Grundlegendes zur Autorotation

[frankyk]

<Mod>Dieses Thema war ursprünglich eine kleine Nachricht über einen "Hubschrauberabsturz" oder eine misslungene Autorotation. Weil sich daraus eine recht interessante Grundlagendiskussion über die AR entwickelt hat, haben wir es hierher in den Hubschrauberbereich verschoben.</Mod>

Hy!
Gestern gegen 13:40 Uhr LT kam es zu einem Hubschrauberabsturz in EDKA:

http://www.aachener-zeitung.de/sixcms/detail.php?template=az_detail&id=379055&_wo=News:Topnews&_g=Hubschrauber-bei-Merzbrueck-notgelandet



Gruß
Frank

 

[Whisky Foxtrott]

Autorotieren müsste wohl mehr geübt werden.

 

[florian]

:?! Wieso?? Wenn bei dem Heli kurz nach dem Start in vielleicht 15m Höhe die Leistung abfällt dann hilft Ihm Autorotation auch nicht mehr um unbeschädigt runterzukommen.

Viele Grüße,
Florian

 

[grinch]

Sieht doch gut aus der Flieger nach einem überraschenden TW Ausfall. Ich weiss nicht woher immer diese Laienmeinung kommt, die Autorotation wäre so easy und sicher, dass jede verbogene Schraube einem angeblichen Unvermögen des Piloten angelastet werden muss.

 

[happyhuey]

Any landing you can walk away from ...

Ist hier im Forum mit Sicherheit schon gepostet worden. Aber ich mag den Spruch und er passt hierher, wie die Faust auf's Auge:

"Any landing you can walk away from is a good one and any landing you can use the aircraft again was a perfect landing."

In diesem Sinne, keine perfekte Landung, aber durchaus eine gute ;)!

So ähnlich, wie in der Geschichte hier, unglaublich :

http://www.andrewnicol.net/2007/09/any-landing-you.html
andrewnicol.net - blog: Any landing you can walk away from is a good one...

 

[Thone]

:?! Wieso?? Wenn bei dem Heli kurz nach dem Start in vielleicht 15m Höhe die Leistung abfällt dann hilft Ihm Autorotation auch nicht mehr um unbeschädigt runterzukommen.

Viele Grüße,
Florian

Also ohne jetzt eine langwierige Diskussion vom Zaun brechen zu wollen:
Natürlich kann man auch bei einem Triebwerksausfall in 45 Fuss noch landen, ohne den Hubschrauber zu beschädigen.

Gerade deshalb legt man ja seine Transition so, dass man die Dead-Mans-Curve möglichst vermeidet.

http://en.wikipedia.org/wiki/Height-velocity_diagram

Nichts desto trotz ist das eine Extremsituation, in der es viel Fingerspitzengefühl und Glück braucht, um unverletzt abends in der Bar davon zu erzählen.

Gruss,

Thomas

 

[Luftpirat]

Ich habe Autorotation - wie vermutlich die meisten Laien - immer mit einer rein vertikalen Abwärtsbewegung (90 Grad) in Verbindung gebracht.

Nach dem Blick auf die Tote-Mann-Kurve sehe ich, dass für eine sichere Landung eine Kombination aus Höhe und Vorwärtsgeschwindigkeit nötig ist. Wenn ich die Kurve richtig interpretiere, ist die Schwebeflughöhe ab 800 ft deshalb sicher, weil sie ein räumliches und zeitliches Polster verschafft, um für eine plötzlich notwendige Autorotation Fahrt aufzunehmen.

Daraus schließe ich auf zwei ständige Gefahren im Hubschrauberbetrieb:

1) Bei einem Antriebsausfall in 45 ft Höhe (oder tiefer) steckt man vor Erreichen einer Vorwärtsgeschwindigkeit von 50 Knoten unweigerlich im 'toten Dreieck'. Aus fünfzehn Metern Höhe fällt der Hubschrauber schneller zur Erde, als man den Kollektivhebel zur Abfederung einsetzen könnte, jedenfalls, wenn sich der Ausfall nicht zuvor ankündigt. Hier hilft wohl nur noch Glück, also ein weicher Boden und der richtige Aufprallwinkel.

