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Category:	Theory of Flight
Content source:	SKYbrary
Content control:	Luftpiloten

Hubschrauber-Autorotation

Definition

Autorotation ist eine Bedingung für den Hubschrauberflug dabei wird der Hauptrotor eines Hubschraubers nur durch aerodynamische Kräfte ohne Kraft vom Motor angetrieben. Es handelt sich um ein Manöver, bei dem der Motor vom Hauptrotorsystem getrennt wird und die Rotorblätter ausschließlich durch den Luftstrom nach oben durch den Rotor angetrieben werden. Mit anderen Worten, der Motor versorgt den Hauptrotor nicht mehr mit Strom. Ein Vektor des Rotorschubs in einem Hubschrauber wird verwendet, um im Motorflug Vorwärtsschub zu geben; Wenn es also keine andere Schubquelle in einem Hubschrauber gibt, muss er in Autorotation absteigen.

Autorotation nach Triebwerks- oder Heckrotorausfall

Der häufigste Grund für eine Autorotation ist ein Triebwerksausfall (oder Ausfall beider Triebwerke bei einem zweimotorigen Hubschrauber), aber Autorotationen können auch im Falle eines vollständigen Heckrotorausfalls durchgeführt werden, da bei der Autorotation praktisch kein Drehmoment erzeugt wird. (Obwohl in diesem Fall der Motor in der Endphase des Anflugs abgeschaltet werden muss, um eine Reaktion des Motordrehmoments während der Landung zu verhindern.)

Wenn der Motor ausfällt, schaltet die Freilaufeinheit den Motor automatisch vom Hauptrotor ab, sodass sich der Hauptrotor frei drehen kann. Im Wesentlichen schaltet die Freilaufeinheit immer dann aus, wenn die Motordrehzahl (ERPM) kleiner als die Rotordrehzahl (RRPM) ist.

Der Hersteller gibt für jeden Hubschraubertyp eine Mindest- und Höchstdrehzahl an. Der normale Drehzahlbereich ist auf dem Drehzahlmesser als grüner Bogen markiert, wobei die zulässigen Warnbereiche gelb oder bernsteinfarben markiert und von einer roten Markierung umschlossen sind, die das zulässige Minimum und Maximum angibt.

Zum Zeitpunkt des Motorausfalls erzeugen die Hauptrotorblätter durch eine Kombination aus Anstellwinkel und Geschwindigkeit Auftrieb und Schub. Wenn die Motorleistung ausfällt, verringert die Widerstandskomponente schnell die Rotordrehzahl. Das Flughandbuch legt eine minimale Drehzahl fest, unter der es bei einer Verringerung der Rotordrehzahl unmöglich sein kann, die Drehzahl auf einen Flugwert zurückzusetzen: Der Rotor bleibt vollständig stehen und hört auf sich zu drehen. Der Pilot muss daher, wenn die Motorleistung ausfällt, sofort die kollektive Steigung reduzieren (und somit sowohl den auftriebsinduzierten als auch den Blattprofilwiderstand verringern), wodurch der Hubschrauber sofort absinkt und somit einen Luftstrom nach oben durch das Rotorsystem erzeugt. Diese Aufwärtsströmung von Luft durch den Rotor ändert den Auftrieb und die Widerstandsvektoren entlang der Spannweite der Schaufeln, um einen Innenbordabschnitt zu erzeugen, in dem der Widerstand in der Rotationsebene der Schaufeln wirkt: und hält sie so in Drehung. Dies bietet ausreichend Schub, um die Rotordrehzahl während des Abstiegs aufrechtzuerhalten und gleichzeitig einen gewissen Auftrieb zu erzeugen. Dennoch Sinkraten in Autorotation sind in der Regel 1500-2000 fpm in vielen Hubschraubern, und kann in einigen höher sein. Da der Heckrotor während der Autorotation vom Hauptrotorgetriebe angetrieben wird, bleibt das Gleichgewicht wie im normalen Flug erhalten.

Während der Autorotation hält der Luftstrom durch die Rotoren die Drehzahl aufrecht

Mehrere Faktoren beeinflussen die Sinkgeschwindigkeit bei der Autorotation: Dichtehöhe, Bruttogewicht, Fluggeschwindigkeit und Rotordrehzahl (U / min):

• In Höhen mit hoher Dichte ist die Sinkgeschwindigkeit höher, da die Luft weniger dicht ist.

