1. Die Geschichte des Hubschraubers 1.1 Der Flugkreisel

Transkript

1 1. Die Geschichte des Hubschraubers 1.1 Der Flugkreisel Abbildung 6: Leonardo da Vinci und seine Hubschrauberskizze. Am Anfang der Hubschrauberentwicklung steht der chinesische 'Flugkreisel'. Er wurde um das Jahr 400 v.chr. erfunden und bestand aus einem Stock, an dessen Ende ein Propeller befestigt war. Der Stock wurde schnell in der Hand gedreht und dann in der Luft losgelassen. Die heutigen Spielzeugkreisel stehen dem chinesischen Flugkreisel sehr nahe; sie werden allerdings meist mit Hilfe einer Schnur in Drehung versetzt. Ende des 15. Jahrhunderts skizzierte Leonardo da Vinci eine Maschine, die mit Hilfe eines schraubenförmigen Propellers vertikal fliegen sollte (siehe Abbildung ). 1.2 Drillantriebe und Dampfmaschinen Im Laufe des 18.Jahrhunderts entwarfen sowohl der Russe Mikhail V. Lomonosov als auch die Franzosen Launoy und Bienvenu und der Engländer Sir George Cayley verschiedene Hubschraubermodelle, unter anderem mit Antrieben in Form gedrillter Gummistränge und zweier Rotoren, die sich in gegensätzliche Richtungen drehten. Gegen Ende des 19. Jahrhunderts experimentierte man erneut mit dem Hubschrauberflug. Das große Problem war, einen Antrieb zu finden, der so wenig wog, daß er das eigene Gewicht mit hochheben konnte. Verschiedene Versuche wurden unternommen, einen dampfgetriebenen Hubschrauber zu konstruieren, so zum Beispiel von dem Engländer W.H. Phillips, der 1842 ein Modell baute, das 10 Kilo wog. Auch der Franzose Viscomte de Ponton d'amecourt baute 1863 ein

2 kleines Modell. Von ihm stammt die Bezeichnung 'Helicopter'. Der Italiener Enrico Forlanini baute 1878 ein Modell mit nur 3,5 Kilo Gewicht, das tatsächlich fliegen konnte. Auch Thomas Edison experimentierte mit Hubschraubermodellen, aber er kam zu dem Schluß, daß es unmöglich sei, einen funktionierenden Hubschrauber zu bauen, ehe nicht ein Antrieb gefunden wäre, der leichter und stabiler als die Dampfmaschine wäre. 1.3 Der Verbrennungsmotor Um die Jahrhundertwende wurde der Verbrennungsmotor erfunden. Dadurch öffneten sich für die Luftfahrt ganz neue Perspektiven baute der Franzose Renard einen Hubschrauber mit zwei nebeneinandergestellten Rotoren flog der 'Gyroplan 1' von Breguet und Richet mit einem Passagier eine Minute lang in einem Meter Höhe. Er war am Boden verankert, hatte vier Rotoren jeder mit vier doppelten Rotorblättern - und einen 45-PS-Vergasermotor. Etwa zur selben Zeit baute ein anderer Franzose namens Cornu einen Doppelrotor-Hubschrauber mit zwei Segeltuchrotorblättern je Rotor und einem 24-PS-Motor. Das Modell flog 20 Sekunden in 30 cm Höhe, trug einen Piloten und war nicht am Boden verankert bauten die amerikanischen Brüder Emile und Henry Berliner einen zweimotorigen Hubschrauber, der einen Piloten trug und nicht verankert war konstruierte der Russe Igor Sikorsky einen Hubschrauber, der zwar 180 Kilo hochheben konnte, aber außer seinem eigenen Gewicht nicht mehr das eines Piloten tragen konnte. Nachdem er sich einige Zeit damit beschäftigt hatte, gab Sikorsky das Projekt auf und begann, Flugzeuge in Rußland und den U.S.A. zu bauen. Bereits zu dieser Zeit konstruierte Boris N. Yuriev in Rußland einen Hubschrauber mit einem großen Hauptrotor und einem kleineren Heckrotor, der das Drehmoment neutralisieren sollte (heute das vorherrschende Modell); er ist aber niemals geflogen. Yuriev wurde später Leiter der sowjetischen Hubschrauberentwicklung. In Österreich schließlich gelang es Petroczy und von Kármán, einen Beobachtungshubschrauber zu bauen, der sich in 50 Meter Höhe erhob, vollbeladen und am Boden verankert. 1.4 Die Zeit zwischen den Weltkriegen Im Laufe des ersten Weltkriegs und im unmittelbaren Anschluß daran wurden bessere und leichtere Benzinmotoren entwickelt. Damit verlagerte sich das Problem der Hubschrauberkonstrukteure. Die Frage war nun nicht mehr, wie der Hubschrauber zum Abheben vom Boden gebracht werden konnte. Jetzt ging es darum, einen Weg zu finden, seinen Flug tatsächlich steuern zu können konstruierte George de Bothezat in den U.S.A. einen Hubschrauber mit vier Rotoren, an jeder 'Ecke' einen. Das Modell wurde dadurch gesteuert, daß für jeden Rotor die kollektive Blattverstellung separat verändert werden konnte (siehe Abschnitt Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.). Es flog mehrfach mit Passagieren, wobei es eine Höhe von bis zu 6 Meter erreichte. Die 2

