Sie sind hier
E-Book

Flugmechanik der Hubschrauber

Technologie, das flugdynamische System Hubschrauber, Flugstabilitäten, Steuerbarkeit

AutorWalter Bittner
VerlagSpringer-Verlag
Erscheinungsjahr2006
Seitenanzahl238 Seiten
ISBN9783540275411
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis76,99 EUR
Als integrierter Bestandteil des Transport- und Luftfahrtsystems ist der Hubschrauber heute weder in zivilen noch in militärischen Bereichen zu entbehren. Seinen flugtechnischen Eigenschaften liegt die Flugmechanik zu Grunde, die in diesem praxisorientierten Buch umfassend beschrieben wird. Der Autor bringt seine jahrzehntelangen Erfahrungen aus der Entwicklung und Herstellung von Hubschraubern ein und stellt den mit Forschung, Herstellung und Betrieb von Hubschraubern befassten Ingenieuren sowie allen mit der Beschaffung und Nutzung Beschäftigten die notwendigen Kenntnisse zur Verfügung. Da die Kosten eines Hubschraubers und seine Flugeigenschaften schon zu einem sehr frühen Zeitpunkt der Entwicklung festgelegt werden, ist eine rechtzeitige Einbringung der zu erfüllenden Forderungen und einzuhaltenden Vorschriften äußerst wichtig. Auch dazu bietet dieses Buch das benötigte Hintergrundwissen an. Die zweite Auflage wurde fachlich aktualisiert und nochmals verbessert.

Priv.-Doz. Dipl.-Ing. Walter Bittner

hat Luft- und Raumfahrt an der TU Berlin studiert, ehe er in den Unternehmensbereich Hubschrauber von MBB eintrat. Er war viele Jahrzehnte an hervorragender Stelle mit der Konzeption von Hubschraubern beschäftigt. Seit 1989 hält er die Vorlesung 'Flugmechanik der Hubschrauber' an der TU München und ist Lehrbeauftragter an der Universität der Bundeswehr München.

Kaufen Sie hier:

Horizontale Tabs

Leseprobe

11 Flugtechnische Stabilitäten (S. 174-175)

Aus dem zunächst unbeeinflussten Zusammenspiel aller Kräfte und Momente an den verschiedenen Bauteilen des Hubschraubers ergibt sich, wie in Kap. 10.2 dargestellt, dessen systemtypische Dynamik und damit auch dessen flugtechnischen Stabilitätseigenschaften. Diese stehen in Wechselwirkung mit den Steuereigenschaften, die in den Kapiteln 12 und 13 behandelt werden. Durch geeignete Auslegung, sowohl des Systems Hubschrauber in seiner Konfiguration als auch des Steuerungssystems, möglichst stabilen Flug zu erreichen ist ein wesentliches Ziel bei der Optimierung der Flugeigenschaften. Mangelhafte Stabilitäten können zum Verlust der Steuerbarkeit führen. Bewegungen, hervorgerufen durch zu starke Instabilitäten, desorientieren den Piloten, entstehende Luftkräfte können die Struktur der Maschine überfordern. Stabilität entlastet also den Piloten, erhöht die Sicherheit der Einsätze, besonders im Blindflug und bei bodennahen Manövern.

11.1 Die statische Längsstabilität

Ein Hubschrauber wird als statisch längsstabil bezeichnet (eigentlich müsste es geschwindigkeitsstabil heißen), wenn er einer Störung seines stationären (ausgetrimmten) Fluges unmittelbar tendenziell entgegenwirkt, gleichgültig welche Reaktionen sonst noch auftreten. Für den Piloten bedeutet statische Längsstabilität gefühlsmäßig richtiges Sticknach- vorn-drücken, um höhere Vorwärtsgeschwindigkeiten einzusteuern. Jeder Knüppelstellung ist dann eine Fluggeschwindigkeit eindeutig zugeordnet, in positivem und stetigem Abhängigkeitsverhältnis. Bei einer positiven Fluggeschwindigkeitsstörung im Vorwärtsflug (also etwa einer Bö von vorn) muss demnach der Hubschrauber selbständig die Nase heben, um die vermeintlich zu hohe Geschwindigkeit abzubauen. Das Nickmoment der Gesamtmaschine muss also positiv sein.

Das bereits bekannte Derivativum Mu, erzeugt durch die Schlagbewegung der Rotorblätter und immer stärker angeregt durch die Geschwindigkeitssteigerung, ist hier das relevante, es hat diese verlangte Tendenz. Das Kriterium, das den Schwebeflug instabil macht, erzeugt im Vorwärtsflug die für die Zulassung wichtige statische Stabilität. Destabilisierend wirken vor allem der Rumpf und der angesteuerte Rotor. Durch andere Hubschrauberbauteile, vor allem mit dem Höhenleitwerk, kann der Gradient des Nickmomentes eingestellt werden. Ein verstärkt negativ angestelltes Höhenleitwerk wirkt zusätzlich stabilisierend.

