Vne Helikopter vs. Flächenflugzeug

[Ecureuil350]

Hallo zusammen

 

Bin ich richtig der Annahme, wenn ich folgendes behaupte:

 

Tatsache ist, dass der Tragflügel eines Flächeflugzeuges bei geringerer Dichte (hohe Altitude) eine höhere Gschwindigkeit braucht um den notwendigen Auftrieb zu liefern. Überschreitung der Vne bei den Flächenflieger könnte Strukturschäden hervorrufen.

 

Beim Heli trifft diese genannten Tatsache nicht unbedingt zu. Die Maximalgeschwindigkeit (Vne) eines Helis wird im Wesentlichen durch den Strömungsabriss der sich nach hinten bewegenden Blätter bestimmt. Vne hat daher beim Heli eine ganz andere Ursache als beim Flächenflugzeug. Für die Vne spielen beim Heli drei Faktoren eine wichtige Rolle:

 

- Der Loadfaktor (z.B. Bell 206 above 3000lbs. below 3000lbs)

- Höhen bzw. Luftdruck (PA)

- Temperatur bzw. Luftdichte (DA)

 

Beim Bell 206 darf man z.B. auf 12000 ft. PA bei einer OAT von 0°C und einem Gewicht von über 3000 lbs. nur noch 52 kts. IAS fliegen. / below 3000 lbs. sind es immerhin 96 kts. IAS = 44 kts. Unterschied!! ergo das Gewicht spielt eine grosse Rolle.

 

Fazit:

Strömungsabriss beim Flächeflugzeug = Vstall

Strömungsabriss beim Heli = Vne (beim rücklaufenden Blatt), weil es beim

Heli kein Vstall gibt... was meint ihr dazu?

 

Gruss Bruno

[Johannes Müller]

Hi Bruno

Vorweg: Ich kenne mich damit wirklich nur von Hörensagen aus :)

 

Aber bezüglich Strömungsabriss beim rücklaufenden Rotorblatt: Welche Stelle meinst du? :) Ich stelle mir das so vor: das Blatt hat ja eine Rotationsgeschwindigkeit, d.h. im inneren Bereich hat es eine langsamere Geschwindigkeit als im äusseren Bereich. Wie viel vom Blatt muss beim Rücklauf den einen Strömungsabriss haben, und wie lange darf dieser maximal anhalten, damit es als Begrenzung für den Vne gilt? Ich vermute mal, dass im inneren Bereich des Rotorblatts schon sehr schnell ein Strömungsabriss besteht (je nach Rotorkopf natürlich :D). Wie wird da wohl das Vne angesetzt?

 

Gemäss http://www.aerospaceweb.org/design/helicopter/hinges.shtm sieht die Druckverteilung im Vorwärtsflug etwa so aus (bei "variable incidence"):

und die theoretische Maximalgeschwindigkeit eine Helis wird dort mit 250 kts (vermutlich TAS?) angegeben.

 

Da der Strömungsabriss beim Heli und beim Flächenflieger ganz andere Ursachen und Auswirkungen hat, vermute ich mal, dass du die beiden nicht einfach vergleichen kannst, oder? Am ehesten wäre es vergleichbar, wenn du im Heli im Schwebeflug dein Rotor zu langsam laufen lässt, d.h. weniger Auftrieb durch deine Rotorblätter als Gewicht zum tragen da wäre: es sackt ab. Anders ist es natürlich wenn du mit dem Heli im Vorwärtsflug über Vne hinausgehst, was passiert dann? Kippt es über eine Seite?

 

Mehr Fragen als Antworten :D :D

 

Gruss

Johannes

[BH47]

Am ehesten wäre es vergleichbar, wenn du im Heli im Schwebeflug dein Rotor zu langsam laufen lässt, d.h. weniger Auftrieb durch deine Rotorblätter als Gewicht zum tragen da wäre: es sackt ab.

Hallo miteinander

 

Kein Mensch, Johannes, lässt versätzlich den Rotor langsamer laufen. Vielmehr ist es Deine vornehme Aufgabe die Drehzahl möglichst exakt konstant zu halten. Das was Du veränderst, ist der Anstellwinkel der Blätter und damit indirekt die abgeforderte Leistung vom Motor.

 

Anders ist es natürlich wenn du mit dem Heli im Vorwärtsflug über Vne hinausgehst, was passiert dann? Kippt es über eine Seite?

Jein! Hinter der Vne müsste der Heli gemäss Theorie und Lehrbuch auf die Seite rollen.

