Auftriebsverhältnis am Blatt:
Die Luftströmung mit der Geschwindigkeit v trifft auf das Profil. Dabei muss die Luft oberhalb einen
längeren Weg zurücklegen, als auf der Unterseite. Nach Bernoulli ergibt sich somit auf der
Oberseite ein Unterdruck (vgl. Venturi-Rohr). Dieser liefert 2/3 des Auftriebs. Den Auftrieb kann man nun durch eine höhere Anströmgeschwindigkeit erhöhen, wodurch die Luft noch schnell über die Oberseite strömen muss um wieder ausgleichend auf die untere zu wirken.
Ähnliches passiert auch, wenn man das Profil anstellt: Der
Weg wird für die Luft auf der Oberseite
länger, die Luft muss
schneller strömen -> mehr Auftrieb, und die Luft die unten gegen das Profil strömt hilft auch noch dazu, aber nur zu 1/3, der Hauptauftrieb wird immer durch den Sog auf der Oberseite erzeugt.
Da aber Luft auch ein Medium einer gewissen Zähigkeit oder Trägheit ist, sind ihr auch Grenzen in der Ausgleichsströmung gesetzt, d.h. sie kann nicht immer schneller werden. Ist der Anstellwinkel zu stark, löst sich die so genannte
Grenzschicht (Übergangsschicht zwischen Profiloberfläche und Luft) ab. Sie bildet Wirbel, weil die Luftströmung aufgrund des zu hohen Anstellwinkels fast schon gebremst wird, das Profil nun quasi als Windschot arbeitet. Diese Wirbel sind turbulent, liegen also nicht am Flügel an, bremsen die Strömung: es wird kein Auftrieb mehr erzeugt. Wenn du dir Flugzeuge im Winter anschaust, müssen die ihre Tragflächen immer eisfrei halten, da kleinste unebenheiten, genau diese laminare Luftströmung stören, und somit das Flugzeug in der Startphase nicht abheben könnte. (In großen Höhen ist die Luft dann so trocken, dass sich kein Eis mehr bilden kann, das nur am Rande). Ebenso ist es wichtig, dass das profil sauber ist. Beim Heckrotor kann man beispielsweise bis zu fünf Prozent mehr Leistung erhalten, wenn man die Blätter poliert, weil dadurch die Wirbel nicht so häufig sind und maximale Wirkung erreicht werden kann. Ein anderes Beispiel aus der Autoindustrie:
windkanaltests, damit die bremsenden WIRBEL vermieden werden können und das Auto so Stromlinienförmig wie möglich ist.
Da wir nun die Strömungsverhältnisse am Blatt kennen, können wir nochmal auf die Sache mit dem Strömungsabriss beim rücklaufenden Blatt zurückkommen:
Die Rotorebene dreht mit einer gewissen Geschwindigkeit, nehmen wir mal 750 km/h als ausgangswert an. Im
Schwebeflug liegt nun diese Geschwindigkeit an jedem Blatt zu jedem Zeitpunkt an. Das heißt, die effektive Anströmgeschwindigkeit beträgt 750km/h. Der Auftrieb ist überall, an jedem Blatt gleich.
Beim Vorwärtsflug kommt zusätzlich zur Umdrehungsgeschwindigkeit beim
vorlaufenden Blatt noch die Vorwärtsgeschwindigkeit, sagen wir mal 200 km/h, dazu. Daraus folgt: effektive Anströmgeschwindigkeit 950km/h.
Die Luft strömt schneller, was, wie wir oben gesehen haben, zu einer Erhöhung des Auftriebs führt.
Beim
rücklaufenden Blatt wird die Vorwärtsgeschwindigkeit abgezogen, da sich das Blatt ja gegen die Flugrichtung mitdreht, d.h. effektive Anströmgeschwindigkeit 550km/h. Daraus folgt, geringerer Auftrieb.
Noch kann der Auftriebsverlust hier, von der anderen Seite übernommen werden. Steigt die Gschwindigkeit jedoch zu stark, reicht die Strömung nicht mehr aus, bzw. wird zu gering um genug Auftrieb zu erzeugen. Es kommt zum Strömungsabriss, oder zum Einbruch der Auftriebsleistung auf der Rücklaufenden Seite. Durch die Kreiseltheorie, die besagt, dass sich einflüsse auf ein rotierendes System erst 90° später auswirken, wirkt sich der seitliche Auftriebsverlust erst 90° später aus: am Heck -> Der Hubschrauber stellt sich auf.
zu deinem Kommentar, dass der Anstellwinkel doch gleich sei:
Da sich der Anstellwinkel nur kollektiv verstellen lässt, habe ich auch immer überall den gleichen Anstellwinkel. Ist aber die Anströmgeschwindigkeit geringer, müsste ich den Anstellwinkel senken um keinen Strömungsabriss zu riskieren. Da ich das aber periodisch nicht kann, ist es nur eine Frage der Aerodynamik bis sich oben beschriebene Ereignisse einstellen. Der Einstellwinkel bleibt zwar gleich, aber die Anströmgeschwindigkeit nimmt ab, was, wie wir oben gesehen haben, zu einer Auftriebsverminderung führt.
zum Lärm nochmal, spielt es sicher eine Rolle, wieviele Triebwerke ein Heli hat, und wo der Abstrahl hingerichtet ist.
Hoffe, dass ich dir diesmal weiterhelfen konnte!
Grüße Franz