auftrieb bezeichnet) eine weniger bekannte aber in Fachkreisen oft aufgegriffene Theorie.

Fakt ist: Eine wasserdichte physikalische Erklärung gibt es nicht. Aerodynamik ist technisch beherrschbar aber nicht wissenschaftlich erklärbar. Erst recht nicht in wenigen Worten.

 

Die beste Erklärung zum Thema "Auftrieb" die ich einmal von einem Piloten gehört habe: "Warum fliegt ein Flugzeug?" "Keine Ahnung."

Jup, sehe ich auch so. Aber wie hammer97, bin ich über einige Aussagen gestolpert. Daher auch meine Empfehlung, einfach auf entsprechende Quellen zu verlinken oder (so wie du) gleich sagen, dass es unterschiedlich Ansätze gibt und keine allumfassende Lösung. Ansonsten läuft man sehr schnell Gefahr falsche Aussagen zu treffen. Ich wollte für Hind auch nur das Blickfeld erweitern für die anderen Ansätze, da dass nicht gelungen ist, werde ich mich ab hier auch raushalten.

Ich rate dazu, die Diskussion an dieser Stelle zu stoppen. Egal in welchem Forum oder unter welchem Video man sucht, Diskussionen über die Entstehung der Auftriebskraft gehen niemals gut aus.

Och kommt, wir sind doch erwachsene Menschen, und so eine Diskussion bringt ja auch immer wieder interesante Erkenntnisse.

Es gib hier ja auch noch ein paar Dinge, die mir nicht so ganz klar sind.

Die BO105 hat einen Rotordurchmesser von 9,84m. Bei einer angenommenen Rotorblattbreite von 15cm ergibt sich eine Tragflügelfläche von 1,476m2

Bei einem moderaten Anstellwinkel durchstreift das Rotorblatt eine Höhe von 5cm ergibt sich ein Volumen von 0,1476 m3 welche nach unten beschleunigt werden können. Am Boden bei 20°C sind das 0,17712Kg (1,2Kg/m3 Luft)

Die BO105 hat 4 Rotorblätter, das heißt: Nach einer viertel Umdrehung ist das Gesamte Volumen beschleunigt. Bei 400Rpm sind das 0,0375sec.

Um die BO105 mit einem Fluggewicht von 2300Kg zu heben brauche ich eine Kraft von 23000N. Dazu muss ich die 0,17712Kg Luft mit 129855m/s2 beschleunigen.

Ich habe somit eine Endgeschwindigkeit der Luft nach Verlassen der Rotorebene von 4869m/s.

Also hier werden ja 4 schmale Streifen an Luftvolumen genommen und beschleunigt. Das entspricht ja nicht wirklich der Strahltheorie, wie man Sie Hubschrauber anwenden kann um den Abwind in der Rotorebene zu berechnen. Als Zeit für diese Beschleunigung wird eine viertel Umdrehung des Rotors angenommen und gesagt, dass diese Zeit benötigt wird um diese jeweils schmalen "Luftstreifen" zu beschleunigen. Diese Annahme kann ich auch noch nicht so ganz nachvollziehen. Nun und das errechnete Ergebnis hat ja auch wie schon erwähnt nicht viel mit realen Geschwindigkeiten zu tun.

In dieser Darstellung wird meiner Ansicht nach einfach außer Acht gelassen, dass die angestellte Tragfläche wesentlich mehr Luftmasse umlenkt als nur das angegebene schmale Volumen, was im Übrigen auch auf ein Flugzeug zutrifft.

Für eine saubere Erklärung der Phänomenologie des Auftriebs stellt sich mir bei der vorhanden Erklärung von Hind:

Wenn sich ein Flugzeug durch die Luft bewegt, dann werden die Tragflächen von Luft umströmt. Diese sind so geformt, dass die Luft an der Oberseite beschleunigen muss, während unten eher ein Abbremsen erfolgt. Dadurch entsteht an der Oberseite eine Verringerung des Luftdruckes, und an der Unterseite eine Erhöhung.

die Frage, wie den die Form der Tragfläche zu einer Beschleunigung der Luft führen kann. Was ist den mit einer Ebene Platte mit einem Anstellwinkel, wie kann diese den zu eignet Beschleunigung der Luft und den damit verbunden Druckunterschied führen.

