Seitlicher Versatz von Hubschraubern

[papasierra]

Dass Hubschrauber im Schwebeflug durch den Heckrotor eine setiliche Schubkomponente bekommen, ist ja leidlich bekannt. Evtl. schräge Montage des Rotormasts und Neigung des Hubschraubers durch den Piloten dienen dem Ausgleich.

Aber wie wirkt sich das eigentlich im Reiseflug aus? Ist der seitliche Versatz durch den Windfahneneffekt des Heckauslegers weg oder zu vernachlässigen? Oder ist er immer noch erkennbar vorhanden? Was sagen unsere Aerodynamik-Experten und Profi-Piloten dazu?

 

[Vtg-Amtmann]

@papasierra: Denk mal an eine Flußfähre, aber mehr Fahrt und weniger Fluß.

Gruß @all, Vtg-Amtmann

 

[Chopper80]

Dass Hubschrauber im Schwebeflug durch den Heckrotor eine setiliche Schubkomponente bekommen, ist ja leidlich bekannt. Evtl. schräge Montage des Rotormasts und Neigung des Hubschraubers durch den Piloten dienen dem Ausgleich.

Aber wie wirkt sich das eigentlich im Reiseflug aus? Ist der seitliche Versatz durch den Windfahneneffekt des Heckauslegers weg oder zu vernachlässigen? Oder ist er immer noch erkennbar vorhanden? Was sagen unsere Aerodynamik-Experten und Profi-Piloten dazu?

Durch die aerodynamische Auslegung des Heckbereiches ( angestellte Fin, Endscheiben ) ist bei etlichen Hubschraubern im Reiseflug der Heckrotor mehr oder weniger entlastet und muß somit keinen Schub erzeugen. Somit ist der seitliche Versatz zu vernachlässigen.

C80

 

[Gelöschtes Mitglied 7691]

Nein, das stimmt so nicht ganz.
Zwar entlasten die Flossen, Finnen (Schweden, Norweger..) den Heckrotor, aber sie erzeugen GENAUSO einen Seitwärtsschub zum Ausgleich des Drehmoments wie der Heckrotor das auch tut.
Es kommen aber ein paar andere Dinge ins Spiel, weshalb der seitliche Ausgleich/die Schräglage GERINGER ausfällt als im Schwebeflug.

1. Hängt das natürlich sehr stark von der Größe des Drehmomentes ab. Im gemütlichen Vorwärtsflug ist dieses merklich geringer als z.b. im HOGE, weshalb auch die Schräglage geringer ausfällt.
2. Beim Anflug aus dem Vorwärtsflug IN den Schwebeflug hinein ist das Drehmoment ja zunächst sehr gering und muss dann merklich erhöht werden, wenn der Hubschrauber aus dem Übergangsauftrieb fällt. Damit ist auch eine merkliche Erhöhung der Seitwärtskompensation fällig. Das wirkt dann subjektiv so als wäre im Reiseflug die Schräglage fast nicht vorhanden.
3. Im Reiseflug kommen unterschiedliche Kopplungen (Roll-Wende und Wende-Roll) durch die Rumpfumströmung dazu, welche ebenfalls auf die auftretende Schräglage einfluss nehmen (zunächst mal ohne ins Detail zu gehen)

Und dann muss man natürlich mal überlegen, was passiert wenn die Seitwärtsfahrt, welche entstünde wenn man den Seitwärtsschub NICHT ausgleicht, mit der Reisefluggeschindigkeit überlagert... da käme nur ein sehr, sehr kleiner Schiebewinkel raus, der ggf. kaum auffällt. Wenn ich Bernhards Posting richtig interpretiere will er wohl das damit sagen.


gruß
a.p.

 

[papasierra]

Danke! Das bestätigt im Wesentlichen das, was mein Laienhirn vermutet hat.
Wird denn in der Praxis tatsächlich ein seitlich geneigter Rotormast genutzt, um das zu kompensieren? Wenn ja: in welcher Größenordnung liegt so eine Neigung. Alles über zwei Grad müsste man ja wohl eigentlich mit bloßem Auge gut erkennen können, wenn man genau von vorne oder von hinten schaut?