Die Destabilisierung durch den angesteuerten Rotor entsteht durch das für die Steuerung benötigte Moment aus dem Schubvektor mal dem Abstand von dessen Wirklinie zum HS-Schwerpunkt. Im Schwebeflug gibt es zunächst kein Gegenmoment, weshalb alle Hubschrauber in diesem Flugzustand instabil sind. Der Gradient des Nickmomentes pro Steuerausschlag darf nicht zu flach werden, sonst reicht der Steuerweg des Stick möglicherweise nicht aus. Ein zu steiler Gradient erzeugt unangenehm abrupte Steuerwirkungen. Statisch instabile Hubschrauber sind fliegbar, erfordern aber dauernden Eingriff des Piloten zur Einhaltung der gewünschten Geschwindigkeit und beanspruchen damit höchste Aufmerksamkeit. Zur Geschwindigkeitsaufnahme muss bei solchen Hubschraubern der Stick zunächst nach vorn gedrückt und nach Erreichen der gewünschten Geschwindigkeit wieder in die Nähe der Trimmstellung gezogen werden. Für die Zulassung entsprechend IFR muss zusätzlich zum Weg- auch der Kraftgradient am Stick stetig und positiv sein.

11.2 Die Anstellwinkelstabilität

Die Anstellwinkelstabilität zeigt sich als Manöverstabilität, also vor allem im Kurvenflug. Ist dabei „Ziehen" am Stick erforderlich, spricht man von positiver Manöver- oder Anstellwinkelstabilität. Der Pilot agiert zur erfahrenen Flugsituation „richtig". Manöverstabilität ist also wichtig für den Lastvielfachenflug, der zyklisch einzusteuern ist, unter Beibehaltung der Geschwindigkeit und ohne Änderung der kollektiven Ansteuerung. Die Lastvielfachen entstehen durch Anstellwinkelerhöhung an den Blattelementen, erzeugt durch leichten Sinkflug. Die zur erforderlichen Schubsteigerung und zum Geschwindigkeitserhalt benötigte Mehrleistung wird der Potentialenergie der Gesamtmaschine entnommen. Der angesteuerte Hauptrotor wirkt auch hier destabilisierend. Im gleichen Sinn wirkt der Rumpf. Die zyklische Ansteuerung verstärkt die Schlagreaktion der Blätter und damit das gegensteuernde Mu.