Eine Billardkugel gegen eine schräge Bande geschossen wird eine Kraft erzeugen welche im Zusammenhang mit dem AOA steht. Das findet im großen und ganzen auch mit Gasen so statt. nur sind es dann so viele Kugeln, dass die wenigsten die Bande erreichen. Sie werden durch den sich bildenden Druck abgebremst und umgeleitet. Und schon sind wir wieder bei dem was ich geschrieben habe: Abbremsen von Gasen = Erhöhung des Druckes. Und umgekehrt.

Hier sieht es ja dann auch schon wieder anders aus und sogar passend zu dem Ausschnitt von Wikipedia.

Ach komm und wenn wir schon dabei sind noch ein paar Kleinigkeiten als Ergänzung:

Herzstück der Cyclischen Rotorblattverstellung ist eine Taumelscheibe welche sowohl im Ganzen gehoben und gesenkt werden kann, als auch in jede Richtung neigbar ist.

Das ist nicht bei allen Hubschraubern so gelöst, z.B. gibt es bei der Huey eine Schiebehülse für die Kollektive Blattverstellung.

Die Pedalerie wirkt auf den Heckrotor. Damit lässt sich der Hubschrauber um die Hochachse drehen. Wenn der Heckrotor, aber nicht in einer Ebene mit dem Hauptrotor liegt, dann erzeugt er eine Kraft die dem Hubschrauber leicht um die Längsachse kippt. Diese ist umso größer jeh größer das Gegendrehmoment des Heckrotors ist. Auch diese Bankbewegung muss ausgeglichen werden.

Tatsächlich hat hier die Translation Tendenz durch den Heckrotoschub, die wesentliche Wirkung. Das Rollmoment, welches dadurch erzeugt werden kann, dass der Heckrotoschubvektor häufig nicht exakt auf der Höhe des Schwerpunktes ist, ist eher gering.

Soll der Hubschrauber nach vorne fliegen, so drückt der Pilot den Stick nach vorne. Dadurch wird der Auftrieb im Umlauf verändert. Befindet sich ein Rotorblatt im hinteren Teil, so erhöht sich der Anstellwinkel. Befindet es sich im vorderen Teil, so wird der Anstellwinkel verringert.

Anstellwinkel am Rotorblatt wird aufgrund der Phasenverschiebung im Rotor eigentlich schon viel früher verringert bzw. erhöht. Bei der Huey mit zentralem Schlaggelenk beträgt die Phasenverschiebung ziemlich genau 90° somit ist der Anstellwinkel (eigentlich ja Einstellwinkel der Rotorblätter) schon maximal, wenn das Rotorblatt auf der linken Seite ist.

Das einfachste Beispiel ist ein Hubschrauber im Schwebeflug welcher schnell sinken möchte, und danach den Sinkflug wieder abfängt. Es kann so ein leichtes sein den AOA so weit zu erhöhen, dass an den Rotorblättern die Strömung abreißt, und damit der Auftrieb auf ein Minimum fällt.

Das ist zwar theoretisch denkbar, ist mir in der Praxis eher nicht bekannt. In so einer Situation hat man dann wohl eher fehlender Leistung zu tun.

Stallphänomene am Rotor erhält man eher am Rücklaufenden Blatt im Vorwärtflug oder bei geringer Drehzahl z.B. bei einer Autorotation oder irgendeiner Underspeed Situation.

Das ist ein äußerst faszinierendes Thema, nicht falsch verstehen. Aber eben auch eins mit vielen verschiedenen Meinungen (oder Überzeugungen) was schnell zu Reibereien führt.

Ich persönlich bin auch kein Freund der altbekannten Druckdifferenz Bernoulli Theorie, sie ist natürlich nicht falsch aber eben auch nicht die Erklärung.

Die Profilform als Erklärung zu nutzen ist aber genauso falsch. Wie Hammer97 bereits beschrieben hat, erzeugt auch ein Brett entsprechende Kräfte wenn es gegen einen Luftstrom angestellt wird. Ein ausgeklügeltes Profil verbessert Auftriebs- und Widerstandsbeiwerte natürlich erheblich, ist aber keineswegs die Ursache für die Entstehung einer Auftriebskraft. Denn auch ein Profil mit positiver Wölbung erzeugt bei negativen Anstellwinkel Auftrieb (negativen Auftrieb quasi), auch wenn der kritische Anstellwinkel dann sehr schnell erreicht ist.