 

[Vtg-Amtmann]

Vorwärts und quer geneigt

... Wird denn in der Praxis tatsächlich ein seitlich geneigter Rotormast genutzt, um das zu kompensieren? Wenn ja: ...

Das verraten die Hersteller nur sehr ungern. Aber A.P. dürfte zumindest vom wissenschaflichen Ansatz dafür Quellen haben.

Gruß @all, Bernhard

 

[Hirsch]

Zumindest weiß ich von einer seitlichen Neigung der Hauptrotorachse in der Mi.24 (und Variationen). Sie wird hier nach rechts geneigt, aber die genaue Größe muss ich erst suchen. Auf alle Fälle ist sie schon merklich beim Angucken der Maschine von vorn.

 

[Gelöschtes Mitglied 7691]

Ehrlich gesagt liegen mir dazu keine Daten vor.
Bei einigen Mustern macht das bauartbedingt nicht allzu viel Sinn (z.B. bei Teetering-Zweiblattrotoren nach Bell- und Robinson-Art, oder bei Mustern mit sehr kleinem Schlaggelenksabstand/wenig Mastmoment).
Bei gelenklosen und lagerlosen Rotoren könnte man schon mal drüber nachdenken.
BK117, EC135, EC145 und MD90x haben afaik keinen solchen "eingebauten" seitlichen Versatz, obwohl es da flugmechanisch sogar sinnvoll wäre, aber der Aufwand scheint es nicht wert zu sein. Daraus resultieren dann auch die ggf. im Handbuch auftauchenden Limitierungen für Hanglandungen, welche entweder asymmetrisch sind oder den Hinweis auf eine "kritischere Seite" enthalten können.
Die Größe der Seitenneigung hängt sehr stark vom Drehmoment ab, und damit vom Beladungszustand, Dichtehöhe usw. ab. Man könnte also allenfalls versuchen, einen Kompromiss dafür zu finden und den zugehörigen Schrägwinkel zu verbauen. Das hätte dann aber ggf. den Nachteil, dass man je nach Beladung bei ebenem untergrund mal zuerst mit der linken und mal mit der rechten Landewerksseite zuerst aufsetzt. Ich weiß nicht wie euch (manntragenden) Kutschern das so geht, aber bei meinen Spielzeughelis ist es in meinem Hirn hartverdrahtet dass ich beim Aufsetzen auf ebenem Grund zuerst "hinten links" einhake (Protos und co, bzw. hinten rechts bei der Vario-Tonne). Wäre das ständig unterschiedlich empfände ich das als etwas irritierend (nach dem Motto: der Boden ist zwar eben, aber ich mache trotzdem mental eine Hanglandung)
Hier mal "kurz" eine Übersicht über die Zusammenhänge zwischen Gewicht, Schlagsteifigkeit, Antriebsmoment und Neigungswinkel (Zelle, Rotorebene) (Urheberrecht bei mir, also no worries)


Der Hintergrund war dafür, aus der photographisch erfassten Neigung der Zelle im Schwebeflug DIREKT auf einen Absolutwert für den Torque (in Nm) zurückrechnen zu können.
Es ist etwas komplizierter als man gemeinhin denken würde.

gruß
a.p.

 

[Hirsch]

Das Fliegen mit etwas Schräglage und zwangsläufigem minimalem Schieben ist pure Gewöhnungssache und nicht wirklich hinderlich. Zumal es gelegentlich ja doch sehr bewegt (kurvenreich) durch die Gegend geht, je nach Zweckbestimmung des Fluges. Das hatte man nach den ersten Stunden drauf.
Außerdem bleiben für Start/Landung/Standschwebe die Verhältnisse trotzdem so "schief". Auf einmal unten oder oben zu sitzen, macht nicht wirklich was aus.

Eine Erklärung ist möglicherweise die Absicht, bessere "normale" Bedingungen für das Waffensystem zu schaffen.