Ein wenig spürst Du schon, das die Maschine dazu neigt, zur Seite zu rollen. In der Regel ist es mit dem Stick noch kompensierbar. Wenn Du es mit der Vne dann noch weiter übertreibst, so hält die Rolltendenz zwar noch an, aber die meisten Maschinen beginnen sich dann leicht aufzubäumen und bremsen sich gewissermassen selbst ab. Das geht meistens einher mit starken Vibrationen.

Um es ganz salopp zu sagen, es wird jetzt Zeit das man langsam aufwacht. :D

 

Diesen Effekt aerodynamisch zu erklären, grenzt zumindestens hier im Forum schon an eine akademische aerodynamische Dissertation.

Ne ne, lieber nicht ..... :)

 

Grüessli

Joachim, möglicht nur bis Vne fliegend

[Andi Rotorchopf]

Hallo, hier kommt ein Neuer.

Es gibt nicht nur aerodynamische Gründe, Vne eben nicht zu überschreiten, sondern auch mechanische.

Das Zusammenspiel von Pitch und Stick im schnellen Vorwärtsflug bei hohem Fluggewicht ergibt ein extremer Einstellwinkel am rücklaufenden Rotorblatt. Wenn jetzt die Schwerpunktlage auch noch eher hinten liegt, kann bei einer zusätzlichen Steuerbewegung (Einflug in Thermik), die mechanische Grenze überschritten werden und die (z.B. Bladestraps oder Bendixknochen bei BH06) Schaden nehmen (Deshalb ist der Rotormast zur Rumpfsehne bei vielen Modellen etwas nach vorn geneigt).

Dazu kommt die enorme Wechselbelastung von Blattverstellhebel und -gestänge, sowie der Taumelscheibe.

Zudem kann durch die hohe Einstellwinkelverstellung während des Umlaufs eines Rotorblattes von rücklaufenden zum vorlaufenden und wieder rücklaufenden Rotorblatt, entsprechend der Drehzahl eine Torsionsschwingung verursacht werden.

[BH47]

Das Zusammenspiel von Pitch und Stick im schnellen Vorwärtsflug bei hohem Fluggewicht ergibt ein extremer Einstellwinkel am rücklaufenden Rotorblatt.

 

Welcher Heli schafft denn die Vne im schnellen Vorwärtsflug? :D :confused:

 

Gruss

Joachim

[Andi Rotorchopf]

Ziehe Pitch und stosse Stick und eine gute Rumpfform wenn möglich noch sinken

in hoher density altitude.

 

Gruss Andi

[ghost84]

Welcher Heli schafft denn die Vne im schnellen Vorwärtsflug? :D :confused:

Andere Frage:

Welcher Heli schafft die Vne denn im schnellen Rückwärtsflug? :D

Und vor allem, wer schafft es die Vne dann auch noch am ASI abzulesen? :p :007:

[BH47]

Ziehe Pitch und stosse Stick und eine gute Rumpfform wenn möglich noch sinken in hoher density altitude.

 

Klar Andi, mit der Schnauze nach unten jage ich auch jeden Heli ins Nirwana. :D

 

Nun, was will ich sagen: Im "normalen" Horizontalflug ist die Vne faktisch nicht zu erreichen.

Sicher, die mechanische Belastung nimmt, wie bei jedem Luftfahrzeug, erheblich zu.

Insofern hat die Vne schon eine Bedeutung. Aber bezogen auf die Strukturfestigkeit hat sie eine, wie Bruno schon sagte, eher untergeordnete Bedeutung.

 

Die primäre Funktion der Vne ist und bleiben die natürlichen aerodynamischen Grenzen.

 

Wie der Heli bei Vne, bzw. darüber reagiert, habe ich im Vorposting #3 bereits dargelegt.

 

Mich würde jetzt mal interessieren wie Ihr es in der Praxis empfindet, wenn die Vne erreicht ist.

@Udo, wie ist das bei der 135 eigentlich?

Zum Beispiel im schnellen Sinkflug.

 

Grüessli

Joachim

[Andi Rotorchopf]

Wenn Vne nicht erreicht werden könnte, wäre eine Diskussion überflüssig. Es gibt eine Height-Velocity Tabelle abhängig von Gewicht und Temperatur als auch einenkleinen roten Strich am Ende einer grünen Linie. Es gibt aber auch die Limitation, dass im Take-off Power Range (85- 100% Torque) 80kts nicht überschritten werden darf, und sowas ist schnell erreicht. (Flight Manual AB06)

Fettspritzer am Rotorkopf, -Mast und allem was dahinter liegt, weisen darauf hin

 

Gruess Andi

[Mischa]

Hallo zusammen,

wo Joachim gerade nach der 135 fragt, fällt mir wieder etwas ein, was mir ein 135 Fluglehrer erzählt hat. Und zwar sagte er mir, dass bei einer Autorotation der Ec 135 bei einer bestimmten Belastung (natürlich im Limit normaler Autorotationsbelastungen) Risse im Rotorblatt auftauchen und das aus diesen Grund die Bundeswehr keine Autorotationen im richitgen Sinne durchführen kann und somit bisher auf die Bo105 und alouette zurückgreift. Gibt es da schon irgendwelche Erfahrungen von Forumsmitgliedern, zum Beispiel der jenigen die 135 bei der Polizei fliegen?