Und wie ist das ganze bei einem Segelboot? Ein Segel ist komplett platt und hat überhaupt kein Profil im aerodynamischen Sinn, dennoch erzeugt es gewaltige Kräfte wenn es gegen den Wind angestellt wird. Die Theorie der Umlenkung von Luft halte ich für plausibler und einfacher zu begreifen. Ein Rechenbeispiel dafür ist aber meiner Meinung nach schwierig. Ich bin weder Ingenieur noch ein begabter Mathematiker daher halte ich mich da heraus, aber ein wissenschaftliches Phänomen rein mathematisch zu betrachten reicht für mich nicht für eine Erklärung aus. Den Massenstrom an abgelenkter Luft kann man nicht so leicht berechnen.

Die einzige Erklärung kann der Newtonsche´oder aerokinetische Auftrieb aber auch nicht sein. Ein Profil in überzogenem Zustand mit fortgeschrittener Ablösung von der Hinterkante ausgehend, erzeugt auch noch Auftrieb. Auch wenn die Luft nicht mehr gleichmäßig umgelenkt wird.

Diese Seite bietet sehr gute und plausible Erklärungen zum "Auftrieb durch Umlenkung". Alles andere wird allerdings als grundlegend falsch eingestuft.

http://www.flugtheorie.de

Und das m.M. nach einzige sachlich korrekte Video in deutscher Sprache.

:music_whistling:

Grundsätzlich ist der Beitrag recht gut und verdient alle Achtung. Daher habe ich mich bislang auch zurück gehalten.

Aber leider ziehen sich durch fast alle Beiträge hier Ketten von Missverständnissen und Kombinationen aus Vermutungen und Halbwissen.

So hat Auftrieb eigentlich nicht all zu viel mit "nach unten" beschleunigter Luft zu tun. Auch wenn das am Hubschrauber durch den entstehenden downwash logisch erscheint. Ein Hubschrauber ist eben keine RAKETE :smilewink: Entscheidend ist die Fließgeschwindigkeit über die Fläche.

Wo ist der downwash am Flugzeug ?

Um den durch den Heckrotor erzeugten seitlichen Druck auszugleichen (translating tendency) sind Hauptrotormasten je nach Drehrichtung um ca. 1 Grad nach rechts oder links gekippt also nicht lotrecht im Hubschrauber montiert.

In ungewöhnlichen Fluglagen 0G Nose down kann dies zu unbeabsichtigtem Rollen führen und hat in der R22 am ENDE den Piloten durch gegensteuern geköpft. ( Must Bumping ) aber das ist eine andere Geschichte.

Schlag- und Schwenkgelenke sind dafür da um den entstehenden Kräften " ""LEAD und LAG " Zentrifugalkräfte bei Masseverschiebung durch "coning" und "flapping" Raum zu bieten damit diese Kräfte nicht im Übermaß auf z.B. Rotorblätter übertragen werden und sich innerhalb einer Rotorumdrehung selbst neutralisieren.

Insbesondere Schlaggelenke sorgen für einen konstanten auftrieb der Rotorebene im Vorwärtsflug (Sprichwort dissymmetry of lift ).

Die Zusammenhänge sind dabei sehr komplex und können nicht mal schnell so erläutert werden.

Die Ansteuerung des Rotors erfolgt Grundsätzlich 90 Grad im voraus aufgrund der Kreiselpräzision. In eine gegen den Uhrzeiger Sinn drehenden Rotor wie der UH ist der Auftrieb links am höchsten damit die ÚH 90 Grad später nach vorne gekippt wird. Das ist ein unveränderlicher physikalischer Wert und immer und überall gleich.

Aber nochmals.

In seiner Verkürzung und Vereinfachung ist der Beitrag sehr gut :thumbup::thumbup::thumbup:

Um das noch klar zu stellen. nicht der gekippte Mast führt bei 0G zum Rollen sondern der Heckrotorschub:thumbup:

Diese Seite bietet sehr gute und plausible Erklärungen zum "Auftrieb durch Umlenkung". Alles andere wird allerdings als grundlegend falsch eingestuft.

http://www.flugtheorie.de

 

Und das m.M. nach einzige sachlich korrekte Video in deutscher Sprache.

Letztendlich liegt die Wahrheit wohl irgend wo dazwischen.

Denn Fakt ist auch.

Mit einer Tragfläche nach bernulischem Prinzip fliegt ein Hubschrauber eben viel weiter als mit einem Brett am Rotormast. :megalol:

Was zu beweisen währe :thumbup:

Und das m.M. nach einzige sachlich korrekte Video in deutscher Sprache.