2) Die kritischsten und gefährlichsten Momente beim Einsatz 'Arbeitshubschraubern' (wie z. B. das Absetzen von Außenlasten oder der Windeneinsatz oder das Anfliegen von engen Landeplätzen bei böigem Wind) liegen ebenfalls im 'toten Dreieck' unterhalb 150 ft und 10 Knoten.

Damit komme ich zu dem Schluss, dass Autorotation im Grunde nur den Reiseflug sicherer macht. Was sagen die Fachleute dazu?

 

[Thone]

Moin.

Als erstes darfst Du diese eine Kurve nicht auf die Allgemeinheit anwenden.
Für jedes Hubschraubermuster wird diese Kurve individuell berechnet und erflogen.

Was bei langsamen Geschwindigkeiten natürlich stimmt, ist das ich entweder eine Höhe haben muss, um während der Autorotation die nötige Vorwärtsfahrt aufzunehmen (die wird generell nicht weit von 60-80 KIAS abweichen, oft liegt sie bei 70 KIAS), oder aber ich bin noch so niedrig, dass ich ohne Schäden wieder landen kann.
Dies setzt natürlich einen entsprechenden Untergrund voraus.

Daher wird der "normale" Abflug eines Huschraubers immer so aussehen, dass in der Hoverhöhe erstmal Fahrt aufgenommen wird, bevor dann der "Translational Lift" (Übergangsauftrieb) einsetzt und die Leistung gemäß der Vorgaben erhöht wird (Sea King: Hoverpower +15%). Dann bin ich unter der oberen Hälfte der Dead Mans Curve durch und kann mit der Steiggeschwindigkeit steigen.

Was Du ganz richtig erkannt hast:
Hovern über der normalen Höhe (aus der eine Landung im Fall eines (single-)engine failures möglich ist), langsame und steile Anflüge oder auch senkrechte Abflüge stellen ein enormes Gefahrenpotential dar.
Daher wird man auch immer versuchen, diese Situationen zu vermeiden.

Nimmt man dazu noch Dinge wie den Vortex Ring (Umkehr des Luftstroms am Hauptrotor bei geringer Vorwärtsfahrt mit hoher Sinkrate und relativ hoher Leistung), ist Hubschrauberfliegen in Bodennähe immer gefährlich.
Allerdings liegen viele Anwendungsgebiete des Helikopters eben in genau diesen Bereichen.

Übrigens gibt es auch beim twin-engine-Betrieb diese Kurven.
Auch die zweite Turbine bietet also keine totale Sicherheit, da eine im alleinigen Betrieb in der Regel keinen Hubschrauber im Hover halten kann.
Ausnahmen: Sehr geringes All-Up-Weight oder viel Wind.


P.S.: Vortex Ring: http://cybercom.net/~copters/aero/settling.html
Kurz: Ziehe ich Leistung, um den Sinkflug zu stoppen, ziehe ich mich nach unten statt nach oben... ->Sub-Optimaler Flugzustand, der nur mit großem Höhenverlust zu recovern ist.

Translational Lift::
http://en.wikipedia.org/wiki/Translational_lift

Wie fliegt ein Hubschrauber:
http://www.helicopterpage.com


Autorotation:
Eine AR mit null Vorwärtsfahrt (indicated) ist möglich, lässt sich aber mit der Energie, die ich im Hauptrotorkopf speichern kann, nicht mehr abfangen.
Die Sinkrate ist ganz erheblich höher (2-4mal so hoch wie normal).
Daher muss positive Fahrt vorhanden sein, die ich dann mit einem "Flare" (Nase hoch) in Höhe umsetzen kann, um die Sinkrate zu brechen.


Gruss,

Thomas

 

[Whisky Foxtrott]

Laienmeinung über Autorotation

Hallo zusammen,

ich habe vor einigen Jahrzehnten Autorotauoionsübungen mit durchgeführt, bis jeder Griff 100 % im Schlaf beherrscht wurde. Sowohl aus 50 Fuß Höhe, mit Seiten- und mit Rückenwind. Immer wieder, bis die AR alltäglich wurde.