3 amerikanische Armee plante seine Produktion, gab aber den Plan wegen zu hoher Kosten später wieder auf. In Spanien entwickelte der Marquis Raul Pateras Pescara einen Hubschrauber mit zwei koaxialen Rotoren, die in gegenläufige Richtungen liefen (koaxial = auf einer Achse angebracht; diese Konstruktion wird bei den neuesten russischen Kampfhubschraubern angewandt und steht auch bei Modellen westlicher Staaten in der Erprobung). Er verwendete als erster die zyklische Blattverstellung zur Steuerung des Hubschraubers (siehe Abschnitt Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.). Der Hubschrauber stellte mit einem 736-Meter-Flug einen Rekord auf, war aber sehr labil. Im Zeitraum entwickelte der Niederländer von Baumhauer einen Hubschrauber mit einem Hauptrotor und einem vertikalen Heckrotor zum Neutralisieren des Drehmoments. Das Modell hatte separate Motoren für beide Rotoren. Dadurch ließ sich der Hubschrauber allerdings sehr schwer steuern. Die Synchronisation der zwei Motoren war kompliziert, und nach einem schwerem Absturz wurde das Projekt aufgegeben. Auch in Italien, Rußland und den U.S.A. wurden Modelle entwickelt. Aber bei allem Fortschritt, den man machte, stellte die Steuerungs- und die Stabilitätsproblematik immer noch ein ernstes Hindernis dar. Die Hubschrauber waren eigentlich nur für einen vertikalen Flug geeignet. 1.5 Der Autogiro (Tragschrauber) Abbildung 7: Ein Cierva Autogiro Zu dieser Zeit wurde der Autogiro erfunden. Die ersten Modelle in den 20er Jahren dieses Jahrhunderts stammten von dem Spanier Juan de la Cierva. Die Idee dabei war, den Auftrieb der Autorotation zu nutzen das heißt, daß der Rotor sich aufgrund seines Luftwiderstandes dreht und einfach den normalen Flügel durch einen leicht schräggestellten Rotor ohne Motorantrieb zu ersetzen. Wenn der Autogiro mit Hilfe eines normalen Propellermotors vorwärts bewegt wurde, 3

