Pitch Attitude im Schwebeflug - welche Ursachen und Faktoren?

Diskutiere Pitch Attitude im Schwebeflug - welche Ursachen und Faktoren? im Hubschrauberforum Forum im Bereich Luftfahrzeuge; Hallo, seit langen rätsel ich schon über eine Sache. Wie kommt es, das die Airbus H135 aka EC135 teilweise bis zu 7deg nose-up schweben?...

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  1. HHS

    HHS Fluglehrer

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    Hallo,

    seit langen rätsel ich schon über eine Sache.

    Wie kommt es, das die Airbus H135 aka EC135 teilweise bis zu 7deg nose-up schweben? Auch andere Helis wie S76 oder AW139 zeigen dies, andere Helis wie z.B. BO105 oder BK117/H145 widerum nicht?

    Herausgefunden habe ich jedenfalls schon mal folgende Gründe, die dies aber alles nicht gänzlich erklären:

    -Rotormastwinkel - der ist aber gerade bei der H135 im Bezug zur Kabine mit 5deg verbaut. Da der gesamte Rumpf aber im Vergleich zum Boden mit 3,5 Grad nach hinten steht, kommen letztendlich nur 1,5deg heraus.

    -Schwerpunkt - wie aus dem Untersuchungsbericht vom Hubschrauberunglück vom Roßfeld/ Metzingen Seite 4 (http://www.bfu-web.de/DE/Publikatio...3_EC120B_Rossfeld.pdf?__blob=publicationFile) hervorgeht, ist bei der H120 dies vom Schwerpunkt abhängig. Variiert von -2deg "nose down" bis 3,5deg "nose up".
    Warum ist dies aber bei der BO105/ BK117/ H145 nicht der Fall?

    -Wind - muss ja irgendwie ausgeglichen werden, je nachdem von welcher Seite der Wind kommt. Allerdings wird ja generell gegen den Wind gehovert....

    Weitere Vermutungen von mir:

    Residual Thrust - Der Schub, der durch die Abgase der Triebwerke erzeugt wird. Bei der MTU DB 720, das in der dt. Bell UH-1 verbaut wurde, beträgt er 941 N (96kp). Ich weiß von RC-Helifliegern, das dies dort tatsächlich ein Thema ist. Aber im realen Maßstab?

    Rotorabwind - Drückt auf die Stabilisatoren und drückt so das Heck nach unten. Folglich je schwerer der Heli - desto mehr Schub von den Rotoren und damit mehr Abwind und damit am Ende eine höhere nose-up-attitude. Da die Stabilisatoren bei den Helis generell eine Kraft nach unten produzieren, würde sich das für mich erklären. Ebenso weil der UH60 BlackHawk deshalb bewegliche Stabilisatoren hat (http://www.rotaryforum.com/forum/showthread.php?t=11012)

    Dazu muss aber auch der Rotorkopf "weich" sein, um die Bewegung für Nose-up zu ermöglichen. Dies ist ja gerade bei der AW139 eigentlich vermutlich nicht der Fall.....

    Was sind also die Faktoren und die Gründe für das beobachte Verhalten im Schwebeflug?
    Freue mich auf die Antworten, Walter Bittners Buch hat mir dazu leider nicht weiter geholfen....
     
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  3. GorBO

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    Moin!
    Eigentlich sind Deine ersten Gründe schon die Stichhaltigsten.
    Ich hatte es in der Ausbildung so gelernt, dass die Nose-Up Attitude durch das Gewicht des Heckauslegers verursacht wird. Dazu kommt noch der Winkel, in dem der Rotormast verbaut ist. Der ist generell nach vorne geneigt, um im Vorwärtsflug eine möglichst gerade Kabine zu erreichen.
    Alle anderen von Dir genannten Gründe können sicherlich noch dazu beitragen, sind aber nicht ausschlaggebend.
    Ach und schau Dir Videos von Hubschrauberlandungen an! Die setzten ALLE mit dem Hacken zuerst auf. Sprich, die haben im Schwebeflug alle die Nase oben.
    Und wenn Du genau hin guckst, siehst Du das es dir rechte oder linke Hacke ist. Das wiederum ist von der Drehrichtung des Hauptrotors abhängig, weil nämlich mit dem Hauptrotor der Heckrotorschub ausgeglichen werden muss, um auf der Stelle zu schweben.
    Merke: Hauptrotor dreht entgegen dem Uhrzeigersinn (BO105, EC135), dann hängt der Hubschrauber hinten links.
     