Damit eine Autorotation tatsächlich gut gelingen kann, gehört bereits vorher beim Flug und Startverhalten ein bestimmtes und festgelegtes Regelwerk hinzu.

Und da in der zivilen Luftfahrt, wenn man den Schein in der Tasche hat, die Autorotation meist nur noch sporadisch geübt wird, klappt es dann im Ernstfall auch öfters nicht besonders gut, vor allem dann, wenn die Startphase so ausgeführt wurde, dass für eine Autorotation zuwenig Luft unter dem Bauch ist und die Speed zu dieser Höhe nicht stimmt.

Soviel von mir mit Laienmeinung,
Werner

 

[grinch]

Schön, dass mal wieder hier einige Grundlagen angesprochen wurden.

Noch mal ansprechen möchte ich die Tatsache, dass manche Hubschrauber ein sehr schlechtes Autorotationsverhalten haben, während andere wesentlich besser abschneiden. Zu den schlechtesten gehören die kleinen Robinson 22 während die Bell 47 mit Metallblättern so ziemlich positiv unerreicht ist.

Auch wichtig ist der Untergrund und das Fahrgestell. Was nützt die beste AR wenn anschließend ein Streichholz-Kufenlandegestell sofort kollabiert oder ein Radfahrwerk im weichen Untergrund versinkt und zum Überschlag führt?

Der Untergund ist nämlich eine der entscheidenden Faktoren ob der Pilot unverletzt aussteigt. Und wer sich andere Bilder von betreffenden Ereignis ansieht, erkennt, dass es sich um einen weichen Acker handelte. Weicher Acker bedeutet fast immer Überschlag, also hier wurde ein Superjob gelandet!

Warum sich Hubschrauber fast immer überschlagen wurde im FF mehrfach abgehandelt. Ich sage nur "hoher Schwerpunkt- schlechtes Landegestell".

Richtig ist, dass heute wesentlich weniger übungsautorotiert wird als früher. Früher gab es aber auch wesentlich mehr Triebwerksausfälle, während heute wesentlich mehr Hubschrauber bei Schulungen geschrottet werden als im Einsatz. Außerdem boten sich früher bestimmte ältere Muster für die AR geradezu an, während die heute die Schulung bestimmende R-22 nur ungern autorotiert, und wenn dann immer mit Power Recovery zum Boden gebracht wird. Mehr ist ihrem Landegestell (was an jedem Maulwurfshügel wegbrechen würde) und ihrem Niedrig-Energie-Rotor einfach nicht zuzumuten. Kein Wunder, dass den Fluglehrern die Muffe geht

 

[Luftpirat]

Das sind ein paar interessante Links, Thomas, auch wenn die Startseite der helicopterpage etwas verwirrt, weil sie neben dem Thema ist. 'Translational lift' ist dann wohl der gleiche Auftrieb, der auch einen Tragschrauber "auftreibt".

Es hat in Merzbrück wohl einen Hiller 12E erwischt. Ich frage mich, was er da für ein Kabel in den Rotorblättern hängen hat... :?! im Übrigen scheint er bis auf die Kufen noch unversehrt zu sein. Hier habe ich noch ein Foto der Szenerie gefunden.

Was den Robinson R22 betrifft, so muss einem ja Angst und Bange werden: Unser Sektionsmoderator berichtet da von einer überempfindlichen Steuerung (Cyclic) bei seinem Schnupperflug, und wenn ich das bei Wikipedia so lese, wie aus Kostengründen an Motorleistung, Festigkeit und Sicherheit gespart wird, wundert mich der Mut dieser Heerscharen an neuen Hubschrauberpiloten schon, die auf dem R22 ihre Schwingen erworben haben.

 

[Thone]

Was den Robinson R22 betrifft, so muss einem ja Angst und Bange werden: Unser Sektionsmoderator berichtet da von einer überempfindlichen Steuerung (Cyclic) bei seinem Schnupperflug, und wenn ich das bei Wikipedia so lese, wie aus Kostengründen an Motorleistung, Festigkeit und Sicherheit gespart wird, wundert mich der Mut dieser Heerscharen an neuen Hubschrauberpiloten schon, die auf dem R22 ihre Schwingen erworben haben.

