Sind Helikopter aerodynamisch stabil?

Wenn die Fluglage des Flugzeugs bei einem Starrflügler durch einen kleinen Winkel gestört wird und die Steuerung losgelassen wird, richtet es sich aufgrund der eingebauten aerodynamischen Stabilität (bei den meisten Flugzeugen) langsam auf, gerade und eben.

Wenn ein Helikopter in Schräglage oder in einem kleinen Winkel geneigt ist, richtet er sich mit dem Horizont wieder auf, wenn die Steuerung losgelassen wird?

Antworten (2)

Es ist kompliziert ;)

Es gibt zwei Arten von Stabilität; dynamisch und statisch.

Wird ein Flugzeug beispielsweise durch einen Windstoß gestört, weicht es von seiner Fluglage ab, kehrt dann aber sofort und ohne Steuereingaben in seine ursprüngliche Fluglage zurück. Dies ist positive statische Stabilität. Wenn es in der gestörten Lage verbleibt, wenn es nicht korrigiert wird, hat es eine neutrale statische Stabilität. Wenn es weiterhin abweicht, hat es eine negative statische Stabilität.

Wenn das Flugzeug zu seiner ursprünglichen Fluglage zurückkehrt, etwas überschießt, dann zurück korrigiert, etwas weniger überschießt und so weiter, schließlich zu seiner ursprünglichen Fluglage zurückkehrt, dann hat es eine positive dynamische Stabilität. Wenn diese Schwingungen andauern und nicht "dämpfen", bis die ursprüngliche Lage wiedererlangt ist, dann hat es eine neutrale dynamische Stabilität. Werden die Schwingungen immer größer, dann hat es eine negative dynamische Stabilität.

Bei Hubschraubern werde ich diejenigen mit Autopiloten, hydraulischen Steuerungen und Stabilitätsverbesserungssystemen ignorieren.

Stellen Sie sich vor, Sie schweben. Ein Windstoß trifft den Helikopter. Die Scheibe "flattert" von der Böe weg und der Helikopter bewegt sich mit der Böe. Wenn die Böe aufhört, erfährt die Scheibe nun eine Luftströmung aus der entgegengesetzten Richtung, da sie sich jetzt seitwärts bewegt. Die Scheibe schlägt in die andere Richtung zurück und kehrt in den neutralen Zustand zurück, aber der Rumpf wirkt wie ein Pendel, das unter der Scheibe hängt, und sein Schwung bewirkt, dass es weiter nach außen schwingt, die Scheibe stärker kippt und den Hubschrauber dazu veranlasst, sich schneller in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen die Böe, die erforderlich ist, um zur ursprünglichen Fluglage zurückzukehren. Schließlich kommt der Luftstrom jetzt aus der Richtung, in die sich der Hubschrauber bewegt, so dass die Scheibe wegflattert, der Rumpf zu weit schwingt und … Wenn er nicht korrigiert wird, schwingt er weiter vor und zurück, rollt, giert und nickt.

Im Vorwärtsflug (und wenn Sie es nicht wissen wollen, überspringe ich die Details, darunter die Richtung, aus der die Böe kommt, die Tendenz des Rumpfes zum Wetterhahn und zum "Blowback", da die Details alle darüber sprechen, in welche Richtung die Scheibe schlägt und in welche Richtung die Rumpfwetterhähne und sind viele Worte!), ein Helikopter ist statisch stabil und dynamisch stabil beim Gieren und ist statisch stabil und dynamisch instabil beim Nicken und Rollen.

Sie können Ihre Füße von den Pedalen nehmen und das Flugzeug bleibt stabil in der Gierrichtung. Sie können Ihre Hand vom Kollektiv nehmen (obwohl Sie dies niemals tun sollten - wenn der Motor ausgeht, müssen Sie diesen Hebel schnell nach unten drücken) und es bleibt, wo es ist, und ignoriert möglicherweise Vibrationen, die es schließlich nach oben oder unten bewegen.

Sie können die Hand nicht vom Kreisel nehmen, da dies die Steuerung ist, die Nick und Roll bestimmt und dynamische Instabilität auf konstanter Basis korrigiert.

Bei einem leichten Hubschrauber wären Sie innerhalb von ein oder zwei Sekunden außer Kontrolle. Auf einem schweren, vielleicht drei oder vier Sekunden.

Zusammenfassend ist ein Hubschrauber in allen drei Achsen im Schwebe- und Vorwärtsflug statisch stabil und dynamisch instabil, mit Ausnahme des Gierens im Vorwärtsflug, wo er dynamisch stabil ist.