  4. HHS

    HHS Fluglehrer

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    Genau deswegen rätsle ich ja.

    Der verbaute Rotormastwinkel erklärt die teilweise hohe Nose-Up Attitude eben nicht immer.
    Und so hoch ist das Gewicht des Heckauslegers in der Regel nicht - der Schwerpunkt ist jedenfalls mal nicht alleine vom Heckausleger abhängig. (der Heckausleger ist ja miteinkalkuliert....)

    Die EC120/H120 eben nicht immer - habe bereits ein Video vor längerer Zeit gefunden, die mit den Kufen hinten zuerst abhebt.
    Wie auch im BFU-bericht beschrieben wohl möglich....

    Das hängen auf der Seite abhängig von der Drehrichtung ist mir bewusst und verständlich. Nur die Nose-Up Attitude eben nicht.
     
  5. GorBO

    GorBO Space Cadet

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    Tja, dann bin ich überfragt und Andere/ Wissendere müssen sich hier beteiligen.
    Also Hubschrauberaerodynamiker vor!
     
  6. #5 Spartacus, 22.07.2015
    Spartacus

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    Der Schwerpunkt dürfte ausschlaggebend sein.

    Und der hängt von vielen Faktoren ab:
    - Heckausleger und dessen Aerodynamik (allgemein: grundsätzlicher Aufbau - inkl Mastneigung - des Modells)
    - konkrete individuelle Ausstattung/Avionik des Musters (mehr Avionik bringt meist mehr Gewicht nach vorne)
    - konkrete Füllmenge im Tank
    - Gewicht und Sitzverteilung der Besatzung
    - Trimmung

    Landen tun wir eigentlich immer mit dem hinteren Kufenende zuerst. Das vermeidet böse Überraschungen eher (nose over und so Scherze).
    Mit der vorderen Kufenkante kann man aber ganz schön "Maulwurfshügel plattdrücken" spielen, um den Schwebeflug und die Koordination zu trainieren ;-)

    Starten sollte man eigentlich immer mit den ganzen Kufen, aber wenn das Muster noch ungewohnt ist, und die Erfahrung niedrig, dann kriegt man die nicht immer sofort schön ausgetrimmt. Passiert mir auch immer wieder. Und dann ist mal zuerst die Nase oben, mal zuerst das Heck.

    Schönen Gruß

    Spartacus
     
  7. Jety

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    Hallo HHS,

    vielleicht kommen wir der Sache eher auf den Grund wenn wir wüsten aus welcher Quelle der Wert von "7deg nose-up" kommt.

    Gruß
     
  8. HHS

    HHS Fluglehrer

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    Ich meinte bis zu 7deg nose up. In der Realität habe ich verschiedene Werte beobachten können.

    Explizit habe ich diesen Wert aber daher: http://www.pprune.org/rotorheads/189945-ec135-36.html Posting #708

    Auch schön zu sehen bei den Schweizer EC635: https://www.youtube.com/watch?v=mjpTFxmGkus ab 0:29.
    Recht hohes nose-up wie ich finde.
     
  9. #8 Jety, 22.07.2015
    Zuletzt bearbeitet: 23.07.2015
    Jety

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    Hallo HHS,

    danke für die INFO's

    Mein Vorschlag ist dann so.

    Durch die maximal zulässige vordere Schwerpunktlage von xx cm vor dem referenz CG (hab leider keine Daten), ergibt sich eine maximale "pitch attitude" von bis zu "7deg nose up" .:TOP:

    Da die maximal zulässigen vorderen Scherpunktlagen von Hubschrauber zu Hubschrauber unterschiedlich sind, sind auch die sich daraus ergebenen "pitch attitude's" unterschiedlich.