Brillantes Video! Vielen Dank für den Link. :thumbup:

Ob das nun stimmt, kann ich nicht beurteilen, aber das ist extrem schlüssig beschrieben, da waren gleich mehrere Augenöffner für mich dabei.

Hammer nine seven hat gut erkannt wo die Schwäche in meinem Rechenbeispiel lag. Besser Gesagt die eklatanten Fehler. Ich hatte das Rechenbeispiel nämlich zuerst auch in dem Sinne falsch vorbereitet. Ich hatte zuerst einfach die komplette Luftmasse der Rotorfläche mal Anstellwinkel gerechnet um die dann zu beschleunigen. Aber wie soll denn der Rotor diese ganze Luftmasse gleichzeitig beschleunigen? Das Rotorblatt kann doch nur auf die Luft wirken die es bestreicht. Ich habe dann die Rechnung auf die Luftvolumina der Rotorblätter heruntergerechnet… habe die Zeit aber bei der viertel Rotorumdrehung belassen.

Richtig wäre gewesen: Ich nehme als beschleunigte Luftvolumina das Luftvolumen welches beaufschlagt wird wenn sich die Rotorspitzen um eine Rotorbreite Vorwärtsbewegen. Diese Luftmenge wird aber nach innen immer weniger, und auch der Weg den die Luft beschleunigt wird, wird immer geringer. Schlussendlich wirken fast nur die äußeren Rotorblätter. Ich habe eine zu große Luftmenge angenommen welche ich zu lange beschleunigt habe. Das Eine vergrößert das Endergebnis… das Andere verkleinert es. Da ich gehofft hatte das Ergebnis macht es trotzdem deutlich (und ich zu einer exakten Ausrechnung nicht in der Lage bin.) hab ich dieses Problem einfach ignoriert.

Ich bin jedenfalls davon überzeugt, dass das Rückstoßprinzip beim Fliegen mit Tragflächen eine vernachlässigbare Größe darstellt. Auch der Auftriebsverlust und der Verlust der Steuerfähigkeit bei einem Strömungsabriss ist sonst nicht zu erklären.

Zu den anderen Beiträgen:

Es ist immer gut wenn Spezialwissen dazu kommt. Das freut mich sehr. Bei verschiedenen Dingen habe ich mich einfach beschränkt um den Aufwand in einem überschaubaren Rahmen zu halten, andere sind mir neu, oder ich bin mir nicht so sicher, dass ich es mit breiter Brust hätte einfach behaupten wollen.

Ich bin über jede Ergänzung oder Korrektur dankbar. Aber wenn ich der Überzeugung bin im Recht zu sein so werde ich meinen Standpunkt vertreten.

Besonderheiten des Hubschrauberfluges

Das ist ja das Schöne hier, es gibt immer wieder Dinge zu entdecken, welche man vorher nicht erkannt hat. Die Videos von Jörn Loviscach sind mir gut bekannt, aber das hier kannte ich noch nicht. Für mich ist das die beste Zusammenfassung der Phänomene, die ich bisher gesehen habe.

Nun ist mir auch klar geworden, was Hind mit dem Rückstoßprinzip angesprochen hat und warum die Rechnung dann nicht aufgeht bzw. die Auftriebskraft dann viel zu klein wird. So örtlichen begrenzt habe ich die Impulstheorie (ungleich „Rückstoßtheorie“) noch nie gesehen und in diesem Fall auch nicht erkannt.

Ich bin über jede Ergänzung oder Korrektur dankbar. Aber wenn ich der Überzeugung bin im Recht zu sein so werde ich meinen Standpunkt vertreten.

Das ist eine sehr löbliche Einstellung und eben genau richtig. Unabhängig vom Ergebnis.

Würde sich niemand eigene Gedanken und Überlegungen machen und diese auch gegen Wiederstände vertreten, es gäbe keinen Fortschritt :thumbup::thumbup:

Möchte aber noch 2 Dinge mit einbringen.

1. Segelflug

Dort werden erstaunliche Gleitwinkel erzielt nur durch Verbesserung der Aerodynamik. An der Luftmenge verändert sich dabei nichts.

