Autorotation

Die neunte Übung meiner Serie behandelt die Autorotation. Was versteckt sich eigentlich hinter diesem Begriff?: Die gesteuerte Landung eines Helikopters ohne eigenen Antrieb (Motor). Dieses Flugmanöver wurde während des Vietnamkrieges von vielen Piloten durchgeführt um geräuschlos zu landen und Truppen abzusetzen oder aufzunehmen.

Inzwischen ist die Autorotation bei den Modellhelipiloten eine Standardflugfigur. Bei den Großhubschraubern wird die Autorotation eigentlich nur in Notsituationen eingesetzt. Apropos Notsituation: wer der Modellpiloten hat denn schon während des Rundfluges einen Motorabsteller gehabt? Kommt öfter vor als man denkt. Die Piloten, die während dieser Situation einen kühlen Kopf behielten, haben unter Umständen die Autorotation auf diese Weise gelernt. Empfehlenswert ist aber eher der klassische Weg.

Wenn Sie mit der Autorotation beginnen, sollten Sie das normale und seitwärts Schweben wirklich beherrschen. Auch der Vorwärtsflug in allen Richtungen darf Ihnen keine Schwierigkeiten mehr bereiten. Meine ersten Landungen sahen so aus, daß ich den Hubschrauber gegen den Wind an mir vorbeiflog. Auf meiner Höhe angekommen, stoppte ich den Heli und ließ ihn langsam herunterschweben. Nachdem das Ganze ziemlich dämlich aussah, begann ich mit flächenmodellähnlichen Landungen, d.h. flacher, langsamer Landeanflug in einer Höhe von zehn Metern (s. Bild1; Phase 1). Während das Modell auf mich zukommt, reduziere ich den Vorwärtsflug durch Überziehen, auch Flare (engl.) genannt (s. Bild 1; Phase 2). Ist die Vorwärtsgeschwindigkeit gleich Null (Höhe ca. 1 Meter) kann ich gemütlich schwebend landen (s. Bild 1; Phase 3). Während des Überziehens hängt das Heck am tiefsten, also achten Sie während des Anflugs darauf, sonst landet das Heck Ihres Helis vielleicht noch zuerst. Das Ganze schaut schon wesentlich eleganter aus, hat aber mit der Autorotation noch nicht viel zu tun.

Etwas Theorie

Bevor Sie mit den Übungen zur Autorotation beginnen, ist etwas Theorie nötig. Dies vereinfacht das Verständnis warum so und nicht anders.

Während der Autorotation wandeln Sie die in der Höhe gespeicherte Lageenergie (potentielle Energie) in Bewegungsenergie (kinetische Energie) um. Die entsprechenden physikalischen Formeln sind im Kasten dargestellt. Wenn wir uns nun die Energieformel für rotierende Körper anschauen, erkennen wir das die Winkelgeschwindigkeit w und der Radius r mit der zweiten Potenz in die Berechnung eingehen. Daraus können zwei Schlußfolgerungen gezogen werden:

1. Je weiter außen der Schwerpunkt der Rotorblätter ist, um so mehr kinetische Energie kann ich aufbauen.
2. Je höher die Winkelgeschwindigkeit ist, um so mehr kinetische Energie kann ich aufbauen.

Somit können wir erkennen, daß größere Hubschrauber durch den größeren Rotordurchmesser mehr kinetische Energie aufbauen können. Wenn Sich also die Drehzahl des Rotors verdoppelt erhalte ich viermal mehr Energie. Was wir also benötigen ist Drehzahl auf dem Rotor.

Betrachten wir nun unsere Rotorblätter etwas näher. Mit ihrem positiven Anstellwinkel und angetrieben durch den Motor blasen sie Luft nach unten (s. Bild 2). Wird nun der Antrieb ausgeschaltet, fallt die Drehzahl durch den Luftwiderstand zusammen. Da der Heli nun keinen Auftrieb mehr hat, sackt er nach unten, somit fängt die Luft an sich von unten nach oben durch den Rotor zu bewegen (s. Bild 3). Behalten wir den positiven Anstellwinkel bei, fängt der Rotor an sich rückwärts zu drehen!!! Wir wollen aber Drehzahl aufbauen. Ändern wir nun den Anstellwinkel ins Negative beginnt der Rotor sich in der richtigen Richtung zu drehen. Nun ist auch klar; je höher die Fallgeschwindigkeit um so höher die Drehzahl, korrekt die Winkelgeschwindigkeit des Rotors. Die Fallgeschwindigkeit wird sich aber nicht bis ins Unendliche erhöhen und der Heli fallen wie ein Stein. Warum? Denken wir nochmal an die Formeln. Wir wandeln Höhe in kinetische Energie um und diese Energie wird von den Rotorblättern aufgenommen. Somit wird potentielle Energie nur teilweise in Fallgeschwindigkeit umgesetzt. Da der Helikopter nun der Erde schnell näher kommt, müssen wir die Fallgeschwindigkeit kurz vor dem Boden gegen Null bringen. Wie? Wir erhöhen den Anstellwinkel der Blätter wieder ins Positive. Da die Blätter eine Menge kinetische Energie gespeichert haben, wird die Rotordrehzahl nicht rapide zusammenfallen. Die Blätter blasen die Luft wieder nach unten. Beginnen wir zum richtigen Zeitpunkt die Blattanstellwinkel zu erhöhen, werden wir sicher landen. Ist der Anstellwinkel zu hoch, wird der Hubschrauber wieder zu steigen anfangen!!! Nun aber zur Praxis.