    Gruß
     
  10. #9 zwischennetz, 23.07.2015
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    Jety: Wenn dann müsste man ja einen hecklastigen Schwerpunkt haben, um mehr "nose-up" zu schweben.

    Ich glaube der entscheidende Punkt zum Thema ist der hier:
    Manche Muster sind halt eher auf Reisflug ausgelegt.



    Das hab ich ja noch nie gehört. Ich kenne das so: Abheben in zwei Schritten. Hubschrauber vorsichtig "weich machen", gucken in welche Richtung er will. Aussteuern, damit er senkrecht nach oben geht. Dann schön langsam vom Boden abschälen. So erfliegt man sich die zum Wind und Schwerpunkt passende Stickposition und unterbindet laterale Tendenzen (dynamic rollover). Wie die Kufen dabei abheben ist doch völlig egal und wenn man es richtig macht, werden die sich nur in den seltensten Fällen gleichmässig vom Boden lösen.
    Landen entsprechend umgekehrt. Senkrecht runter bis zum ersten Kontakt, gucken in welche Richtung er gehen will und dann simultan zum Belasten der Kufen diese Tendenz aussteuern damit er genau da bleibt, wo du ihn hinsetzen willst.
     
  11. #10 Spartacus, 23.07.2015
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    Stimmt schon. Aber mit geringer Flugerfahrung (wie bei mir) oder ungewohnten Mustern gelingt das eben nicht immer. Wenn es gelingt, dann heben auch die Kufen - bei ebenem Boden - gleichmäßig ab.
    Übrigens sollte man nicht zu langsam abheben und/oder aufsetzen, um das Risiko der Bodenresonanz nicht unnötig lange zu haben.
    Ist unangenehm und mir auch schon mal passiert. Wenn man weiß wie, ist das wenigstens einfach zu lösen: The only way´s up (wenn man genug rpm hat).


    Spartacus
     
  12. #11 Falco, 23.07.2015
    Zuletzt bearbeitet: 23.07.2015
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    Hallo HHS,

    In meinen alten BO-105 Trainingsunterlagen ist das so erklärt:
    During forward flight, the rotor tip path must be tilted forward. Experience has shown that the best possible tip path plane in cruise is tilted 10° forward. This would cause a 10° downward tilt of the fuselage.
    To prevent excessive increase of the air resistance, the main transmission is installed with a 3° tilt. This causes only a 7° nosedown angle of the fuselage, while the tip path plane is tilted 10°.

    Bei der BK-117 und EC 135 ist das Getriebe mit 5° offset (nach vorne) eingebaut

    Eine ausführliche Erläuterung ist im Buch "Helicopter Aerodynamics" von R.W. Prouty, Chapter 3, Forward Flight Performance unter Trim Conditions zu Finden.
     
  13. #12 Spartacus, 23.07.2015
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    Ja, das sind die grundsätzlichen Einflüsse auf die pitch attitude im Schwebeflug.
    Dazu kommen dann noch konkrete Ausstattungen und die Beladung, die die Schwerpunktlage noch mal verändern.

    Spartacus
     
  14. #13 zwischennetz, 23.07.2015
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    Wir haben doch weiter oben schon etabliert, dass ein Hubschrauber in der Praxis sowohl in Längs- als auch in Querrichtung im Schwebeflug hängt bzw. die Kufen eben nicht parallel zum Boden sind. Somit können die Kufen auch nicht gleichmäßig abheben, wenn man ohne Drift sauber senkrecht nach oben geht.
     
  15. HHS

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    Danke allen erstmal für die Antworten!

    Trotzdem gibt es da eben irgendwo einen Denkfehler....:confused:
    Danke für den Buchtipp. Der Grund warum der Rotormast nach vorne gekippt ist, war mir bewusst.
    Bei der BO105 ist das auch in der Tat schön zu sehen.

    Das erklärt aber nicht, warum im Schwebeflug die EC135/H135 bis zu 7° (Kufen zu Boden) nach hinten gekippt schwebt.