Russlands Kamov behauptet, dass ihre Helikopter die einzig stabilen seien. Ich habe nur einmal einen geflogen (und kurz, von der rechten Seite - und ja, man kann eine ganze Weile die Hand vom Knüppel nehmen, ohne dass etwas Schlimmes passiert), aber ich habe zu wenig Hubschrauberkenntnisse, um es zu erklären. Vielleicht kannst du ihnen eine Zeile hinzufügen?
@PeterKämpf Wow, ich würde gerne einen Kamov fliegen. Aber leider habe ich keine Ahnung, wie sie das machen. Meinen Sie, dass das Flugzeug dynamisch stabil ist oder dass es nichts bringt, die Hände vom Zykliker zu nehmen? Wenn es letzteres ist, vermute ich vielleicht hydraulische Augmentation. Ich schau mal, ob ich was finde. Ich frage mich, was die gegenläufigen Scheiben dafür tun.
Ich denke, die beiden Scheiben heben die Seitenkräfte des anderen auf, sodass kein Pendelschwingen auftritt. Ich ließ das Kollektiv nicht los, nur den Steuerknüppel und wartete, ob das Fahrzeug anfängt zu rollen, aber es blieb auf Kurs und geradeaus. Es war ein Kamov 26, der mit Sternmotoren auf beiden Seiten.
Ich konnte nichts verbindliches finden. Ich denke, du hast recht. Eine Böe bewirkt eine Zunahme des Anstellwinkels auf einer Scheibe und eine Abnahme auf der anderen, was die Scheiben stabilisiert und auch dem Gieren widersteht, da das Drehmoment auf der Scheibe mit einem höheren Anstellwinkel zunimmt und auf der anderen abnimmt.
Entschuldigung für die erneute Frage - verursacht eine Böe von der Seite nicht eine Nickbewegung der Rotorscheibe und umgekehrt? Jede Böe würde also sowohl beim Nicken als auch beim Rollen eine kreuzgekoppelte Reaktion auslösen (da die Neigung des Nickens eine Längsbewegung verursacht, die wiederum ein Rollmoment usw. verursacht). Oder sind Bewegungen in jeder Achse getrennt?
@PeterKämpf Die Tonhöhenreaktion hängt von der Windrichtung ab. Der Auftrieb des Blattes, das in die Böe vordringt, wird zunehmen und später um 90 Grad nach oben schlagen. Eine Böe von der Seite verursacht ein Rollen weg von der Böe und eine Steigung nach oben. Ich bin mir nicht sicher, was Sie mit "sind die Bewegungen getrennt" meinen. Ohne Steuereingabe bewirkt eine Änderung in einer Achse eine Änderung in den anderen beiden, entweder durch aerodynamische Effekte oder Leistungsänderungen.
Kamovs haben stabilitätssteigernde Autopiloten. Sie haben es für Pitch, Roll, Yaw und Altitude (kollektiv), sie liefern 20 % des Eingabewerts und die anderen 80 % stammen vom Piloten. Dies reicht aus, um kleine Abweichungen zu korrigieren, die sich sonst mit der Zeit verstärken würden. Sie sind in Kanäle unterteilt und können ein- und ausgeschaltet werden. Selbst wenn es richtig getrimmt ist, kann es nicht sehr lange geradeaus fahren, wenn alle Autopiloten ausgeschaltet sind. Andernfalls können Sie Ihre Hand vollständig entfernen und sie bleibt in ihrer vorherigen Haltung stabil. Wenn Sie schweben möchten, gibt es einen zusätzlichen Autopiloten für das automatische Schweben.
@PeterKämpf hast du weitere Lektüre für die Kamov-Stabilität?
@ManuH: Nein. Ich habe vor sehr langer Zeit davon gehört und weiß nicht mehr wo. Das müsste ich selbst googlen.

Aerodynamische Stabilität ist definiert als:

  • statisch stabil, wenn bei einer Gleichgewichtsstörung ein aerodynamisches Drehmoment auftritt, das das Flugzeug veranlassen wird, in das Gleichgewicht zurückzukehren.
  • dynamisch stabil, wenn es eine Bewegung gibt, die in die Gleichgewichtsposition zurückkehrt, mit genügend Dämpfung, um sich in die neue Gleichgewichtsposition einzupendeln.

Die statische Stabilität berücksichtigt also Kräfte, die dynamische Stabilität berücksichtigt Bewegungsreaktionen im Laufe der Zeit aufgrund von Kräften. Statische Stabilität ist eine notwendige Bedingung für dynamische Stabilität.

Hubschrauber sind beim Nicken und Rollen im Schwebeflug aerodynamisch instabil, wie in dieser Antwort veranschaulicht . Beim Gieren wird es im Schweben eine Wetterfahne.

Stabilität im Vorwärtsflug:

  • Nicken: statisch instabil, es sei denn, es ist ein horizontaler Stabilisator montiert, der für statische und dynamische Stabilität sorgt, die mit der Vorwärtsgeschwindigkeit zunimmt.
  • Roll: statisch instabil. Es gibt jedoch eine Roll- / Seitenschlupfstabilisierung aus dem Rotorkegelwinkel, analog zu einer V-Form für Starrflügelflugzeuge.
  • Gieren: statisch und dynamisch stabil. Klar vorstellbar, wenn ein Seitenleitwerk montiert ist - wenn nicht, bietet der Heckrotor genau die gleichen Stabilisierungstendenzen wie ein Seitenleitwerk.
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