 

[Chopper80]

Das hätte dann aber ggf. den Nachteil, dass man je nach Beladung bei ebenem untergrund mal zuerst mit der linken und mal mit der rechten Landewerksseite zuerst aufsetzt. Ich weiß nicht wie euch (manntragenden) Kutschern das so geht, aber bei meinen Spielzeughelis ist es in meinem Hirn hartverdrahtet dass ich beim Aufsetzen auf ebenem Grund zuerst "hinten links" einhake (Protos und co, bzw. hinten rechts bei der Vario-Tonne). Wäre das ständig unterschiedlich empfände ich das als etwas irritierend (nach dem Motto: der Boden ist zwar eben, aber ich mache trotzdem mental eine Hanglandung)

gruß
a.p.

Auch bei den bemannten Helis kann es Unterschiede beim Aufsetzen geben ( z. B. Wechsel von rechts- auf linksdrehende Rotoren ), mal rechts hinten und bzw. links hinten, die Hughes 300 setzt z. B. auch links vorne zuerst auf und "kippt" dann beim Absetzen nach hinten. Als irritierend finde ich das nicht unbedingt, selbst wenn man direkt von einen Muster zum anderen umsteigt.

C80

 

[papasierra]

Sehr interessant, das alles.

Hier mal "kurz" eine Übersicht über die Zusammenhänge zwischen Gewicht, Schlagsteifigkeit, Antriebsmoment und Neigungswinkel (Zelle, Rotorebene)

Nur nochmal ganz dumm nachgefragt: Was sind das für Größen "z" und "k Beta t" in der Mastmoment-Gleichung? Im Bild habe ich sie nicht gefunden.

Das Fliegen mit etwas Schräglage und zwangsläufigem minimalem Schieben ist pure Gewöhnungssache und nicht wirklich hinderlich.

Schon klar. Aber es bedeutet doch wohl, dass man bei der Berechnung eines Steuerkurses neben der Seitenwindkomponente auch noch eine durch das Muster bedingte Abweichung mit berücksichtigen muss, jedenfalls bei längeren Strecken?

Mal noch so zu Hintergrund, warum ich das Fass hier überhaupt aufgemacht habe. Wie einige vielleicht wissen, habe ich ja die Flugeigenschaften der EC135 für X-Plane gebastelt. Fühlt sich durchaus sehr realitätsnah an, was auch von Piloten bestätigt wird. Unangehem auf fällt mir aber immer wieder, dass in bestimmten Flugsitationen extrem viel linkes Pedal erforderlich ist, um die Kugel der Libelle schön in der Mitte zu halten. Teilweise fliegt man so schräg, dass es schon gar nicht mehr richtig sein kann. Und ich frage mich nun, wie ich an diesem Schönheitsfehler noch etwas verändern kann. Einige X-Plane-Hubis machen das durch eine schräge Hauptrotoachse, allerdings um den Preis, dass man bei wenig Leistung schiebt wie blöd und dass man beim Schweben eben nicht die typische Schräglage hat. Das ist nicht wirklich ein Fortschritt. Evtl. muss ja auch "nur" die Libellenanzeige anders berechnet werden. Wobei "nur" da bewusst in Anführungszeichen steht.

 

[Gelöschtes Mitglied 7691]

Oh sorry, das steht wirklich nicht mit drauf.
z ist die Anzahl der Rotorblätter, k beta t die (effektive) Steifigkeit in Schlagrichtung (für Grundschwingung und ungerade Harmonische, wenn man es ganz genau nimmt) - also "wieviel Moment erzeugt ein um einen gewissen Winkel nach oben/unten ausgelenktes Rotorblatt"

Das Schräglagen-Problem bei deiner EC135 ist mir auch aufgefallen (fällt im Kontrast mit der ND-BK117 für X-Plane 9 ziemlich auf), aber in Ermangelung von Ahnung über die Modellierung in X-Plane weiß ich da leider keinen sinnvollen Tipp beizusteuern.

 

[papasierra]

Die Schräglage beim Schweben ist ja durchaus gewünscht.
Es stellt sich eher die Frage, wie viel Slippen ist im Vorwärtsflug akzeptabel? Wie mir scheint, rührt das Problem daher, dass die Kugellibelle nicht das anzeigt, was sie soll. Eventuell könnte ich versuchen, das Scheinlot selbst zu berechnen die Anzeige zu korrigieren.

