Der wohl grösste Vorteil der Hubschrauber
liegt darin, dass sie sowohl schweben, als auch vorwärts fliegen können.
Der Übergang vom Schwebe- in den Vorwärtsflug wird als sogenannte Transition
bezeichnet und ist ein aerodynamisch wie auch mechanisch äusserst komplizierter
Vorgang. Der Einfachheit halber werden wir den Rotor als eine Scheibe
und nicht die aerodynamischen Verhältnisse am einzelnen Rotorblatt betrachten.
Wie bereits erwähnt, wird die Luft im Schwebeflug von oben nach unten
durch den Rotor beschleunigt (Abb 15). Damit der Hubschrauber in den
Vorwärtsflug übergeht, muss die gesamte Rotorscheibe nach vorne geneigt
werden.
Abb 15
Durch die Neigung nach vorne wird
die Luft nicht mehr senkrecht nach unten, sondern nach hinten beschleunigt
(Abb 16). Dadurch beginnt sich der Hubschrauber nach vorne zu bewegen.
Da aber auch der Auftrieb nicht mehr senkrecht nach oben wirkt, muss
die Leistung durch den Piloten in der Startphase leicht erhöht werden,
um das richtige Verhältnis zwischen Auftrieb und Gewicht zu erreichen.
Abb 16
Durch die Rotation des Rotors entstehen
im Vorwärtsflug unterschiedliche Anströmgeschwindigkeiten an den Rotorblättern.
Das Rotorblatt, welches sich in Flugrichtung gesehen nach vorne bewegt
wird als vorlaufendes Blatt, dasjenige welches sich nach hinten bewegt
als rücklaufendes Blatt bezeichnet (Abb 17).
Abb 17
Die Anströmgeschwindigkeit ist abhängig
von der Vorwärtsgeschwindigkeit, der Rotordrehzahl und dem Rotordurchmesser.
Gehen wir davon aus, dass sich der Helikopter mit einer Geschwindigkeit
von 200 km/h vorwärts bewegt und eine Blattspitzengeschwindigkeit von
750 km/h aufweist, entstehen folgende Verhältnisse am Rotor:
Das
vorlaufende Blatt erreicht eine effektive Geschwindigkeit
an der Blattspitze von 950 km/h (750 + 200). Diese Geschwindigkeit
befindet sich bereits sehr nahe an der Schallgeschwindigkeit.
An der Blattwurzel wird immer noch eine Anströmung mit über
200 km/h erreicht (Abb 18).
Abb 18
Abb 19
Das rücklaufende
Blatt wird nur noch mit einer Geschwindigkeit von 550 km/h
an der Blattspitze angeströmt (750 - 200). Die Anströmgeschwindigkeit
nimmt ab, je näher man sich dem Rotationszentrum befindet.
In der Gegend der Blattwurzel kann das Blatt sogar von hinten
angeströmt werden und liefert demzufolge in diesem Bereich
keinen Auftrieb mehr (Abb 19).
Der Auftrieb ist bekannterweise
von der Anströmgeschwindigkeit und dem Anstellwinkel (nebst der Art
des Profils) abhängig. Um einigermassen konstante Auftriebsverhältnisse
über die gesamte Rotorscheibe zu erreichen, muss der Anstellwinkel während
dem Umlauf des Blattes konstant verändert werden, da sich die Anströmgeschwindigkeit
ja auch konstant ändert. Diese Verstellung des Anstellwinkels wird als
zyklische Blattverstellung bezeichnet.
Die Grenzen im Vorwärtsflug liegen bei heutigen Hubschrauber bei ca
400 km/h. Über dieser Geschwindigkeit würden sich grosse Teile des vorlaufende
Blattes im Überschallbereich und ein grosser Bereich des rücklaufenden
Blattes im Strömungsabriss befinden. Es gibt kein Flügelprofil, welches
einen solch grossen Geschwindigkeitsbereich abdecken könnte.