    Dabei ist das eigentlich einfachste Mathematik der Grundschule:
    Siehe hier die Ec135/H135: http://www.x-plane.com/adventures/ec135/ec135.JPG

    Rotor im Vergleich zum Rumpf 5° nach vorne gekippt.
    Rumpf aber im Vergleich zum Boden 3,5° nach hinten gekippt.

    Das heißt der Rotor steht im Vergleich zum Boden nur 1,5° nach vorne gekippt. Schwebt der Heli, so sollte er eigentlich bei neutralen Schwerpunkt auch nur um 1,5° (Kufen - Boden) nach hinten gekippt schweben.

    Diverse Videos und eigene Beobachtungen zeigen, das dies nicht der Fall ist. So großer Einfluss des Schwerpunktes? Und Rotorabwind? Darüber rätsle ich die ganze Zeit....
     
  16. #15 Jacobsthaler, 23.07.2015
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    Das wäre nun die Frage... Deine Quelle spricht von "hover attitude", wie auch immer er dies definiert. Ich vermute mal er bezieht sich darauf, was der Attitude Indicator im Schwebeflug anzeigt, denn das sind tatsächlich i.d.R. um die 7 oder 8°.
    Die 135 zeigt allerdings auf halbwegs ebenem Untergrund im Stand bereits um die 3° nose-up an. Die angezeigte Attitude enspricht also nicht der Lage der Kufen sondern (wenn es diese von dir genannten 3,5° sind, ich habe einen genauen Zahlenwert noch nirgends gefunden) des Rumpfes zum Boden. Wenn man dann 5° Neigung des Rotormastes addiert ist man rein rechnerisch bei 8,5°.

    Ich hoffe ich habe da jetzt keinen Denkfehler, aber es scheint tatsächlich simpelste Mathematik zu sein. :angel:
     
  17. #16 Spartacus, 23.07.2015
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    Hm,

    neben den von mir bereits genannten Dingen müsste ich jetzt auch erst bei Prouty oder Coyle (Cyclic and Collective, 2009) nachschlagen.

    Aber wenn Dein Englisch ausreichend ist, frag doch direkt bei pprune.org im Unterforum Rotorheads. Da treibt sich auch Shawn gelegentlich rum. Kompetentere Antworten wirst Du kaum kriegen können.

    Spartacus
     
  18. arneh

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    Ein Faktor, der noch dazu kommt, ist, das die Triebwerke einen gewissen Vorwärtsschub erzeugen, der ausgeglichen werden muss. Dazu kommt noch (als allerdings kleiner Faktor) vom Heckstabilisator abgeleiteter Luftstrom nach hinten. Beide Komponenten liefern Vorwärtsschub und müssen für eine Standschwebe mit leicht nach hinten geneigter Rotorkreisebene ausgeglichen werden. Das könnte so die Hausnummer 2°+/- sein. Zusammen mit dem geneigten Mast und dem Herunterdrücken des Hecks durch das Auftreffen des Luftstroms auf den weit vom Schwerpunkt entfernten Stabilisator ist man dann eigentlich schon in der Größenordnung.
     
  19. #18 gonogo101, 24.07.2015
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    Ich beobachte nahezu täglich den Hubschrauberflugbetrieb mit Sea Lynx, Sea King und dem EC135. Dabei sind meine Beobachtungen eher so, dass im Landeanflug, d.h. im gelegentlich auch mal etwas zügigerem Sinkflug die Nase teils erheblich nach oben zeigt. Im Hover hingegen und im langsamen Vorwärtsflug, wenn sie dann ihre Landeposition aufsuchen, zeigen sich alle Muster gleichermaßen eben, also Lfz-Längsachse parallel zum Boden, wenn ich das mal so laienhaft sagen darf.
    Meiner Meinung, und da sollte man die Piloten mal fragen, hat das hochnäsige Verhalten eher was mit der Kontrolle des HC im Sinkflug zu tun, als bspw. mit dem Restschub der Triebwerke (beträgt beim Lynx ca. 5%), der ja nicht immer nach hinten wirkt. Den Restschub als Teil der Ursache möchte ich sogar ausschließen.
    Tendenziell, würde ich sagen, neigt der Hubschrauber dazu, die Nase runterzunehmen, bspw. beim Übergang vom Hover zum Vorwärtsflug kann man das manchmal gut sehen. Also würde ich "Nase hoch" auch als Sicherheitsmaßnahme sehen. Vielleicht hat das ja auch was mit der Trägheit der Masse unter dem Rotordrehkreis zu tun, dass man lieber "Nase hoch" fliegt als mit Schwung Nose down in die Wiese.
     