4 begann der Rotor sich zu drehen und die Maschine hob ab. Das Ergebnis war ein steuerbares Luftfahrzeug bei den damaligen Hubschraubern immer noch ein Problem -, das auch mit sehr geringer Geschwindigkeit gleiten konnte. Die ersten Modelle neigten im Flug zum 'Stottern', da die Luft asymetrisch durch den Rotor strömte. Man behob das Problem, indem man die Rotorblätter so einhängte, daß sie sich leicht dem Luftstrom anpaßten. Seine vergleichbar einfache Mechanik und die gute Flugfähigkeit machten den Autogiro sehr beliebt. Über 500 Stück des Modells Cierva C6 wurden produziert, viele von Lizenzbetrieben in Großbritannien, Frankreich, Deutschland, Rußland und den U.S.A. Im Gegensatz zu normalen Flugzeugen war der Autogiro in der Lage, mit sehr geringer Geschwindigkeit weiterzufliegen. Aber er konnte nicht schweben und vertikal starten oder landen wie ein Hubschrauber. 1.6 Focke und Sikorsky Abbildung 8: Igor Sikorsky in seinem VS Während der Autogiro seine Blütezeit erlebte, setzte man andernorts die Entwicklung des Hubschraubers fort bauten Breguet und Dorand einen Hubschrauber mit zwei koaxialen Rotoren und drehbaren Rotorblättern, der mit Hilfe zyklischer Blattverstellung und eines unterschiedlichen Drehmomentes der beiden Rotoren gesteuert wurde. Diese Maschine konnte mit 45 Stundenkilometern in 158 Meter Höhe über eine Stunde fliegen konstruierte E.H. Heinrich Focke einen Hubschrauber mit zwei nebeneinanderliegenden Rotoren, der mittels zyklischer und kollektiver Blattverstellung gesteuert wurde. Er erreichte neue Rekordmarken in der Geschwindigkeit (122,5 Stundenkilometer), Flughöhe (2440 m) und Flugdauer (1 Stunde 21 Minuten). Während des zweiten Weltkriegs entwickelten Focke und 4

5 Achgelis daraus das Modell Fa-223, das 1941 einsatzbereit war. Es konnte bis auf 5000 Meter Höhe aufsteigen, hatte eine Reisegeschwindigkeit von 120 Stundenkilometer und konnte sechs Passagiere und 900 Kilo Last bis zu 300 Kilometer befördern begann Igor Sikorsky in Amerika erneut, Hubschrauber zu konstruieren, diesmal mit größerem Erfolg gründete er die Sikorsky Aircraft Co., 1941 war die Entwicklung seines Modells VS-300 abgeschlossen. Sein Hubschrauber war, wie die meisten der modernen Modelle, mit einem großen Hauptrotor mit drei Blättern und einem kleinen Heckrotor zur Steuerung des Drehmoments und der Richtung ausgestattet. Im Gegensatz zu Baumhauers Modell, das über einen separaten Motor für jeden Rotor verfügte, besaß der VS-300 nur einen Motor für beiden Rotoren. Dadurch gewann die Konstruktion erheblich an Stabilität. Die Steuerung ähnelte der heute üblichen: Ein Steuerknüppel, Pedalen und ein Griff, mit dem die kollektive Blattverstellung und die Kraftstoffversorgung des Motors kontrolliert wurde (Bei einem modernen Hubschrauber wird die Kraftstoffversorgung allerdings automatisch gesteuert, so daß die Umdrehungszahl pro Minute konstant bleibt). In 1942 gelangte der verbesserte Nachfolger des VS-300, der R-4, zur Einsatzreife; hunderte davon wurden während des Krieges gebaut. Sikorsky experimentierte auch mit einer Konstruktion mit zwei Rotorblättern, fand aber, daß sie zu unsicher sei. 1.7 Nach dem zweiten Weltkrieg Abbildung 9: Ein Sikorsky R-4. Der Sikorsky R-4 gilt allgemein als erster voll funktionstüchtiger Hubschrauber. Er war sehr einfach konstruiert und leicht zu handhaben und wurde in großer Stückzahl produziert. Eigentlich war Focke mit seinem Hubschrauber Sikorsky voraus gewesen, aber er konnte sein Projekt wegen des Krieges Anfang der 40er Jahre nicht fortführen. Nachdem Sikorskys seinen Erfolg gelandet hatte, entwickelte Lawrence Bell (Bell Helicopter Company) einen zweiblättrigen Hubschrauber, den Bell Modell 47, 5