Inhaltsverzeichnis
Vorwort zur zweiten Auflage8
Vorwort zur ersten Auflage8
Inhaltsverzeichnis14
Verwendete Formelzeichen20
1 Evolution des Hubschraubers24
1.1 Die Natur hat Drehflügler, aber keine Hubschrauber hervorgebracht24
1.1.1 Entwicklung des Hubschraubers24
1.1.2 Periode der Tragschrauber (1919–1935)31
1.2 Entstehen der ersten brauchbaren Hubschrauber33
1.2.1 Bréguet/Dorand35
1.2.2 Professor Focke35
1.2.3 Igor Sikorsky37
1.3 Phase der Reife und Spezialisierung38
2 Hubschraubermissionen und Markt42
3 Wesentliche Bauelemente der Hubschrauber54
3.1 Übersichten54
3.2 Beschreibung und Wirkungsweise des Hauptrotors57
4 Grundzüge der Leistungsrechnung70
4.1 Strahltheorie (Bernoulli)70
4.1.1 Der stationäre Schwebeflug72
4.1.2 Reale Rotoren im Schwebeflug73
4.1.3 Senkrechter Steigflug (idealer Rotor)74
4.1.4 Senkrechter Sinkflug (idealer Rotor)76
4.2 Die Blattelementenmethode79
4.2.1 Ideale Verwindung81
4.2.2 Mittlere aerodynamische Beiwerte und Einstellwinkel85
4.2.3 Reale und sonstige Effekte86
5 Die Schlagbewegung der Rotorblätter94
5.1 Trägheitsmoment des Rotorblattes94
5.2 Herleitung der Schlaggleichung95
5.2.1 Rotoren mit zentralem Schlaggelenk95
5.2.2 Ein Blick in die Schwingungslehre96
5.2.3 Rotoren mit Schlaggelenksabstand98
5.3 Die Schlagbewegung unter Einbeziehung der Luftkräfte99
5.4 Der gelenklose Rotor101
5.5 Quantifizierung der Schlagbewegung103
5.5.1 Die Rotoransteuerung104
5.5.2 Der Konuswinkel104
5.5.3 Die Schlagkoeffizienten106
6 Die Schwenkbewegung der Rotorblätter108
6.1 Schwenken zunächst ohne Coriolis- und Luftkräfte108
6.2 Die Schwenkbewegung unter Berücksichtigung der Luft- und der Corioliskräfte110
7 Die höherfrequenten Rotorblattschwingungen112
7.1 Blattverformungen, das Resonanzdiagramm112
7.2 Formänderungen des Rotorsystems, Luft- und/oder Bodenresonanz115
7.3 Unterdrückung von Schwingungen und Vibrationen117
8 Leistungsbedarf, Flugleistungen119
8.1 Einsatzenvelope von Hubschraubern119
8.2 Wichtige Leistungsparameter und -begriffe119
8.3 Standardbedingungen, Druckhöhe/Dichtehöhe120
8.4 Die Leistungspolare121
8.4.1 Schwebeflug121
8.4.2 Vorwärtsflug121
8.4.3 Gesamtleistungsbedarf126
8.5 Flugleistungen129
8.5.1 Triebwerksleistungen129
8.5.2 Leistungsbilanzen131
8.6 Höhen-/Geschwindigkeitsdiagramm, Avoid Zones138
8.7 Autorotation (AR)140
9 Auslegung des Hauptrotors144
9.1 Rotordurchmesser145
9.2 Blattspitzenumlaufgeschwindigkeit146
9.3 Blattgeometrie147
9.3.1 Blattflächen und -tiefen151
9.3.2 Manövrierbarkeit152
9.3.3 Blattzahl152
9.3.4 Trapezform, Zuspitzung153
9.3.5 Verwindung155
9.4 Profilierung157
9.4.1 Grenzen des maximalen Auftriebsbeiwertes, stationär158
9.4.2 Maximale Auftriebsbeiwerte im Bereich hoher Machzahlen159
9.4.3 Instationäre Auftriebsbeiwerte160
9.4.4 Der Widerstandsbeiwert, stationär und dynamisch161
9.4.5 Der Momentenbeiwert stationär und dynamisch161
9.4.6 Feinabstimmungen der Profilierung164
9.5 Weitere Auslegungsparameter166
9.5.1 Drehrichtung, Trägheitsmomente, Blattspitzen166
9.5.2 Zusammenstellung aktueller Rotoren167
10 Der Hubschrauber als Gesamtsystem170
10.1 Die Bewegungsgleichungen171
10.1.1 Der allgemeine instationäre Flug171
10.1.2 Eingrenzung der Freiheitsgrade173
10.1.3 Der stationäre Flug174
10.2 Flugdynamik175
10.2.1 Linearisierter Ansatz für die Luftkräfte176
10.2.2 Die Bewegungsgleichungen für kleine Störungen177
10.2.3 Flugdynamische Eigenschaften179
10.2.4 Inverse Bestimmung der Derivativa, Übertragungsfunktionen193
11 Flugtechnische Stabilitäten197
11.1 Die statische Längsstabilität197
11.2 Die Anstellwinkelstabilität198
11.3 Richtungsstabilität, Spiralbewegung198
11.4 Das laterale Gleichgewicht199
11.5 Dynamische Stabilität200
11.6 Mindestforderungen bezüglich der Stabilitäten201
11.7 Künstliche Stabilität, Flugregelung201
11.8 Kopplungen204
12 Steuerbarkeit210
12.1 Steuerbarkeitsforderungen an Zivilhubschrauber211
12.2 Zeitkonstante, Steuerempfindlichkeit, -wirksamkeit211
12.3 Rating Scales214
12.4 Normpilotenmodell215
12.5 Das Steuerbarkeitsdiagramm216
12.5.1 Langsame Steuereingaben216
12.5.2 Ursprüngliche Forderungen216
12.5.3 Neufassung der Steuerbarkeitsforderungen218
12.6 Höherfrequente Ansteuerungen/Reaktionen221
12.6.1 Dynamische Stabilitätskriterien mittelschneller Reaktionsbewegungen221
12.6.2 Sekundärreaktionen224
12.6.3 Hochfrequente rückkoppelnde Steuerbewegungen kleiner Amplituden225
12.7 Flugerprobung unter Berücksichtigung der neuen Kriterien236
13 Spiegelung des Aeronautical Design Standard 33 an Projekten237
13.1 Nachweisbedingungen238
13.1.1 Zuordnung der Leistungskategorien zu den MTE238
13.1.2 Sichtverhältnisse, G/DVE240
13.1.3 Hilfen zur Wahrnehmung der Umgebung, UCE240
13.1.4 Einsatzenvelope (Operational Flight Envelope, OFE)241
13.1.5 Geteilte Aufmerksamkeit (Divided Attention Operation, DAO)242
13.1.6 Ausfälle242
13.2 Die neue Systematik in der Praxis243
13.2.1 Definitionen und Generelles244
13.2.2 Quantitative Kriterien245
13.2.3 Hochfrequente Steuerbarkeit der UH-60A Black Hawk247
13.3 Flugversuchsmanöver248
13.3.1 Flugversuchsmanöver für Transporthubschrauber248
13.3.2 Definition der Versuchsbedingungen und -manöver249
13.3.3 Auswertung der Messkampagnen252
14 Ausblick254
Literatur256
Bildnachweis257
Stichwortverzeichnis258