 

[Vtg-Amtmann]

... Eventuell könnte ich versuchen, das Scheinlot selbst zu berechnen um die Anzeige zu korrigieren.

Mal eine halb-dumme Frage: Ist im Programm ein "Korrektur-Algorithmus" für die fahrtabhängige (TAS) Antitorque-Wirkung des Fins und der Endscheiben sowie für die Veränderungen der Durchströmung des Fenestrons (von "schräg-oben" nach "schräg-unten" samt der daraus resultierenden "Kippmomente") und stimmt die Schar der einzelnen Korrekturparameter z.B. mit den Windkanalergebnissen von ECD und/oder DLR einigermaßen überein?

Gruß, Bernhard

 

[Gelöschtes Mitglied 7691]

Hi..
nebenbei.. mir ist bei anderen Mustern in X-Plane (speziell der Bell 206 von xplane.org, also nicht die mit V9 mitgelieferte) öfter mal eine wirklich GRAVIERENDE Diskrepanz zwischen Libelle und zusätzlich vorhandenem Faden aufgefallen - und dabei sieht es so aus als hätte der Faden recht. Can anyone x-plane ;)

 

[Hirsch]

... fällt mir aber immer wieder, dass in bestimmten Flugsitationen extrem viel linkes Pedal erforderlich ist, um die Kugel der Libelle schön in der Mitte zu halten. Teilweise fliegt man so schräg, dass es schon gar nicht mehr richtig sein kann. Und ich frage mich nun, wie ich an diesem Schönheitsfehler noch etwas verändern kann. Einige X-Plane-Hubis machen das durch eine schräge Hauptrotoachse, allerdings um den Preis, dass man bei wenig Leistung schiebt wie blöd und dass man beim Schweben eben nicht die typische Schräglage hat. Das ist nicht wirklich ein Fortschritt. Evtl. muss ja auch "nur" die Libellenanzeige anders berechnet werden. Wobei "nur" da bewusst in Anführungszeichen steht.

Tja, die Libelle muss in diesem Falle nicht immer in der Mitte sein. Ein Hubschrauber schiebt nun mal ein wenig, abhängig von der Geschwindigkeit. Rückblickend würde ich sagen, dass es bei Normalgeschwindigkeit maximal vielleicht eine Viertelkugel war. Wenn man Pedal gibt, fängt die Maschine an zu drehen... es ist natürlich die Frage des gesunden Gleichgewichts. Hier kommt einem die evtl. eingebaute Neigung der Rotorachse entgegen, so dass ich hier im Normalflug nahezu ohne Schieben fliegen kann. Aber das trifft wie gesagt nur auf eine Geschwindigkeit zu; darüber und darunter gibt es weiterhin Neigung in die eine oder andere Richtung.

Andererseits: die Einflussnahme auf den Steuerkurs ist eher theoretischer Betrachtung. Ein Hubschrauber macht ohnehin viel "hin und her" und liegt nie wie ein Brett in der Luft (Autorotation ausgenommen ). Alles andere heißt: schau in die Umgebung und korrigiere die Abweichung! Die Windberechnung ist zumeist ein Anhaltswert, der schon wieder überholt sein kann. Und 1° Abweichung muss man manuell erkennen und korrigieren, sowohl im Sichtflug als auch im Instrumentenflug.

 

[Vtg-Amtmann]

Und 1° Abweichung muss man (manuell) erkennen und korrigieren, sowohl im Sichtflug als auch im Instrumentenflug.