Würde mich einmal interessieren.

Gruss

Mischa

[Johannes Müller]

Hi Andi - Willkommen im Forum! :008: Schön, gibt es wieder einen "Heli-Freak" mehr!

 

Wenn ich das so anschaue, dann ergibt sich etwa folgendes Bild:

 

"mechanisches" Vne (d.h. aufgrund der Belastungen) -- vergleichbar mit Vne beim Flächenflieger, da es vermutlich nur rechnerisch nachvollzogen werden kann + der Flieger nachher ggf. zerstört ist

 

"aerodynamisches" Vne -- vergleichbar mit Vstall beim Flächenflieger, d.h. man "könnte" es ausprobieren und evtl. auffangen (bin nicht ganz sicher beim Heli?)

 

Ich vermute mal, dass sicher das niedrigere Vne (je nach Heli / Gewicht / Umgebung, etc.) als Vne verwendet wird, d.h. für den Piloten ist es ja egal, warum er nicht schneller darf. ;)

 

Wenn, wie Bruno erwähnt hat, Gewicht, Luftdruck / Temperatur / Dichte eine Rolle beim Vne spielen, so kann man vermuten, dass das "aerodynamische" Vne niedriger liegt als das mechanische (würde m.E. ja auch Sinn machen, dass der Heli entsprechend dimensioniert wird). Ist das wohl immer so? Andi, kannst du uns mal so eine "Height-Velocity Tabelle abhängig von Gewicht und Temperatur" hier hineinscannen (oder einen entsprechenden Link posten, falls es sowas schon irgendwo zu sehen gibt)? Das würde mich sehr interessieren, wenn's auch nur für ein bestimmtes Modell gilt ;). Danke!

 

Gruss

Johannes

[ghost84]

Hi Johannes,

 

Bin zwar nicht Andi, is ja aber auch egal.. :)

Hier mal eine Tabelle von der EC135:

 

[Helicop]

Und zwar sagte er mir, dass bei einer Autorotation der Ec 135 bei einer bestimmten Belastung (natürlich im Limit normaler Autorotationsbelastungen) Risse im Rotorblatt auftauchen und das aus diesen Grund die Bundeswehr keine Autorotationen im richitgen Sinne durchführen kann und somit bisher auf die Bo105 und alouette zurückgreift.

 

Hallo Mischa,

bei Autorotationen, die im Limit gehalten werden, treten keine Risse auf. Allerdings werden die ARs nicht scharf bis zum Boden durchgeführt, sondern kurz vor dem Flare werden die Triebwerke wieder reingenommen und der Rest power recovery durchgeführt.

Während der AR muss man allerdings höllisch aufpassen, weil die 135 enorm schnell Drehzahl aufbaut und man deswegen sehr leicht Überdrehzahl bekommt. Dann hat man natürlich seine Risse!

[Helicop]

Hallo Leute,

 

die Sache mit der negativen Anströmung des rücklaufenden Rotorblattes ist zwar richtig, aber nicht unbedingt DER Faktor für die Vne. Dieser Bereich vergrößert sich mit zunehmender Speed nämlich allmählich, weswegen dafür ein definitives Speed- Limit nicht genannt werden kann.

Was aber wesentlich ist, ist die Blattspitzengeschwindigkeit, die bei 800-900 km/h liegt, also ca. 350 km/h unterhalb von Mach1. Summiert man dazu die Vorwärtsgeschwindigkeit, ist man schon knapp unter Mach1. Und was mit einem Rotorblatt passieren würde, das ca. 400 mal in der Minute die Schallgeschwindigkeit über- und wieder unterschreitet, kann sich ja jeder ausmalen.

Dazu muss man natürlich auch noch bedenken, dass der Hersteller bei der Vne- Angabe nicht bis ans Limit gehen darf, sondern ein Sicherheitspolster einberechnen muss. So kommt dann eben die Vne zustande, die z.B. bei der Bo105 145kts und bei der EC135 155 kts beträgt.

Dazu kommt noch, dass sowohl die Schallgeschwindigkeit, als auch die IAS von der Luftdichte abhängig ist, deswegen auch die HV-Tabelle.