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  21. Thone

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    Moin.

    Beim Sink- und Landeanflug muss die Nase hoch, um die Vorwärtsfahrt abzubauen.
    Bedenken muss man, dass die Zelle immer nur einen Anhalt bietet, wesentlich wichtiger ist die Rotorebene, also die Fläche, die von den Rotorblättern bestrichen wird. Der Einfachheit halber betrachtet man das als Ebene.
    Die Steuereingaben erfolgen ja über die Taumelscheibe auf den Hauptrotor. Die Ebene neigt sich, die Zelle folgt nur.
    Vorwärtsfahrt erzeuge ich, indem ich den Auftriebsvektor, also den senkrechten Vektor mittig durch die Ebene, nach vorne neige. Damit baue ich Fahrt auf (übrigens in jede Richtung).
    Will ich die Fahrt jetzt verringern (zB Anflug und Landung), neige ich die Ebene nach hinten. Demnach muss die Zelle die Nase hoch nehmen, mit einer leichten Verzögerung.

    Zum Schwebeflug: Im Hover wird fast jeder Hubschrauber (selbst Chinook zB) mit der Nase nach oben stehen. Der Schub der Triebwerke mag mit reinspielen, der dürfte aber durch den Abwind (Downwash) schnell abgelenkt werden und weniger eine Rolle spielen.
    (Zum Chinook: Da Hubschrauber eigentlich immer im Wind stehen, wird der Abwind eben nach hinten gelenkt und verstärkt somit den Effekt. Dies obwohl er ja eigentlich 2 Abwinde produziert, die die Zelle treffen und eben nicht nur hinten).

    Zumindest bei den größeren Hubschraubern spielt tatsächlich der Rotorabwind eine große Rolle. Dieser trifft den Heckausleger, die Fluglage geht in Richtung "nose up".
    Gerade bei Hubschraubern wie dem Sea King, der CH-53 und dem NH-90 mit entweder einem großen Stabilisator am Heck (King und NH-90) oder einer großen Fläche auf dem Heckausleger (CH-53) macht sich das deutlich bemerkbar.
    Um diesem permanenten "Problem" zu begegnen neigt man die Hauptrotorebene nach vorne, zwischen etwa 2 und 5 Grad sind mir schon begegnet.

    (Wie das alles bei der EC-135 aussieht, kann ich nicht sagen. Groß ist die Finne ja nur in der Vertikalen, trotzdem ist der Hauptrotor ja auch geneigt.)

    Beim langsamen Vorwärtsflug ist die "Attitude" dann fast "flach", das reicht schon um Fahrt aufzunehmen.
    Will ich diesen Prozess beschleunigen, muss ich die Nase eben weiter nach unten drücken. Wenn ich dann noch etwas mehr Leistung ziehe, halte ich die Höhe und beschleunige.

    Also: Ohne "Nase hoch" kann ich die Fahrt nicht verringern. Ohne "Nase runter" kann ich nicht beschleunigen. Die Neigung im Schwebeflug ist gegeben und kann nur in engen Grenzen beeinflusst werden, indem ich zB den Schwerpunkt verlagere. Hier sind Hubschrauber aber sehr empfindlich und erfordern dann sofort nach dem Abheben Korrektureingaben.

    Thomas
     
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  22. #20 Caïman, 25.07.2015
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    Salut,

    wie sieht es eigentlich mit dem auftretenden Drehmoment um die Heckrotorachse aus? Würde die Leistung erhöht (Collective) müsste für den Drehmomentausgleich des Hauptrotors der Schub des Heckrotors vergrößert werden. Das auftretende Moment um die Heckrotorachse müsste über den Heckausleger auch Auswirkungen auf die Quer/Nickachse haben?
     
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