Leistungsgrenzen v. Hubschraubern?

[MikeBravo]

Alle Hubschrauber, sei es in militärischer oder ziviler Nutzung, haben Leistungsgrenzen bei Flügen in extremer Höhe, z. B. bei Rettungseinsätzen oder Bergungen in hochalpinen Bergregionen.
Speziell sieht man in Filmen wie: Überleben!, "Vertikal Limit" und "Cliffhanger" den Einsatz von Hubschraubern (Hueys?), die in Berghöhen teilweise zwischen 5000-7000m fliegen und nach der Landung noch mehrere Personen mitnehmen.

Ist das überhaupt möglich? Sind diese Hubschrauber für solche Einsätze mit speziellen Höhentriebwerken ausgestattet?
Soweit ich weiß, nimmt der Spritverbrauch zu, je höher geflogen wird. Dann müssten bei solch extremen Höheneinsätzen eigentlich (abwerfbare) Zusatztanks angebracht sein und die Kabine Sauerstoffversorgung für Piloten und Passagiere haben... sieht man in diesen Filmen aber nicht.

Ich spreche jetzt von Technik Mitte 70er bis Ende 90er Jahre und bin der Meinung, daß es Weltweit Vorschriften und technische Begrenzungen gibt, die einen Hubschraubereinsatz in Höhen über 5000m ausschließen, mangels Leistungsreserven.

Was ist jetzt Fakt, was Fiction?

 

[n/a]

Soweit ich weiß, nimmt der Spritverbrauch zu, je höher geflogen wird.

Nein, er nimmt ab. Bei Strahltriebwerken (und ein aktuelles Hub-Triebwerk, oder auch Turboprop ist ja so was „ähnliches“, mit Getriebe und Rotor) ist der Schub proportional zum Fuel Flow und da mit der Höhe die Luftdichte abnimmt, kann weniger Sprit verbrannt werden, um das gleiche Gemisch zu erhalten. Deswegen nimmt die Leistung entsprechend proportional ab. Zu den anderen Dingen müssen Hubi-Kutscher hier was sagen.

 

[HoHun]

Moin!

Ich spreche jetzt von Technik Mitte 70er bis Ende 90er Jahre und bin der Meinung, daß es Weltweit Vorschriften und technische Begrenzungen gibt, die einen Hubschraubereinsatz in Höhen über 5000m ausschließen, mangels Leistungsreserven.

Was ist jetzt Fakt, was Fiction?

Du findest Leistungsübersichten etlicher bekannter amerikanischer Hubschraubertypen auf dieser Seite:

Standard Aircraft Characteristics Arcive

(Alles in Englisch ... aber tabellarisch und mit Leistungsgraphen, also kommt man mit ein paar Stichworten wie "Hover Ceiling" - 'Schwebehöhe', "Altitude" - 'Höhe', "Gross Weight" - 'Gesamtgewicht' schon recht weit.)

Man kann z. B. an der Übersicht zur Bell AH-1T das Zusammenspiel von ein paar der von Dir genannten Effekte erkennen:

- Startgewicht in der "Höhenflug"-Konfiguration sind 10705 Pfund
- Bei Standardbedingungen ist die maximale Schwebehöhe mit diesem Gewicht ca. 10000 ft.
- Die US-Streitkräfte begrenzen auch die zulässige Flughöhe der AH-1T auf 10000 ft, weil sie keine Sauerstoffanlage besitzt.
- An einem "heißen Standardtag" ist die maximale Schwebehöhe bei gleichem Gewicht aber nur noch ca. 6000 ft.
- Am Standardtag mit 1000 lbs weniger Treibstoff käme die AH-1T aber auf eine Schwebehöhe von ca. 12500 ft, wenn sie den dürfte.
- Bei "Angriffs"-Beladung beträgt die maximale Schwebehöhe am Standardtag nur 1200 ft. Durch den im schnellen Vorwärtsflug erhöhten Auftrieb ist die Dienstgipfelhöhe bei diesem Gewicht aber 7400 ft ... der Hubschrauber muß also wie ein Flächenflugzeug vorwärts fliegen, um die Höhe zu halten, stehenbleiben geht nicht.