• Hohe Bruttogewichte erhöhen sowohl die Sinkgeschwindigkeit als auch die U / min.

• Bei IAS unterhalb der empfohlenen Mindestabstiegsrate IAS liegt die Drehzahl am unteren Ende des zulässigen Bereichs und bei höheren IAS kann die Drehzahl am oberen Ende des zulässigen Bereichs liegen.

Die primäre Steuerung der Sinkgeschwindigkeit ist die Fluggeschwindigkeit. Höhere oder niedrigere Luftgeschwindigkeiten werden mit zyklischer Stocksteuerung der Nicklage erhalten, genau wie im normalen Flug.

Theoretisch hat der Pilot die Wahl zwischen Luftgeschwindigkeiten, um den Abstiegswinkel zu variieren, von einem vertikalen Abstieg bis zur maximalen Reichweite, die der minimale Abstiegswinkel ist. Die Sinkgeschwindigkeit ist bei Nullfluggeschwindigkeit hoch und sinkt bei den meisten leichten und mittleren Hubschraubern auf ein Minimum von etwa 50 bis 70 Knoten, abhängig vom jeweiligen Hubschraubertyp und den gerade genannten Faktoren.

Wenn die Fluggeschwindigkeit über die minimale Sinkgeschwindigkeit hinaus zunimmt, nimmt die Sinkgeschwindigkeit wieder zu. Solche Bedingungen können zu einer zusätzlichen Reichweite bei der Autorotation führen, und wenn die Drehzahl mit zunehmender Fluggeschwindigkeit ansteigt, kann die Drehzahl auf einen reduzierten Wert (innerhalb der Flughandbuchgrenzen) gesteuert werden, indem eine zusätzliche kollektive Tonhöhe verwendet wird: Dies maximiert normalerweise die Reichweite.

In ähnlicher Weise neigt die DREHZAHL aufgrund der erhöhten Blattbelastung dazu, anzusteigen, und der Pilot muss möglicherweise kleine Erhöhungen der kollektiven Steigung verwenden, um die Drehzahl innerhalb der vom Hersteller angegebenen Grenzen zu halten.

Bei der Landung aus einer Autorotation wird die in den rotierenden Schaufeln gespeicherte Energie verwendet, um die Sinkgeschwindigkeit zu verringern und eine weiche Landung durchzuführen. Zum Stoppen eines Hubschraubers mit hoher Sinkgeschwindigkeit ist eine größere Menge an Rotorenergie erforderlich als zum Stoppen eines Hubschraubers, der langsamer absteigt. Daher sind autorotative Abfahrten bei sehr niedrigen oder sehr hohen Luftgeschwindigkeiten kritischer als solche, die bei der minimalen Sinkfluggeschwindigkeit durchgeführt werden.

Zusätzlich wird es eine Geschwindigkeit in der Autorotation geben, oberhalb derer sich die hinteren Schleppabschnitte der Rotorblätter entlang der Blattspannweite so weit erstrecken, dass der Rotor jetzt beginnt, sich deutlich zu verlangsamen. Diese Fluggeschwindigkeit wird normalerweise als Flughandbuch-Fluggeschwindigkeitsbegrenzung für die Autorotation ausgedrückt. Da die Drehzahl bei einer Null-Fluggeschwindigkeit oder einer niedrigen Fluggeschwindigkeitsautorotation auf ihrem niedrigsten Wert liegt und es keine effektive Fluggeschwindigkeit für ein Flare-Manöver vor dem Aufsetzen gibt (siehe unten), kann es zu einer unzureichenden Trägheit im Rotorsystem kommen, um die Sinkgeschwindigkeit vor dem Aufsetzen zu zerstreuen. Dies ist insbesondere bei Hubschraubern mit Rotorsystemen mit geringer Trägheit der Fall, wie z. B. R22, Rotorway-Modelle, Enstrom-Modelle und einige andere. Zweitens versetzt die Range Speed Autorotation den Hubschrauber in eine Konfiguration, die rechtzeitig geändert werden muss, damit der Pilot eine autorotative (oder Motor-Off) Landung durchführen kann. Der Hubschrauber muss auf eine geeignete Bodengeschwindigkeit für die Landung und den Bodenlauf entlang des Landeplatzes entweder auf seinem Kufen- oder Radfahrwerk abgebremst werden.