Und das funktioniert relativ gut, wenn man hellwach ist und sofort korrigiert bzw. kompensiert. Man nehme 346 NM Distance Alexandria - Iraklion, aktuelle W/V vom Startplatz, vorhergesagte W/V vom Landeplatz, dann Mittelwert, erfliege Steuerkurs per Kreuzpeilungen die ersten 50 NM, dann Funkstille und No-GPS (Saddam war Okt. 1990 schon in Kuweit). dann auf die Wellen schauen und lieber etwas nach West vorhalten, dann ca. 50 NM vor Kreta VOR/DME an der Ostküste sowie Positionsangabe eines Tankers, machte bei 246 NM gerade einmal 12 NM Kursablage nach West, was laut "Herrn Tangens" ca. 2,8° entspricht und Kreta ist halt ca. 137 NM von Ost nach West breit, also war die "Trefferwahrscheinlichkeit" relativ groß. Natürlich war bei dem Ganzen auch eine gesunde Portion Fortune dabei, aber Mut ist halt kalkuliertes Risiko und wenn nicht kaltkulierbar, eben Dummheit.

Gruß @all, Vtg-Amtmann

 

[papasierra]

Wenn es da nur um ein Grad Abweicung ginge, würde ich nich die versammelte Kompetenz des Forums bemühen.

Nein, wir reden über Größenordnungen von annähernd fünf Grad im normalen Reiseflug. Beim Steigen mit deutlich mehr Leistung wird es natürlich noch deutlich mehr.

Ich habe heute morgen mal ein bisschen Zeit gehabt, mir im Simulator die Werte für entsprechenden Kräfte gegriffen und mein eigenes Scheinlot berechnet. Und siehe da: Es weicht z.T. deutlich von der standardmäßig angezeigten Libelle ab! Fliege ich nach meinem selbst errechneten Wert, komme ich realistischen Abweichungen schon sehr nahe.

@Vtg-Amtmann: Weder verfüge ich über die Originaldaten von ECD, für die Profi-Simulator-Hersteller meines Wissens so um die 2 Mio. Euro berappen müssen, noch könnte ich die in X-Plane einfügen. Dieser Simulator tickt völlig anders. Er arbeitet nicht mit Tabellen, sondern ist eher eine Art virtueller Windkanal. Nachteil: So akkurat, wie man es mit Originaldaten machen, kriegt man dort kein Modell hin. Vorteil: Man kann mit sehr einfachen Mitteln Flugobjekten erstellen, insbesonder auch Hubschraubern, die die wesentlilchen aerodynamischen Eigenschaften autmatisch haben. Je genauer man modelliert (äußere Form, Profile, Triebwerksleistungen usw.), desto besser kommt man ans Original; allerdings muss man manchmal auch einfach an ein Paar Stellschrauben drehen, um das zu erhalten, was man will.

 

[Vtg-Amtmann]

@papasierra:

... Man kann mit sehr einfachen Mitteln Flugobjekte erstellen, insbesondere auch Hubschrauber, die die wesentlichen aerodynamischen Eigenschaften automatisch haben. Je genauer man modelliert (äußere Form, Profile, Triebwerksleistungen usw.), desto besser kommt man ans Original; allerdings muss man manchmal auch einfach an ein Paar Stellschrauben drehen, um das zu erhalten, was man will.

Danke für die Aufklärung und ich hab mich mal auf der WEB-Page von RotorSim etwas eingelesen. Aber zum "Modellieren" solltest Du uns schon etwas schlauer machen. Vielleicht fällt da Manchem dann doch noch was Förderliches ein.

Gruß, Bernhard

 

[papasierra]

Sorry Bernhard, aber das ist wirklich nicht mit drei Sätzen erklärt, jedenfalls wenn man sich vornimmt, nicht nur irgendeinen Hubi zu simulieren, sondern es möglichst nah am Vorbild zu halten.

Allerdings komme ich der Lösung schon ein bisschen näher, und dabei haben eure Beiträge hier im Thread viel geholfen, weil sie mein Verständnis für einige Zusammenhänge verbessert und vertieft haben. Ich glaube, ich habe nun einen Weg gefunden, wie ich schlicht die Anzeige so korrigieren kann, dass man im Ergebnis so fliegt, wie es sein sollte. Ich muss es noch justieren, aber im Prinzip scheint es zu klappen. Mit ein bisschen Mathematik lässt sich eben doch einiges machen . Das ist auch einer der Vorteile von X-Plane. Man kann mit Plugins eingreifen und Dinge, die nicht passen, zurechtbiegen.