Bei Hubschraubern mit entsprechend ausgelegten Turbinen und mit entsprechender Sauerstoffausrüstung sind auch weit größere Flughöhen möglich. Das wird dann aber technisch und sicherlich auch fliegerisch immer anspruchsvoller.

2005 ist ein Eurocopter AS350B3 auf dem Gipfel des Mount Everest gelandet und von dort wieder gestartet:

Hubschrauber-Höhenrekord: "Wird es bald einen Lift zum Everest geben?" - SPIEGEL ONLINE - Reise

Das war sicher hart an der Grenze des Machbaren, denn im Artikel wird erwähnt, daß auch Wettbewerber Bell das schon versucht, aber nicht geschafft hatte.

Tschüs!

Henning (HoHun)

 

[Chopper80]

Eine gesetzliche Regelung zur maximalen Flughöhe gibt es eigentlich nicht. Ausser dass ab einer gewissen Höhe ( 10000ft ) eine Sauerstoffversorgung vorgeschrieben ist. Im Himalaya werden Rettungsflüge bis über 7000m durchgeführt, der Höhenrekord für Hubschrauber liegt bei über 12000m. Letzterer aber nur im Vorwärtsflug. Wichtig ist auch die in der Höhe verfügbare Triebwerksleistung. Die derzeitig leistungsfähigste Maschine für grosse Höhen dürfte die AS350B3 sein. Mit der sind auch die derzeitig gültigen Höhenrekorde geflogen worden

C80

 

[MikeBravo]

Die in dieser Höhe herrschenden - Temperaturen und (Stark) winde sind sehr wahrscheinlich auch ausschlaggebend für die Ausführbarkeit solcher extremen Höhenflüge! Tja, wenn die Rotoren und Scheiben vereisen, dann glaube ich nicht, das darauf schnell reagiert werden kann...

Hinzukommen noch Fallwindböen und Verwirbelungen, die den Auftrieb eines Hubschraubers schnell zunichte machen können, was dann passiert, können wir uns sicher vorstellen... Darum kann ich mir solche Flüge, vielleicht noch mit Außenlasten, nur in bestimmten Ausnahmesituationen vorstellen...
Ich weiß ja nicht, wielange solche Flüge mit einstrahligen Mustern dauern können und wie sicher sie sind, aber verwendet man da nicht besser russische, zweistrahlige Muster wie von Sikorsky und Mil?
Ich denke da etwa an die Versorgung der Everest-Lager 1 und 2, die in Höhen von 5000-6500m Höhe liegen. Höhenkranke (Lungen-Hirnödem) gibt es viele
und die müssen schnell runter vom Berg, weil es da oft um Leben und Tod geht!

 

[Spartacus]

Es gab in einem englischsprachigen Pilotenforum mal einen Thread "Top of the World: photos from Nepal", in dem einer der (wenigen) Piloten dort über seine tägliche Arbeit im Heli rund um den Mount Everest berichtet hat. Leider ist der Thread von den Admins im besagten Forum inzwischen um seine teilweise äußerst eindrucksvollen Bilder geplündert worden, weil sich der OP erlaubt hat, auch Bilder nepalesischer Kultur hochzuladen (Menschen, Essen, Gebäude, Alltagssituationen, ...).
Wie auch immer: Er flog dort diverse AS350B2/3 und für die etwas "niedrigeren" Höhen auch mal eine ganz normale Bell 206,
Basislager-Ver-/Entsorgung war regelmäßig Teil seiner Arbeit und selbst auf dem Gipfel des Mt. Everest ist er einige Male gelandet (meist für die Abholung von erschöpften Bergsteigern).
Es geht also schon.
Die Zweimot-Maschinen sind meist im Verhältnis Mehrgewicht zu Mehrleistung ungünstiger für große Höhen, als die Einmots. Daher die Präferenz für die AS350 gegenüber auch den (einfach zu schweren) russischen Maschinen oder den modernen H145, H175, AW139, etc.

Und: Schweben geht dann da oben nur noch sehr eingeschränkt im Bodeneffekt (IGE). Außerhalb (OGE) wird das da nix.