Mechanische Einstellungen

Antrieb:

Der Motor muß perfekt laufen. Denn, das was wir bei der Autorotation am wenigsten brauchen können, ist ein Motorausfall. Die Maschine sollte im Leerlauf gut unter dem Punkt laufen, bei dem die Kupplung greift. Der Leerlauf darf nicht zu mager sein, der Motor muß "viertaktern". Wenn Sie Gas rausnehmen, muß er sofort in den Leerlauf gehen und auch umgekehrt das Gas willig annehmen. Sollte das nicht der Fall sein, checken Sie Düsennadel, Zündkerze, Druckanschluß, Spritschlauch etc., solange bis der Motor richtig läuft. Schalten Sie den Autorotationsschalter ein und stellen Sie den Leerlauf auch für die Autorotation ein. Nähere Informationen sind in den entsprechenden Handbüchern der jeweiligen Fernsteuersender zu finden.

Kupplung/Getriebe:

Die Kupplung muß sich frei drehen können und darf nirgends schleifen. Der Freilauf muß selbstverständlich ebenfalls frei sein, anderenfalls wird an diesen Stellen unnötig Energie verbraten. Bei Helikoptern, die einen mitdrehenden Heckrotor haben, muß der Heckrotorstrang möglichst leicht laufen, denn der Heckrotor benötigt ohnehin schon genug Energie.

Rotorblätter:

Wenn wir uns nochmals die Formeln betrachten, können wir sehen, daß sich schwere Blätter günstig auf den Energiehaushalt auswirken. Natürlich ist Masse nicht alles, eine vernünftige Blattwahl macht aber alles etwas leichter. Ein Erfahrungsaustausch mit Piloten, die das gleiche Modell besitzen und die Autorotation beherrschen kann durchaus sinnvoll sein. Die Rotorblätter müssen stramm und nicht zu lose in den Blatthaltern sitzen, Grund dafür ist die Gefahr des Einschlages der Blätter in den Heckausleger. Sitzen die Blätter zu lose in den Haltern, können am Ende einer Autorotation, bedingt durch den hohen Anstellwinkel und des sehr hohen Luftwiderstandes die Rotorblätter nach hinten klappen und in das Heckrohr einschlagen. Aus diesem Grund sollten Sie unmittelbar nach der Landung Pitch zurücknehmen und nicht warten bis der Rotor ausgelaufen ist.

Pitchkurve:

Maximum- und Minimumpitch sind in erster Linie von der Größe, dem Gewicht und dem Blattprofil abhängig. Hier kann ich nur annäherungsweise Werte angeben. Bei einer Autorotation habe ich ganz gute Erfahrungen mit +10 Grad und -6 Grad Anstellwinkel gemacht. Ich fliege einen Futura Youngblood mit S-Schlag-Blättern. Sehr wichtig ist eine Reserve in den Negativbereich. Im allgemeinen fliege ich während der Autorotation nicht mit dem Knüppel am unteren Anschlag, sondern in der Mitte des Negativbereichs, so habe ich Reserve für eine weitere Pitchverringerung.

Drehzahlregler:

Für alle die mit einen Drehzahlregler fliegen, habe ich einen kleinen Tip. In diesem Zusammenhang vielen Dank an Jan Sperling, von dem der Tip kommt. Stellen Sie den Regler auf eine niedrige Drehzahl, in der der Motor noch vernünftig läuft und auch die Flugeigenschaften akzeptabel sind. Geben Sie nun Negativpitch, wird sich durch die Fallgeschwindigkeit die Rotordrehzahl erhöhen (s. Erklärung oben), der Drehzahlregler erkennt dies und nimmt Gas zurück, um die Drehzahl zu reduzieren. Da wir aber Drehzahl aufbauen, wird der Regler das Gasservo bis in den Leerlauf fahren. Somit brauchen wir zum üben keinen Autorotationsschalter, denn der Motor fällt ganz automatisch in den Leerlauf. Erhöhen Sie nun zum Abfangen die Pitchstellung, fällt die Rotordrehzahl ab, der Drehzahlregler fährt das Gasservo hoch und Sie haben wieder die volle Drehzahl zur Verfügung. So entfällt das anfänglich nervige Umschalten mit dem Autorotationsschalter. Dies funktioniert nur mit Drehzahlreglern, die nicht die Motor- (z.B. Futaba Governor) sondern die Rotordrehzahl (z.B. Schulze oder Graupner) messen.

