Informationen zur Aerodynamik eines Modellhelikopters

·         Aerodynamik Grundlagen

·         Rotorblatt- Profile, vollsymmetrisch/asymmetrisch

·         Luftdichte - Abhängigkeit von der Flughöhe

·         Wie wird der Auftrieb am Helikopter kontrolliert

·         Luftwiderstand und Luftströmung

·         Einstellwinkel und effektiver Anstellwinkel

·         Strömungsabriss

·         Vortex Wirbelringstadium

·         Drehmomente am Helikopter - Seitwärtsdrift/ Driftausgleich/ 

          Schräglage

·         Bodeneffekt

·         Deckeneffekt

·         Blattverstellung (Pitch) - Anstellwinkel der Rotorblätter

1. Aerodynamik Grundlagen

Flugzeuge und Helikopter besitzen eine relative Masse und sind "schwerer" als Luft. Die Schwerkraft/ Erdanziehungskraft verhindert, dass alle Dinge die eine Masse besitzen, einfach umherschweben. In der Schwerelosigkeit des Weltraumes gelten andere Gesetzmäßigkeiten, aber auf der Erde würde alles runterfallen, wenn nicht Kräfte der Schwerkraft entgegen wirken. Damit Flugzeuge/ Helis überhaupt vom Boden abheben, bzw. fliegen können, muss eine Kraft entgegen der Schwerkraft/ Erdanziehung wirken, die gleich oder größer ist als die Erdanziehungskraft auf das Flugzeug bzw. den Helikopte. Diese Kraft nennt man Auftrieb und sie wird beim Flugzeug durch die Anströmung der Tragflächen mit Luft erzeugt. Weil Luft im Spiel ist, heißt es auch Aerodynamik. Beim Heli sind die Rotorblätter die Tragflächen. Auch sie werden bei Drehung des Rotors mit Luft angeströmt.

Um die Tragflächen mit Luft anzuströmen, muss ein Flugzeug sich ständig vorwärts bewegen, damit die Luft die Tragflächen umströmt und dadurch aerodynamisch Auftrieb erzeugt. Ein Helikopter hat Rotorblätter, die aerodynamisch gesehen genau wie die Tragflächen beim Flugzeug funktionieren. Die Rotation der Rotorblätter erzeugt den gleichen Effekt, wie die Vorwärtsbewegung eines Flugzeuges. Im Gegensatz zum Flugzeug mit Tragflächen, muss sich jedoch nicht der gesamte Helikopter bewegen um Auftrieb zu erzeugen, sondern nur die Rotorblätter. Auf diese Weise ist es mit einem RC-Helikopter möglich, auf der Stelle zu schweben und seitlich und sogar rückwärts zu fliegen. Das geht beim gemeinen Flugzeug nicht.

Ist die Auftriebskraft größer als die Gewichtskraft des Helikopters, dann steigt der RC-Helikopter - ist die Auftriebskraft kleiner, dann sinkt der Helikopter. Sind Auftriebskraft und die Gewichtskraft gleich groß, dann schwebt der Helikopter in gleichbleibender Höhe, denn beide Kräfte heben sich dann gegenseitig auf.

Rotorblattprofile

(vollsymmetrisch/ asymmetrisch)

Die Tragflächen/ Rotorblätter haben eine bestimmte Querschnittsform, das sogenannte Profil. Es gibt eine Vielzahl verschiedener Profilarten. Bei RC-Helikoptern unterscheidet man zwischen vollsymmetrischen und nicht symmetrischen bzw. asymmetrischen Profilen. Oft wird auch der Begriff "halbsymmetrisch" oder "S-Schlag" für asymmetrische Blattprofile verwendet. Beim asymmetrischen Blattprofil ist die Profilwölbung auf der Oberseite größer - so wie bei der Tragfläche eines Flugzeuges. Bei vollsymmetrischen Profilen dagegen sind Blattober-und Blattunterseite identisch. Man spricht auch von 3D- Rotorblättern. Für den 3D- Flug werden in der Regel immer vollsymmetrische Rotorblätter eingesetzt. Diese bedürfen eines größeren Anstellwinkels als nicht symmetrische Blätter, um den gleichen Auftrieb zu erzeugen. Ein asymmetrisches Blattprofil bietet gegenüber dem vollsymmetrischen Blattprofil einige aerodynamische Vorteile, unterliegt jedoch logischerweise Einschränkungen beim Helikopter- 3D- Flug (gemeint ist hauptsächlich stabiler Rückenflug). Asymmetrische Blattprofile sind erste Wahl für Scale- Modelle und Hubschraubermodelle, mit denen lediglich in Normalfluglage geflogen wird.

Bewegt sich eine Tragfläche bzw. das Rotorblatt vorwärts, teilt das Profil den Luftstrom in einen unteren und einen oberen Teil.

Asymmetrisches Blattprofil

Da die Luft durch die Wölbung um das Profil verdrängt wird, muss sie einen "weiteren Weg" zurücklegen, wodurch sich die Strömungsgeschwindigkeit erhöht um den entstehenden Druck auszugleichen. Auch wenn das asymmetrische Blatt nicht angewinkelt ist, also der Pitchwinkel 0° beträgt, wird hier schon ein Auftrieb erzeugt.

Im Bild ist ein asymmetrisches Profil zu sehen, bei dem mit 0° Anstellwinkel (Pitch) schon Auftrieb erzeugt wird. Grund dafür ist die größere Profilwölbung auf der Oberseite, welche auf der Oberseite eine größere Strömungsgeschwindigkeit und somit einen Unterdruck erzeugt.

Vollsymmetrisches Blattprofil

Beim vollsymmetrischen Profil sind Ober- und Unterseite gleich profiliert. Bei Flugzeugen findet man in der Regel keine vollsymmetrischen Tragflächen. Beim Modellhelikopter werden vollsymmetrische Blätter eigesetzt um ohne Einschränkungen auch in Rückenlage fliegen zu können. Man spricht auch von 3D- Blättern, da ein vollsymmetrisches Blatt für viele Kunstflugfiguren, wie z. Bsp. den Tic-Toc unerläßlich ist.

Hier siehst Du ein vollsymmetrisches Blatt. Die Profilwölbung ist oben und unten gleich. Ist das Blatt nicht angewinkelt, also der Pitchwinkel 0°, dann sind die Druckverhältnisse unter und über dem Blatt gleich groß. Es wird kein Auftrieb erzeugt.