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Helikopter: Rotorblätter - Wissenswertes zu der Funktionsweise

Das Prinzip des Helikopters ist der Menschheit seit Jahrtausenden bekannt. Schon vor 2500 Jahren gab es bei den Chinesen Spielzeuge, die wie die Rotorblätter eines Hubschraubers funktionierten - sicher ein Grund, sich diese Blätter genauer anzusehen.

Geschwindigkeiten des Rotorblatts
Geschwindigkeiten des Rotorblatts

Funktionsweise von Helikoptern

  • Wenn Sie in das Hubschraubermuseum nach Bückburg kommen, sollten Sie sich die Luftschraube, die auf eine Idee von Leonardo da Vinci zurückgeht, ansehen. Schon vor 450 Jahren erkannte er, dass ein Flügel auch dann Auftrieb erzeugt, wenn er sich schnell im Kreis dreht.
  • Ein Flügel oder eine Tragfläche funktioniert nach dem Prinzip, dass die Luft, wenn Sie über der Tragfläche entlangstreicht, einen längeren Weg zurücklegen muss als die Luft, die unter der Fläche durchgeht. Dadurch muss die Luft darüber schneller strömen als darunter, es entsteht ein Sog nach oben.
  • Während ein Flugzeug durch seinen Vortrieb für die Luftströmung sorgt, werden beim Helikopter zwei oder mehrere solcher Profile an einer Drehachse angebracht. Diese Rotorblätter drehen mit großer Geschwindigkeit um die Drehachse, dadurch entsteht der Sog,
  • Da ein Körper, der frei in der Luft steht, keine Rotationskräfte auf einen anderen ausüben kann, ohne selbst in eine Drehbewegung zu gelangen, muss diese Drehbewegung des Hubschraubers gebremst werden. Diese geschieht durch einen senkrecht stehenden Rotor am Heck, eine entsprechende Form des Hecks oder durch weitere Rotorblätter, die gegenläufig drehen.
  • Würden das Rotorblatt beim Hubschrauber genau waagerecht stehen, könnte sich dieser nur aufwärts oder abwärts bewegen und würde in Richtung des Windes bewegt werden. Um gezielt eine Richtung einzuschlagen, müssen die Rotorblätter in die Richtung geneigt werden, in die der Helikopter fliegen soll.

Rotorblätter im Detail betrachtet

  • Eine Tragfläche bewegt sich mit der Fluggeschwindigkeit. Dabei hat diese entlang des gesamten Profils die gleiche Geschwindigkeit. Ein Rotorblatt dreht mit der Geschwindigkeit, die ihm vom Motor gegeben wird. Es hat zwar überall die gleiche Winkelgeschwindigkeit, aber die Bewegung des Profils ist umso schneller, je weiter es von der Drehachse entfernt ist.
  • Ein Rotorblatt ist üblicherweise 5 m lang, das heißt, seine Spitze legt bei einer Umdrehung 31,4 m zurück. Damit diese sich nicht schneller als der Schall bewegt, muss diese Spitze in der Sekunde weniger als 343 m zurücklegen. Aus diesem Grund darf der Rotor nicht schneller als 10,9 Umdrehungen pro Sekunde machen.
  • Da durch die Drehbewegung sich die Rotorblätter auf der einen Seite in Flugrichtung bewegen und auf der anderen in die entgegengesetzte Richtung, bedeutet dies, dass sich die Fluggeschwindigkeit beim Hinweg zur Geschwindigkeit des Blatts addiert und auf dem Rückweg von dieser subtrahiert. Das kann dazu führen, dass es bei hohen Fluggeschwindigkeiten zu einem Strömungsabriss an dem Rotorblatt, das sich zurückbewegt, kommt. Der Helikopter kippt nach der Seite, auf der sich das Blatt gegen die Flugrichtung bewegt (siehe Bild).
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