Moin.

Ich bin den R22 nie geflogen, aber hier scheint doch der Kostenfaktor ganz oben zu stehen, sowohl bei der Entwicklung als auch bei den Betreibern.
Hubschrauberfliegen ist ein extrem teures Hobby, und für normal verdienende Mitbürger sind kleine Hubschrauber wie die R22 eben die einzige Möglichkeit, den Hubschrauberschein zu machen und zu erhalten.

Gruss,

Thomas

 

[grinch]

Ich frage mich, was er da für ein Kabel in den Rotorblättern hängen hat... im Übrigen scheint er bis auf die Kufen noch unversehrt zu sein. Hier habe ich noch ein Foto der Szenerie gefunden.

Ich denke das ist kein Kabel, sondern ein Teil der Rotorblattkonstruktion. Die Blätter sind an der Nase mit einem schmalen Dünnblechstrang verkleidet. Die Blätter hatten definitiv Boden-, Hindernis-, oder Heckträgerberührung und sind dabei aufgetrieselt.

Der Kostenfaktor spielt doch überall eine Rolle. Warum sollte das im Hubschraubergeschäft anders sein? Wie viele UL verkaufen sich denn gut ausschließlich aufgrund des Kostenvorteils gegenüber einem VLA?

 

[halle1]

und so schlecht ist der R22/R44 auch nicht. Ich denke hier wurde wert auf das wesentliche gelegt. Übrigens wurde die motorleistung nicht aus kostengründen sondern wegen der haltbarkeit des motors reduziert. hier mal ein link zur ar mit R22: http://youtube.com/watch?v=Je1gI4-OLx8&feature=related

 

[grinch]

Eines der Probleme mit Niedrig-Energierotoren wie bei R 22 ist der enorme und besonders rasante Drehzahlabfall bei plötzlichen Ausfall der Antriebsleistung, da die kinetische Energie des Rotorsystems sehr gering ist. Je nach Flugzustand (Anstellwinkel der Rotorblätter) fällt die Rotordrehzahl innerhalb kürzester Zeit auf einen Wert der eine AR und die Steuerung des HS überhaupt sehr schwer macht.

Das Youtube Video zeigt dem Eingeweihten, dass man dieses reale Problem für die Übung (wie oft üblich) umgangen hat. Der Pilot senkt den Pitch ab ohne die Triebwerksleistung real zu verringern. Das Drehgas wird nicht zurückgedreht, sondern nur der Einstellwinkel der Blätter verringert. Das entspricht natürlich nicht einem Triebwerksausfall. Im Video oder bei dieser Art der Durchführung kann die Rotordrehzahl nicht abfallen, da immer Antriebsleistung zur Verfügung steht so lange bis der Rotor sich im aerodynamischen Zustand der Autorotation befindet. Dann trennt der Freilauf den Antrieb vom Rotor, die Triebwerksdrehzahl kann verringert werden. Eine stabile AR ist ohne Risiko - aber nicht realitätsgerecht für einen realen Trwiebwerksaufall eingeleitet wurden.

Wie sieht die Praxis aus? Die Antriebsleistung bleibt plötzlich weg. Der Rotor der sich in einem normalen Flugzustand mit einem Einstellwinkel vielleicht zwischen +7 und + 12° befindet und damit entsprechende Widerstandskäfte am Blatt erzeugt, die jetzt nicht mehr durch das Triebwerk kompensiert werden, wird abgebremst. Damit sinkt der Auftrieb am Blatt, je nach Einstellwinkel beginnt mit abnehmender Anströmgeschwindigkeit ein Strömungsabriss.
Wenn die Rotordrehzahl unter einen gewissen kritischen Bereich fällt, ist der Rotor und damit der Hs nicht mehr oder nur eingeschränkt steuerbar. Ein Recovern der Drehzahl, Voraussetzung für eine sichere AR Landung und die Steuerbarkeit des HS wird immer schwieriger bis unmöglich. Zusätzlich steigt die Sinkgeschwindigkeit des HS, der Höhenverlust bis zu einer stabilen AR als Voraussetzung für die sichere Landung nimmt rasant zu. Der Pilot muss sofort den Pitch komplett absenken, den Einstellwinkel der Blätter auf den kleinsten möglichen Wert verringern. Im Video wird der Pitch schön langsam und gleichmässig abgesetzt. Warum? Das Triebwerk läuft noch mit und würde bei plötzlichen Absetzen des Pitches (wie im Falle eines realen Treibwerksausfall) den Rotor beschleunigen und damit Überdrehzahl erzeugen, da die Widerstandskräfte am Blatt mit Verringerung des Einstellwinkels sinken, die Triebwerksleistung aber vorerst bestehen bleibt.