Die praktische Anwendung des Autorotationstrainings ist analog zur ‚Praxis der Zwangslandung ohne Kraft‘, die von Flugzeugpiloten durchgeführt wird. Genau wie im Flugzeugfall kann der Hubschrauberpilot einfach die Kraft erneut anwenden, um eine Umdrehung in jeder Höhe einzuleiten, und (außer in Fällen, in denen der Gashebel vom Piloten in Koordination mit einer Anwendung der kollektiven Tonhöhe betätigt werden muss) In den meisten Fällen geht es einfach darum, den kollektiven Hebel anzuheben und die Steigkraft mit einer geeigneten Einstellung der Tonhöhe einzustellen.

Während der Autorotation bleibt der Hubschrauber vollständig manövrierfähig, und eine Kombination von Drehungen und / oder Fluggeschwindigkeitsänderungen kann verwendet werden, um die Flugbahn anzupassen und das Flugzeug zu einem geeigneten Landeplatz zu manövrieren.

Autorotationen zu Touch-Down- oder Engine-Off-Landungen (EOL) werden in fast allen einmotorigen Hubschraubern routinemäßig praktiziert und sind ein erforderliches Manöver für Fähigkeitstests. Bei der Durchführung von EOL-Schulungen verzögert der Ausbilder oder Prüfer die Drosselklappe oder hemmt das Motorregelsystem, so dass der Motor im Leerlauf bleibt, wenn der Kollektivhebel angehoben wird. Diese Manöver werden daher als simulierte Engine-Off-Landungen (SEOL) bezeichnet, da der Motor nicht tatsächlich abgeschaltet wird.

Autorotative Landetechnik

Wenn Drehungen durchgeführt werden, um die gewählte Landefläche zu erreichen, sollte das Ziel immer darin bestehen, dass der Hubschrauber spätestens 300 ft agl in stetiger Autorotation mit der empfohlenen IAS (die normalerweise einige Knoten höher ist als die minimale Sinkrate IAS, um die Vorteile der Fackel zu maximieren, wie unten erläutert) mit der Landefläche in einer Reihe steht. In einer geeigneten Höhe (typischerweise zwischen 40 und 100 ft je nach Hubschraubertyp) wird die Fluggeschwindigkeit auf eine angenehme Geschwindigkeit für eine Auflauflandung reduziert, wobei eine verzögernde, Nose-Up-Flare-Haltung verwendet wird. Die Fackel hat den Vorteil, sowohl die Vorwärtsgeschwindigkeit zu reduzieren als auch die Drehzahl während der Fackel zu erhöhen, was die gespeicherte Energie im Rotor erhöht: notwendig, um den Touchdown abzufedern. Der zusätzliche Auftrieb, der während der Fackel erzeugt wird, reduziert die Sinkgeschwindigkeit. Die Geschwindigkeit beim Aufsetzen und der daraus resultierende Bodenlauf hängen von der Geschwindigkeit und Menge der Fackel ab. Je größer der Flare-Grad und je länger er gehalten wird, desto langsamer ist die Touchdown-Geschwindigkeit und desto kürzer ist der Bodenlauf. Je langsamer die gewünschte Geschwindigkeit beim Aufsetzen ist, desto genauer muss das Timing und die Geschwindigkeit der Fackel sein, insbesondere bei Hubschraubern mit Rotorsystemen mit geringer Trägheit.

Da die Fackel normalerweise die Drehzahl erhöht, kann der Pilot (außer bei Hubschraubern mit Rotorsystemen mit geringer Trägheit) den Kollektivhebel am Ende der Fackel leicht anheben. (Die kleine Erhöhung der kollektiven Tonhöhe wird oft als ‚Check‘ bezeichnet.) Dies hat den Effekt, dass ein Teil der zusätzlichen U / min verwendet wird, um einen zusätzlichen Rotorschub zu erzeugen, der sowohl die Sinkgeschwindigkeit verringert als auch mehr Verzögerung bewirkt, da der Rotorschub entgegen der Richtung der Vorwärtsbewegung wirkt.

Die ausgestellte Haltung kann nicht bis zum Aufsetzen gehalten werden, da sonst das Heck des Hubschraubers zuerst auf den Boden trifft. Sobald die Fackel abgeschlossen ist, muss der Pilot vor dem Aufsetzen mit dem Steuerknüppel eine ebene Tonhöhe auswählen.