Mit der H300 über norddeutschem Flachland besteht für mich aber kein Bedarf, solche Höhenflüge nachzuahmen ;-)

Spartacus

 

[Chopper80]

... und selbst auf dem Gipfel des Mt. Everest ist er einige Male gelandet (meist für die Abholung von erschöpften Bergsteigern).
Es geht also schon.
Spartacus

Nein, das geht nicht! Auf dem Gipfel ist er nie gelandet! Die Evakuierungsflüge fanden von verschiedenen Basislagern aus statt und die sind ein paar tausend Meter tiefer niedriger.
Die Landung auf dem Gipfel war nur mit einem Pilot und gaaanz leichter Maschine möglich. Der Flug wurde nur gemacht, weil diesen Weltrekord kann man nicht toppen.

C80

 

[Chopper80]

Tja, wenn die Rotoren und Scheiben vereisen, dann glaube ich nicht, das darauf schnell reagiert werden kann...

Bei Temperaturen von -9° und tiefer ( so warm ist es da oben fast nie ) gibt es keine Vereisung mehr...

C80

 

[Del Sönkos]

Sind diese Hubschrauber für solche Einsätze mit speziellen Höhentriebwerken ausgestattet?

Guten Abend,
auch ich kann hier nur von der starren Flächenfraktion sprechen. Um nochmal konkret auf das Thema Triebwerk einzugehen:
Ich gehe davon aus, dass solche Hubschrauber über sog. "Flat Rated Engine" verfügen. Hier können die Fachkollegen bestimmt mehr Details zu geben.
Das Prinzip dieser Triebwerke lässt sich aus den vorigen Postings ableiten:

Ein "normales" Triebwerk leistet am Boden 100% Leistung und je höher ich fliege, desto geringer wird die Luftdichte und die damit zur Verfügung stehende Luftmasse.
Folge: Die Triebwerksleistung nimmt linear zur Luftdichte ab*. Für "normale" Hubschrauber ist das nicht weiter schlimm, die sind ja ehr bodennah unterwegs.

Bei Flugzeugen, wie z.B. der TBM930, ist das aber doof. Da will man ja gerade in großen Höhen unterwegs sein. Also baut man "überdimensionierte" Triebwerke wie das PT6A-66D ein, welches eine max. thermodynamische Leistung von 1,825 shp hat. Man begrenzt aber nun diese Leistung für den Start auf 700 shp bzw. für den Reiseflug auf 850 shp**.

Folge: Du kannst nun bis zu einer bestimmten Höhe immer munter Leistung nachschieben, bis du irgendwann in großer Höhe wirklich die max. thermodynamische Leistung erreicht hast (der sog. interstage turbine temperature: ITT), ohne das Triebwerk zu überlasten. Die Turbine gibt also bis zur einer bestimmten Höhe (oder bis zu einer bestimmten Temperatur) die konstante Leistung ab. Das lässt sich ganz gut am Training Manual der LH ablesen:

Bei dieser Grafik geht es darum, dass der Airbus bei steigenden Temperaturen immer noch die gleiche Startleistung hat.
Das Prinzip ist aber das gleiche: Ich habe oben beschrieben, dass der Triebling bis zu einer bestimmten Höhe die gleiche Leistung hat. Beim Airliner wird das Triebwerk ab durch die EGT begrenzt, bei der PT-6 durch die ITT. Danach nimmt die Leistung ab, wie oben von mir beschrieben.

Man es auch hier bei beim Flyingmag noch mal genauer nachlesen. Die Zusammenfassung von denen finde ich auch ganz gut:

Flat rating puts power in the bank that you can draw on when conditions are less favorable.
I think that's something we can all appreciate these days.

So, hoffentlich aber ich das irgendwie verständlich aus gedrückt. Würde mich auch echt interessieren, ob es diese Triebwerke auch bei Helis gibt.

*: Bei Kolbenmotoren nimmt man Turbolader
**: Das hat man gemacht, um die Zulassung zu vereinfachen.