Bei R 22 wird selbst nach Herstellerangaben dieser kritische Zustand nach 1-2 Sekunden! erreicht. Wohlgemerkt ist das kein ausschließliches Problem der R 22 sondern prinzipiell bei allen Niedrigenergierotoren, also auch den ganzen UL Hubis.

Die AR Landung im Video ist sicher authentisch und gut, es darf aber eben nicht vergessen werden, dass die AR mit schummeln ;) eingeleitet wurde, damit keine Probleme mit der Rotordrehzahl bestanden, die Bodenverhältnisse optimal waren und der Einleitzeitpunkt und -ort natürlich optimal kontrolliert wurden. In der Praxis des realen Treibwerksausfall unter Einrechnung,
+ Überraschung + Reaktionszeit + Konzentration des Piloten auf das Recovern der Drehzahl + Höhenverlust + Suchen eines Landeplatzes + Berücksichtigung der Windrichtung +... +... +... hätte die Maschine vielleicht nicht einmal den Platz erreicht, geschweige denn so eine saubere Landung hingelegt.

Checkt mal das, das ist die Realität und zwar mit einem HS (Bell 206) der wesentlich bessere AR Eigenschaften hat und stabiler gebaut ist, was den Insassen vielleicht das leben rettet...
http://www.youtube.com/watch?v=DbAb-6WEGv4&feature=related

 

[halle1]

ja, das kommt hin. ich denke eine äußerst schnelle reaktion kann hier nur die rettung sein. allerdings denke ich, das ein ausfall des tw sich ja ankündigt. allerdings nutzt das bei der arbeitsfliegerei nichts. auch der landeplatz muß ok sein, das ist ja bei flächenflugzeugen ähnlich. ist der boden zu weich ist der flip over vorprogrammiert. bei robinson schwört mann auf die zuverlässigkeit des tw. also ist auch hier grundlage des sicheren flugbetriebes eine konsequente tw wartung und standlauf. im standlauf werden die sich anbahnenden probleme meist sichtbar (ladedruck, drehzahl, beschleunigungsverhalten, späne im öl oder nicht etc.). aber jetzt mal ne frage zum rotor. wenn also diese art von rotor so schnell energie verliert, wieso wird dann das system bei den gyros eingestzt?

 

[grinch]

wenn also diese art von rotor so schnell energie verliert, wieso wird dann das system bei den gyros eingestzt?

Ganz einfach eine Gewichtsfrage. Je schwerer das Rotorsystem (inkl. Getriebe) desto mehr kinetische Energie besitzt der Rotor (Masse*Beschleunigung wie bekannt). Je schwerer das Rotorsystem, desto schwerer wird aber auch der HS. D.h mehr konstruktiver Aufwand, stärkeres heisst schwereres Getriebe, mehr erforderliche Triebwerksleistung, größeres Triebwerk braucht wieder mehr Sprit. Also größere Spritmenge, wieder Gewicht, der übliche Kreislauf leider + Zulassungsproblematik.

Triebwerksausfälle können, müssen sich aber nicht ankündigen. Wenn das so wäre wären die internationalen Unfalldatenbänke bestimmt wesentlich kleiner. Außerdem muss nicht unbedingt das Triebwerk ausfallen, damit die Antriebsleistung weg fällt. Irgend ein Bruch in der gesamten Kraftübertragung reicht ja auch. Möglichkeiten gibt es da so einige.

 

[halle1]

ja ist auch richtig und danke für die info.