Sender:

Der Autorotationsschalter sollte so angebracht sein, daß Sie den Schalter betätigen können, ohne die Finger vom Steuerknüppel nehmen zu müssen. An meinem Sender, ein Graupner MC24, habe ich den Schalter über dem Nickknüppel montiert, so kann ich ihn mit dem Mittel- oder Ringfinger erreichen. Die Autorotation schalte ich ein, indem ich zu mir schalte. Somit ist die Autorotation mit einer kurzen Bewegung des Fingers wieder ausgeschaltet.
 
 

Flugübungen

Erste Versuche:

Da viele von uns keinen mitdrehenden Heckrotor oder auch einen Drehzahlregler besitzen, gehe ich bei allen nachfolgenden Tips von dieser Situation aus.

Für Ihre ersten Versuche sollten Sie sich einen Tag mit einer leichten Brise heraussuchen. Der Wind erleichtert das Ausrichten de Hecks in Flugrichtung (Windfahneneffekt).

Beginnen wir nun mit den vorher beschriebenen flächenmodellähnlichen Landungen.

Sie fliegen gegen den Wind im Vorwärtsflug auf einer Höhe zwischen 15 und 20 Metern. Circa 10 Meter bevor Sie Ihren Standplatz passieren beginnen Sie mit dem Landeanflug. Der Winkel des Landeanflugs sollte mindestens 45 Grad betragen. Reduzieren Sie den Pitch und steuern etwas Rückwärtsnick, um die Vorwärtsgeschwindigkeit zu reduzieren. Der Heli sollte nun in einen stabilen Sackflug übergehen (siehe Bild 1). Um das letzte bißchen Vorwärtsfahrt herauszunehmen setzen wir den Heli nun "auf Stufe" (engl. flare), wie auch in Bild 1, Phase 2 gezeigt. Dies erreichen wir durch Rückwärtsnick. Achtung, sollten Sie zuviel Nick steuern, fängt der Heli an sich rückwärts zu bewegen!!!!! Das Manöver geht mit Sicherheit schief. Haben Sie bis jetzt alles richtig gemacht, sollte der Hubschrauber in einer Höhe zwischen 5 und zehn Metern vor Ihnen schweben und Sie können ganz gemütlich absetzen oder das Manöver wiederholen.

Sollten Sie sich unsicher fühlen, so beginnen Sie diese Übung einfach in einer größeren Höhe und arbeiten sich langsam herunter. Mit der Zeit fällt Ihnen das immer leichter und auch die Landekurve wird immer steiler werden. Sie sollten den Anflug sowohl von links, wie auch von rechts üben, anfangs natürlich immer gegen den Wind. Erst wenn Sie sich wirklich sicher fühlen, dann können Sie den Autorotationsschalter einsetzen.

Piloten, die mit einen Drehzahlregler fliegen und diesen entsprechend meinem Vorschlag eingestellt haben, tun sich bei den Anflügen etwas leichter. Denn Sie fliegen ja schon ohne Unterstützung des Motors (s. Erklärung weiter oben) und müssen sich noch nicht um den Autorotationsschalter kümmern. Ansonsten sollte natürlich irgendwann auch mit dem Schalter begonnen werden.

Wenn Sie anfangen mit dem AR-Schalter zu arbeiten, sollten Sie ihn erst einschalten, nachdem Sie Negativpitch gegeben haben. Damit erhalten Sie die Motordrehzahl. Zu Beginn sollte die Zeitspanne mit eingeschaltetem AR-Schalter nur kurz sein, um auch genügend Sicherheitsreserven zu haben. Ansonsten gehen Sie genauso vor, wie weiter oben beschrieben: langsam herunter arbeiten. Hier gilt, wie auch bei allem andern: ÜBEN, ÜBEN, ÜBEN.

Um beim Umgang mit dem Pitch sicherer zu werden, hatte ich mir eine weitere Übung einfallen lassen. In einer Höhe von ca. einem Meter schalte ich den AR-Schalter ein, und sofort mit Pitch stützen und langsam absetzen. Ist gar nicht so schwer. Passen die normale und die AR-Pitchkurve zusammen, wird der Hubi auch keinen Satz machen. Achten Sie auch auf die geänderte Pitchstellung beim Heckrotor.

Diese Lektion beschreibt meine persönliche Methode die Autorotation zu erlernen. Sicher gibt es auch andere Möglichkeiten, die Autorotation zu erlernen. Für Anregungen aus den Leserreihen bin ich immer dankbar.