 

[Chopper80]

@Del Sönkos hat's gut beschrieben. So sind z. B. die AS315 Lama oder die Bell 214B mit überdimensionierten Triebwerken ausgestattet, die den Modellen zur so genannten Hot&High Performance verhelfen, also gut in der Höhe/Hitze ( dünne Luft ).

C80

 

[n/a]

Bei Temperaturen von -9° und tiefer ( so warm ist es da oben fast nie ) gibt es keine Vereisung mehr...

Off-topic: Bis -20°C sollte man mit Vereisung rechnen, bei knapp -10°C endet aber der Bereich, in dem sie am wahrscheinlichsten ist.

 

[Chopper80]

Off-topic: Bis -20°C sollte man mit Vereisung rechnen, bei knapp -10°C endet aber der Bereich, in dem sie am wahrscheinlichsten ist.

Da hast Du natürlich recht, da aber dort oben nur VFR geflogen wird, ist eine Vereisungsgefahr recht unwahrscheinlich.

C80

 

[n/a]

Da hast Du natürlich recht, da aber dort oben nur VFR geflogen wird, ist eine Vereisungsgefahr recht unwahrscheinlich.

Ok. In VMC habe ich allerdings bei keiner Temperatur Vereisung, es muss ja irgendeine Art von Feuchtigkeit vorhanden sein.

 

[Del Sönkos]

So sind z. B. die AS315 Lama oder die Bell 214B mit überdimensionierten Triebwerken ausgestattet, die den Modellen zur so genannten Hot&High Performance verhelfen, also gut in der Höhe/Hitze ( dünne Luft ).

Danke, das habe ich mir schon gedacht. Vielleicht noch eine Randnotiz dazu:
Viele Flugzeuge in der Gewichtsklasse von max 3t verwenden bekanntermaßen das Allision 250 in unterschiedlichsten Variationen.
Dieses Triebwerk wurde ursprünglich für Helikopter entwickelt und die müssen halt i.d.R. nicht hoch.
Dies bedeutet, dass das Triebwerk ehr für niedrigere Höhen optimiert ist und es schwierig ist, damit "höher" zu kommen.
Man kommt eben recht schnell an die max. thermodynamische Leistung.

Rolls-Royce hat das 250er Triebwerk ja schon mal diverse male modifiziert und verkauft es nun als RR500.
Dieses Triebwerk ist zwar auch flat-rated, aber "nur" bis ca. FL140, wie hier im Video dargestellt.
Für die Klasse von Flugzeugen (modifizierte B36, Cessna Silver Eagle oder Extra 500) reicht diese Höhe auch.
Natürlich steigt das Flugzeug ab dieser Höhe noch, nur nimmt die Leistung ab dieser Höhe stetig ab.

Das hat Planeandpilotmag folgendermaßen zusammengefasst:
The not-so-good news is that power is limited to 450 shp, the lowest power rating in the class and only 100 more than the Continental on the Extra 400 or the Lycoming on the Mirage. Additionally, the Rolls Royce turbine suffers a high lapse rate; i.e., it bleeds off power quickly as the airplane climbs to altitude. In the Extra 500 application, critical altitude (the height above which the engine can no longer deliver its maximum rating) is 16,000 feet.

[...]

The result is the Rolls Royce 250 engine won’t deliver full power at high altitude. The Extra 500 is approved for a max altitude of 25,000 feet where cruise is promised at about 210 knots, but if speed is the goal, the airplane does its best work at heights slightly below 18,000 feet. At modest altitudes, the Extra 500 is capable of reaching 220 knots, but only if you’re willing to pour 200 pounds of fuel an hour through the engine (30 gph).

Deshalb tummeln sich die meisten Turboprops mit einem 250er von RR oft so irgendwo zwischen Flugfläche 120 und 160. Wie gesagt, das ist nicht schlecht. Nur meistens fliegen die Turboprops (TBM850 oder Piper M600) ehr in den "mid-20s".

So, nun aber genug von Flächenflugzeugen. Man sieht aber recht schön, wieso die Hubschrauber-Gene dafür sorgen, dass das Triebwerk bei Flugzeugen nur für begrenzte Höhenleistungen sorgt.