In den letzten Stadien der EOL befindet sich der Hubschrauber in der ebenen Haltung, mit einer relativ niedrigen Vorwärtsfluggeschwindigkeit und mit nur der verbleibenden Trägheit im Rotor, um den Piloten bei einem sanften Aufsetzen zu unterstützen. Der Pilot muss den kollektiven Hebel anheben, um einen Teil oder die gesamte verbleibende Auftriebsenergie im Rotorsystem zu nutzen, um den Touchdown abzufedern.

Es ist wichtig, dass die Arme und Pedale während der Fackel und Landung koordiniert sind, damit der Hubschrauber geradeaus aufsetzt. Nach dem Aufsetzen sollte der zyklische und kollektive Hebel erst bewegt werden, wenn der Landungslauf abgeschlossen ist und der Hubschrauber zum Stillstand kommt. Die Gierpedale sollten jedoch bei Bedarf verwendet werden, um sicherzustellen, dass die Bodenrolle gerade bleibt.

Luftübung: Straight-In-Autorotation zu EOL

Autorotationstechnik

Eine Straight-In-Autorotation zu SEOL wird häufig verwendet, um die letzten Phasen einer Touchdown-Autorotation zu üben. Angesichts der Tatsache, dass in einer Praxis erzwungene Landung das Ziel ist, immer Flügel-Ebene und an der empfohlenen IAS für eine EOL von 300 ft agl zu sein, von diesem Punkt an das Verfahren, und insbesondere Energiemanagement der RRPM, ist in der Regel die gleiche.

Siehe Abbildung oben (Position 1). Vom ebenen Flug mit der vom Hersteller empfohlenen Fluggeschwindigkeit über 500 Fuß AGL und in den Wind, sanft, aber fest, senken Sie den kollektiven Pitchhebel in die volle Down-Position und halten Sie die Drehzahl im grünen Bogen.

Koordinieren Sie die kollektive Bewegung mit den Gierpedalen, um das Gleichgewicht zu halten, und passen Sie mit dem Steuerknüppel die Nicklage an, um die gewünschte Fluggeschwindigkeit auszuwählen und aufrechtzuerhalten. In Hubschraubern mit Kolbenmotor, sobald das Kollektiv vollständig abgesenkt ist, Drosselklappe verringern, um eine saubere Aufteilung der Nadeln zu gewährleisten. Stellen Sie nach dem Aufteilen der Nadeln die Drosselklappe neu ein, um ERPM über der normalen Leerlaufdrehzahl zu halten, jedoch nicht hoch genug, um ein erneutes Verbinden der Nadeln zu verursachen. Der Hersteller empfiehlt häufig, das ERPM einzustellen. Verschiedene Triebwerksmanagementtechniken können im Flughandbuch für Turbinentriebwerkshubschrauber und andere mit Triebwerksregelungssystemen angegeben werden.

An Position 2 sollte sich das Flugzeug in der Autorotation mit dem empfohlenen autorotativen IAS befinden, mit IAS stetig, RRPM im grünen Sektor und mit dem Hubschrauber im Gleichgewicht. Bei ungefähr 40 bis 100 Fuß über der Oberfläche oder in der vom Hersteller empfohlenen Höhe (Position 3) wird die Fackel gestartet, wobei eine verzögernde Haltung mit ausreichendem hinteren zyklischen Stock gewählt wird, um die Vorwärtsgeschwindigkeit zu verringern und die Sinkgeschwindigkeit zu verringern. Bei der Ausführung der Fackel ist darauf zu achten, dass der Steuerknüppel nicht so abrupt nach hinten bewegt wird, dass der Hubschrauber steigt, und dass er auch nicht zu langsam bewegt wird, da dann nur ein geringer Fackeleffekt auftritt, um den Abstieg zu stoppen. Das Flare kann ein einmaliges Manöver zu einer definierten Nose-Up-Pitch-Haltung sein oder schrittweise angewendet werden, um jedoch eine extreme Pitch-Haltung zu vermeiden. Die U / Min sollte während des Aufflammens ansteigen, und eine deutliche Erhöhung der U / min ermöglicht es dem Piloten, eine kleine Aufwärtsbewegung (oder ‚Kontrolle‘) des Kollektivhebels auszuführen, um sowohl den Auftrieb als auch die Verzögerung mit dem Hubschrauber in der ausgestellten Haltung zu maximieren.

Wenn sich die Bodenfreiheit zwischen dem Hubschrauberheck und dem Boden verringert und die Vorwärtsgeschwindigkeit auf ein scheinbar schnelles Läufertempo abgenommen hat (Position 4), wird der Hubschrauber vorwärts bewegt, um den Hubschrauber in die ebene Rumpflage für die Landung zu bringen. Die Höhe sollte zu diesem Zeitpunkt ungefähr 8 bis 15 Fuß AGL betragen, abhängig von der vom Hersteller empfohlenen Höhe. Extreme Vorsicht ist geboten, um eine übermäßige Nose High- und Tail Low-Haltung unter 10 Fuß zu vermeiden.

An diesem Punkt bleibt nur die verbleibende Trägheit im Rotorsystem, um Auftrieb zu geben, und der Hubschrauber wird mit niedriger Vorwärtsgeschwindigkeit absteigen (Position 5). Der Pilot muss die Steigung nach Bedarf erhöhen, um den Abstieg zu überprüfen und die Landung abzufedern. Die Gierpedale werden verwendet, um den Kurs beizubehalten, wenn die kollektive Tonhöhe erhöht wird, aufgrund der Verringerung der Drehzahl und der daraus resultierenden reduzierten Wirkung des Heckrotors.

Nach dem Aufsetzen und nachdem der Hubschrauber vollständig zum Stillstand gekommen ist, wird der Kollektivhebel in die volle Position abgesenkt. Es sollte nicht versucht werden, den Vorwärtslauf mit Achternantrieb zu stoppen, da die Hauptrotorblätter bei niedrigen Drehzahlen auf den Heckausleger treffen können. Vielmehr wird durch leichtes Absenken des Hubschraubers während des Bodenlaufs mehr Gewicht auf das Fahrwerk gelegt, wodurch der Hubschrauber verlangsamt wird.Um die EOL-Technik aus einer stationären Autorotation bei den empfohlenen IAS zusammenzufassen: FLARE (oder F-L-A R-E), CHECK (außer Rotorsystemen mit geringer Trägheit) und KISSEN.

Häufige Fehler bei der Autorotation

• Wenn die Leistung reduziert wird, wird kein ausreichendes Antitorque-Pedal verwendet.
• Abruptes Absenken der Nase bei Stromausfall. Das Entladen des Rotorsystems führt zu einem weiteren Verlust der Drehzahl, und die Beschleunigungslage kann zu einem übermäßigen Gewinn an IAS und einer Erhöhung der Sinkgeschwindigkeit führen.
• Während des Sinkflugs wird die Drehzahl nicht innerhalb der manuellen Fluggrenzen gehalten.
• Nichteinhaltung des empfohlenen IAS, bei dem die Fackel wirksam ist
• Abfackeln in der falschen Höhe.
• Abfackeln zu aggressiv oder nicht aggressiv genug.
• Beenden der Fackel zu hoch und / oder…..
  • ….anwendung des Aufwärtshebels in übermäßiger Höhe, was zu einer harten Landung, einem Verlust der Kurskontrolle und einer möglichen Beschädigung des Heckrotors und der Anschläge des Hauptrotorblatts führt.
• Fehler beim Nivellieren des Hubschraubers vor dem Aufsetzen.

Unfälle und Zwischenfälle

• AS32, unterwegs, Nordsee Norwegen, 1998: Am 20. Oktober 1998 erlitt ein Eurocopter AS332L Super Puma, der von Norsk HeliKopter AS betrieben wurde, in der Nordsee einen Motorschaden mit Autorotation und anschließendem Höhenverlust. Die Besatzung identifizierte den fehlerhaften Motor falsch und reduzierte die Leistung des verbleibenden wartungsfähigen Motors. Der Fehler wurde jedoch gerade rechtzeitig erkannt, damit die Besatzung die Kontrolle über den Hubschrauber wiedererlangen konnte.

• Wake Vortex Generation von Hubschraubern
• Vortex Ring
• Hubschrauber SMS Toolkit
• Offshore Helicopter Safety Review 2014 UK CAA

Weiterführende Literatur

• H-8083-21A: „Helicopter Flying Handbook“; FAA, 2012