Weitere E-Books zum Thema: Bautechnik - Ingenieurbau

Praxishandbuch Operational Due Diligence

E-Book Praxishandbuch Operational Due Diligence
Bewertung der operativen Leistungsfähigkeit produzierender Unternehmen Format: PDF

Im Rahmen von Unternehmensakquisitionen im industriellen Sektor steht die Begutachtung der operativen Leistungsfähigkeit des Unternehmens im Fokus der Due Diligence. Diese hat zum Ziel, dem…

Die private Bau- und Immobilienfinanzierung

E-Book Die private Bau- und Immobilienfinanzierung
Eine Einführung für Planer und Anbieter von Bauleistungen Format: PDF

Bei allen Fragen rund um die private Bau- und Immobilienfinanzierung unterstützt dieses Werk den Planer als Berater des Bauherren. Dabei werden Begrifflichkeiten der Baufinanzierung erläutert,…

Führungswissen für Bau- und Immobilienfachleute 1

E-Book Führungswissen für Bau- und Immobilienfachleute 1
Grundlagen, Betriebswirtschaft, Unternehmensrechnung, Baubetriebsrechnung, Nachträge und Claims, Wirtschaftlichkeit, Unternehmensfinanzierung Format: PDF

Das Buch beinhaltet das betriebliche Basiswissen für eine fundierte Unternehmensführung. Das Grundwissen wird ergänzt um Ausführungen zur Wirtschaftspolitik und zum europäischen System der…

Immobilien-Benchmarking

E-Book Immobilien-Benchmarking
Ziele, Nutzen, Methoden und Praxis Format: PDF

Praxisbezug mit aktuellen Beispielen: Immobilien-Benchmarking ist für das Immobilienmanagement und dessen integrale Betrachtung innerhalb des Immobilienlebenszyklus von entscheidender Bedeutung.…

Weitere Zeitschriften

Berufsstart Bewerbung

Berufsstart Bewerbung

»Berufsstart Bewerbung« erscheint jährlich zum Wintersemester im November mit einer Auflage von 50.000 Exemplaren und ermöglicht Unternehmen sich bei Studenten und Absolventen mit einer ...

BIELEFELD GEHT AUS

BIELEFELD GEHT AUS

Freizeit- und Gastronomieführer mit umfangreichem Serviceteil, mehr als 700 Tipps und Adressen für Tag- und Nachtschwärmer Bielefeld genießen Westfälisch und weltoffen – das zeichnet nicht ...

küche + raum

küche + raum

Internationale Fachzeitschrift für Küchenforschung und Küchenplanung. Mit Fachinformationen für Küchenfachhändler, -spezialisten und -planer in Küchenstudios, Möbelfachgeschäften und den ...

DHS

DHS

Die Flugzeuge der NVA Neben unser F-40 Reihe, soll mit der DHS die Geschichte der "anderen" deutschen Luftwaffe, den Luftstreitkräften der Nationalen Volksarmee (NVA-LSK) der ehemaligen DDR ...

DSD Der Sicherheitsdienst

DSD Der Sicherheitsdienst

Der "DSD – Der Sicherheitsdienst" ist das Magazin der Sicherheitswirtschaft. Es erscheint viermal jährlich und mit einer Auflage von 11.000 Exemplaren. Der DSD informiert über aktuelle Themen ...

DULV info

DULV info

UL-Technik, UL-Flugbetrieb, Luftrecht, Reiseberichte, Verbandsinte. Der Deutsche Ultraleichtflugverband e. V. - oder kurz DULV - wurde 1982 von ein paar Enthusiasten gegründet. Wegen der hohen ...

ea evangelische aspekte

ea evangelische aspekte

evangelische Beiträge zum Leben in Kirche und Gesellschaft Die Evangelische Akademikerschaft in Deutschland ist Herausgeberin der Zeitschrift evangelische aspekte Sie erscheint viermal im Jahr. In ...