6 der die erste ordentliche Flugzulassung in den U.S.A. erhielt entwickelte dann Frank N. Piasecki den PV-3 mit zwei dreiblättrigen Tandemrotoren. Aus Piaseckis Unternehmen entstand die Boeing Vertol Company, die noch heute Hubschrauber nach diesem Prinzip herstellt. In Frankreich konstruierte Breguet 1946 ein funktionsfähiges Koaxialmodell, den G-II E. In Rußland baute Kamov den Koaxial-Hubschrauber Ka-15. Den nächsten Schritt nach vorne brachte die Entwicklung der Turbolader- Motoren Anfang der 50er Jahre Motoren, die ein günstigeres Verhältnis von Gewicht und Leistung aufwiesen. Der Hubschrauber an sich kann seit Mitte der 50er Jahre als fertigentwickelt gelten. Die weiteren Entwicklungen auf diesem Gebiet waren meist nur noch Verbesserungen der 'klassischen Typen', das heißt von 1.) Sikorskys R-4 mit mehr als zwei Blättern, 2.) Bells zweiblättrigem Modell 47, 3.) Piaseckis Tandemmodell mit zwei dreiblättrigen Rotoren, und schließlich 4.) dem Koaxialmodell mit zwei in gegenläufigen Richtungen drehenden Rotoren, wie Breguets G-II E und Kamovs Ka Die Zukunft des Hubschrauberbaus Abbildung 10: Der CTR von Bell-Boeing. Mit dem wachsenden Einsatz schreitet auch die Weiterentwicklung des Hubschraubers schnell voran. Die Anforderungen an Ausstattung und Leistung steigen. Jahrelang war der Absatz auf dem amerikanische Markt schlecht, insbesondere wegen einem großen Angebot von Hubschraubern aus alten Armeebeständen, aber inzwischen blicken die Hersteller zunehmend optimistisch in die Zukunft. Die Verschmelzung der beiden größten Hersteller, Boeing Co. und McDonnell Douglas Co., wird auch die Vermarktung von deren Produkten stärken. 6

7 In Asien hat sich ein ziemlich neuer und attraktiver Markt mit einem schnellen wirtschaftlichen Wachstum entwickelt. Infolgedessen dürfte hier auch die Nachfrage nach Hubschraubern ansteigen. Die Entwicklung neuer Hubschrauber konzentriert sich im Bereich der kleineren Hubschrauber auf zweimotorige Modelle mit weniger als neun Plätzen, wie den Augusta 109A Power, den EC 135 oder den MD900. Im Bereich der Großhubschrauber sind Modelle wie der S-76, der AS332 Super Puma und der S- 92 Helibus in Aussicht, der die Nachfolge des Sikorsky S-61 antreten soll. Die Entwicklung neuer Hubschraubertypen ist in vollem Gange. Die Zusammenarbeit von Bell und Boeing beim Bau und der Vermarktung des Bell- Boeing-Modelles 609 Civil Tiltrotor (CTR) illustriert dies. Der CTR ist ein Luftfahrzeug, das mit Hilfe von Motoren und Propellern, die gekippt werden können, von einem Hubschrauber in ein Flugzeug (oder umgekehrt) verwandelt werden kann. Auf diese Weise werden Vorteile des Hubschraubers (der verhältnismäßig kleine und damit preiswerte Landeplatzbedarf) und des Flugzeugs (dessen Flugfähigkeiten) in einem Modell kombiniert. Die Konzeption ist schon seit Jahren bekannt das erste Schwenkpropeller- Luftfahrzeug, ein Bell XV-3, startete bereits Die Technologie, die eingesetzt wird, um den Motor zu kippen, wurde auf verschiedenen Testmodellen erprobt, zuletzt auf dem XV-15. Das Bell-Boeing-Modell 609 kann mit einer Höchstlast von ungefähr 7 Tonnen abheben und mit einer Ge schwindigkeit von 510 Stundenkilometern 1390 Kilometer weit fliegen. Es verfügt über eine Druckkabine mit 11 Plätzen und kann bis in eine Höhe von Fuß steigen. Die zwei Hauptrotoren/Propeller werden von zwei Motoren über eine gemeinsame Transmission angetrieben. (Die Kennzahlen geben die erwarteten Werte an). +: Umfangreiche und detaillierte historische Darstellung: Gut im Aufbau und sprachlich in Ordnung. Hilfreiche Abbildungen. -: Kein Literaturverzeichnis. 7