2. Autorotation im Hubschrauber.

Autorotation wäre nach der Impulstheorie nicht möglich, da die Luft das Blatt zum stehen bringt :cry:

Nur die Aerodynamik hält den Rotor am laufen. Braucht dazu natürlich auch Luft :music_whistling:

 

 

 

1. Segelflug

 

Dort werden erstaunliche Gleitwinkel erzielt nur durch Verbesserung der Aerodynamik. An der Luftmenge verändert sich dabei nichts.

 

 

 

2. Autorotation im Hubschrauber.

 

Autorotation wäre nach der Impulstheorie nicht möglich, da die Luft das Blatt zum stehen bringt :cry:

 

Nur die Aerodynamik hält den Rotor am laufen. Braucht dazu natürlich auch Luft :music_whistling:

 

 

 

zu 1. Ganz so pauschal würde ich das nicht ausdrücken.

Der Gleitwinkel eines Segelflugzeugs hängt ganz wesentlich mit des Gleitzahl zusammen. Die Gleitzahl kann man als Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand des Gesamten Fluggerätes sehen. Die Definition lässt sich auf Hubschrauber anwenden. Demnach führt die Erhöhung des Auftriebs zu einer höheren Gleitzahl und zu einem flacheren Gleitwinkel. Maßnahmen um den Auftrieb zu erhöhen gibt es einige, aber mir fällt gerade keine ein, die nicht auch den Widerstand erhöht. Man könnte den Anstellwinkel erhöhen oder die Wölbungen des Profils. In beiden Fällen wird eine stärkere Umlenkung der umgebenden Luftmassen über und unter der Tragfläche erzeugt so wie es die Impulstheorie behauptet. Okay, man kann auch noch die Flügelfläche vergrößern oder die Geschwindigkeit erhöhen und auch die Maßnahmen passen mit der Impulstheorie zusammen, da der umgelenkte Massenstrom erhöht wird.

Bleibt noch der Widerstand, den es zu verringern gilt um die Gleitzahl zu erhöhen. Dafür gibt es wirklich unzählige Maßnahmen. Eine der auffälligsten beim Segelflugzeug ist die große Streckung der Tragflächen (Verhältnis der Spannweite zur Flügelfläche). Damit kann der auftriebsabhängige also induzierte Widerstand gering gehalten werden. Diesen kann man ja bildlich mit der Seitenkanten Umströmung erklären. Aber auch hier sehe ich keinen Widerspruch zur Impulstheorie. Letzten Endes kann mit dem Impulsansatz die Luftmasse welche um die Seitenkante nach oben strömt ja auch keinen Auftrieb erzeugen.

Aber Widerstand insbesondere der induzierte ist ein langes Thema und vermutlich noch viel konfliktreicher.

zu 2. Meiner Ansicht nach lässt sich die Impulstheorie ganz hervorragend auf die Autorotation anwenden. Im Windenergiebereich ist es praktisch Standard und ein modernes Windrad ist aus dieser Sicht heraus wie ein Hubschrauber in der Autorotation. Dem Wind (beim Windrad waagerecht, beim Hubschrauber in der Autorotation fast senkrecht) wird Energie entzogen und in Drehmoment und Schub umgesetzt. Das Drehmoment sorgt dafür, das mein Hauptrotor weiterdreht sowie Heckrotor, Hydraulikpumpe usw. antriebt. Der erzeugte Schub sorgt dafür, dass ich nicht mit 9,81 m/s^2 gen Erdboden beschleunige.

Wenn man sich das Rotorblatt in der Autorotation mal etwas genauer ansieht, stellt man fest, dass es genau wie sonst auch mit einem Anstellwinkel angeströmt wird. Die Anströmung sorgt, wie sonst auch, für Auftrieb und Widerstand, welche man wie vorher mit der Umlenkung von Luftmassen (über und unter dem Rotorblatt) erklären darf.

Problematisch wird es erst dann, wenn man behaupten würde, dass das Rotorblatt wie eine Tischtennisschläger allein durch den Aufprall von ein paar Tischtennisbällen von unten gegen die Fläche angetrieben wird. Doch so ist die Impulstheorie auch nicht zu interpretieren und auch das angeblich so schlechte Wikipedia behauptet das nicht.

Anhäger der Rückstoßtheorie können sich ja einmal vor Augen halten wie viel Leistung ein Kampfflugzeug braucht um senkrecht in den Himmel steigen zu können. Und nach dem gleichen Gesetzmäßigkeiten soll ein 50 PS Motorsegler starten können?

Nettes Classix-Video der Bundeswehr zu den Grundlagen des Hubschrauberflugs: