Warum kein Blattspitzenantrieb bei Helis?

[Thermikus]

Von Helikoptern bin ich rein fliegerisch nicht tangiert - sie interessierten mich durch ihre ausgefeilte Mechanik und die speziellen Flugeigenschaften jedoch schon seit jeher. Mein letzter ausgedehnter Heliflug als Passagier liegt schon einige Zeit zurück. An einem strahlenden Herbsttag im Oktober des Swissair-Groundings ging es vom Flughafen Zürich mit einem Jet-Ranger ins Säntisgebiet mit anschliessender Zwischenlandung vor einer Almwirtschaft und nachfolgender gemütlicher Brotzeit (im CH-Slogan "Zvieri") bei Bier und Speckteller (Bier natürlich nur für uns drei Passagiere).

 

Eine Frage, die ich mir bisher nicht beantworten konnte, ist die, warum sich der Blattspitzenantrieb bei Helis nie richtig durchsetzen konnte. Der herkömmliche Antrieb des oder der Rotoren ist durch ein aufwendiges und technisch kompliziertes Untersetzungsgetriebe von der Turbine zum Rotor nicht nur kompliziert sondern auch sündhaft teuer.

 

Würde man nun mit der Gasturbine im Heli zentral Pressluft erzeugen, diese über Leitungen durch die Rotoren führen und an den Blattspitzen über Kleine Düsen mit hohem Druck und entsprechender Austrittsgeschwindigkeit ableiten, müsste sich doch theoretisch ein starker und unkomplizierter Antrieb durch den Rückstosseffekt mit entsprechend reduzierten beweglichen Teilen ergeben.

 

Würde die erzeugte Pressluft auch noch über einen Zwischenspeicher geführt, könnte die Flugfähigkeit beim Versagen der Turbine wohl für die entscheidenden Sekunden bis zum Uebergang in die Autorotation bequem gewährleistet werden.

 

Was sagt der Spezialist (Helipilot) zu diesen Ueberlegungen?

 

Dietwolf (Thermikus):005:

[Johannes Müller]

Ich kenne einen solchen Heli - http://www.flightforum.ch/forum/showthread.php?t=27290 :D

 

.. und kann dir auch sagen, warum der nicht bei uns in der Luft herumschwirrt: schlechtes "Geschäften" ... under jeweils der Versuch, das ganze in einen "normalen" Heli umzuwandeln. (also keine technischen Gründe, zumindest nicht im Vordergrund)

 

Grundsätzlich sind da natürlich diverse technische Probleme, die man dafür lösen muss (und kann). Per Pressluft ist sowas vermutlich so gut wie aussichtslos (die Verlüste ...), mit anderen Systemen (wie hier, H2O2 - Wasserstoffperoxid) sieht das schon anders aus, aber selbst da kann man nicht mit einem normalen Antrieb konkurrenzieren (aber vielleicht müsste man das gar nicht :005: )

 

Aber egal ob mit Blattspitzenantrieb oder Konventionell - ein Heli ist und bleibt ein kompliziertes technisches Gerät, daran lässt sich nichts ändern.

 

Gruss

Johannes

[kettlermartin]

Hallo!

Johannes hat das schon richtig gesagt,es war weder aus Kostengründen sinnvoll,noch technisch genug ausgereift um dieses System weiterzuentwickeln.

Ich glaube Dijnn war die einzige Firma die einen Heli bis zur Serienreife entwickelte,welcher über einen Blattspitzenantrieb verfügte (man möge mich korrigieren,falls es mehrere davon gab).

Auf dieser Seite sind ein paar Bilder und Infos zu diesem Heli.........

 

http://celag.free.fr/museum/so1221/us_so1221_0.htm

[Heli Foxy VS]

Hallo Zusammen

 

Ich frage mal so: Wie einfach ist der Blattspitzenantrieb zu regulieren? Denn soviel ich weiss bleibt doch die Rotordrehzahl nicht konstant und muss ausgeglichen werden ... ;) ??

[Johannes Müller]

Hoi Alexander

"Wie einfach" hängt von der verwendeten Technik ab. Selbstverständlich muss man es ja regulieren können, sonst schiesst man wie eine Rakete hoch und fällt wie ein Stein wenn der Sprit ausgeht :005:

 

Gruss

Johannes

[Heli Foxy VS]

Vielleicht zur Veranschaulichung mal ein Beispiel: Nehmen wir das Beispiel einer Herdplatte und von einem Campingkocher. Beim Campingkocher ist es doch viiiiiel schwerer die Temp. zu regulieren als bei der Herdplatte. Wenn da durch die Blätter (sagen wir dem einfach mal Luft :) ) ein Luftdruck strömt und die Drehzahl der Blätter steigt zu hoch, jetzt muss doch durch Druckverringung die Drehzahl reguliert werden. Und dies ist doch nicht so einfach oder ... ? Ist (kann sicher sein) dies auch ein Grund warum man diese Technik nicht weiterentwickelt wurde weil die "Regulierungselektronik" zu komplex war?

[Niggi Moos]

Hallo zäme

 

Ich glaube Dijnn war die einzige Firma die einen Heli bis zur Serienreife entwickelte,welcher über einen Blattspitzenantrieb verfügte (man möge mich korrigieren,falls es mehrere davon gab).

 

Die Sud Aviation "Djinn" war sogar bei der Swiss Air Force im Einsatz. Eine Maschine steht (stand?) im Airforce Museum Dübendorf. Die Probleme waren gemäss meinen Informationen bei den Dichtungen und Anschlüssen der Rotorblätter zu finden.

 

Ein wesentlich grösseres "Geschütz", mit einem sogenannten "heissen Blattspitzenantrieb" war die britische Fairey Rotodyne. Sie sollte als kombinierter, senkrechtstartfähiger Tragschrauber Metropolen miteinander verbinden. Das Hauptproblem war hier der infernalische Lärm des Blattspitzenantriebes, der diese Konstruktion zum Scheitern brachte: :002: Die Flugleistungen waren durchaus vorzeigbar.

 

- Fairey Rotodyne -

 

Grüess usem Freakdaal

 

- niggi

[Hägar]

Ein wesentlich grösseres "Geschütz"...

 

Wenn wir schon von Grösse reden..

Der Helikopter mit dem grössten Rotordurchmesser (40.8m), der -meines Wissens- je flog, hatte ebenfalls Blattspitzenantrieb. Das war der Hughes XH-17, Erstflug 1952; er kam aber nicht über das Prototypenstadium hinaus.

 

 

Gruss

 

Ruedi

[Robert Grünig]

Guten Morgen

 

@ Johannes Müller

 

http://www.heli.li/sites/technik-steuerung-grundlagen.php

 

Lies das mal durch. Danach liest du dein Post und sagst uns dann, ob du dies nochmals so schreiben würdest. OK? ;)

 

edit: eine kleine Ergänzung zum obigen Link. Ein Heli hat wärend dem Betrieb immer die gleiche Rotordrehzahl (mit minimalen Abweichungen).

 

Gruss

Robert

[Johannes Müller]

Ich verstehe nicht, was du mir zu sagen versuchst? :confused: Meinst du etwa dass man an einem Heli keine Leistungsregelung braucht? :confused: :confused:

 

Gruss

Johannes

[Robert Grünig]

Nein. Das will ich damit nicht sagen. Aber die Leistungsregulierung hat Steuerungstechnisch nichts damit zu tun, ob ein Heli steigt oder sinkt. Einzig der Anstellwinkel der Rotorblätter spielt eine Rolle. Die Leistung wird erst nach dem Verändern des Anstellwinkels angepasst. z.B.: Mehr Winkel = mehr Luftwiederstand, folglich muss ich mehr Leistung geben.

Weiter fällt ein Heli nicht wie ein Stein vom Himmel, nur weil er keine Leistung mehr hat. Jeder Rotor ist so konstruiert, dass er frei drehen kann. Jene mit Blattspitzenantrieb konnten dies erst recht. So schwebt der Heli mit erhöter Sinkrate dem Boden entgegen, mit drehendem Hauptrotor, wo man mit hilfe der erhöten Rotordrehzahl (durch das schnelle sinken) relativ problemlos landen kann, bevor die Drehzahl zusammenbricht.

 

Gruss

Robert

[Johannes Müller]

Ah, das ist mir schon auch klar :) -- da habe ich vielleicht ein bisschen das falsche "Bild" verwendet :D; ohne Leistungsregelung geht's entweder hoch in die Luft oder fliegt in die Luft :D <kaboom>

 

Gruss

Johannes

[bpshop]

Hallo zusammen

 

Meiner Meinung nach ist ein solcher Antrieb sinnlos.

 

Jede umwandlung in eine andere Energieform "kostet Energie", wenn ihr wisst was ich meine. Wenn man Strom hat und damit Wasser kocht, mit dem Dampf eine Turbine antreibt, dann werden die Lager der Turbine, die Umgebungsluft, die elektrischen Kabel warm, dass heisst, Energie die wir nicht nutzen können.

Es ist einfacher mit der Turbine direkt den Rotor anzutreiben als damit einen Kolben anzutreiben der Luft komprimiert und die dann den Rotor antreibt.

 

Der einzige Sinn von Druckluft sehe ich darin, dass diese Relativ problemlos gespeichert werden kann. Es gibt bereits einen Prototypen zu einem Druckluftauto: Zuhause wird der Tank gefüllt, dann kann man geräuschlos und fast kostenfrei bis zu 1km weit fahren. Okey, das System muss noch ausgefeilt werden, aber als Hybridauto durchaus vostellbar ist es ja.

 

mfg

[Robert Grünig]

@ Johannes Müller

 

Aha! Dann sind wir also ein Opfer des schriftlichen-Dialog-missverstehen-Monster geworden! Wir Armen. :005:

 

@ bpshop

 

Da hast du recht. Es gibt jedoch noch jenes Prinzip, wo an denn Blattspitzen Raketenantriebe montiert sind. So hatte man eine direktere Umwandlung. Ich möchte mir aber nicht vorstellen, was für ein Krach das war.

 

Ä GUÄTÄ.

[Johannes Müller]

Es gibt jedoch noch jenes Prinzip, wo an denn Blattspitzen Raketenantriebe montiert sind. So hatte man eine direktere Umwandlung. Ich möchte mir aber nicht vorstellen, was für ein Krach das war.

Schau dir mal die Videos an, die ich im anderen Thread eingebunden habe (sie sollten noch alle online sein). Der Heli war m.E. viel leiser als ein normaler Turbinen-Heli (natürlich auch viel kleiner :)) - u.a. weil (so habe ich's verstanden) die Austrittsströmung einen Teil der Verwirbelungen am Rotor-Ende "zerstört" (wobei ich zugeben muss, dass ich davon keine Ahnung habe :D) - sozusagen eine eine laminarere Strömung am Blattende, welche beim nachfolgenden Blatt weniger "Lärm" produziert. Der Raketenantrieb selber war "relativ leise" (natürlich schon gut hörbar, aber nichts zu vergleichen mit einem richtigen Raketenstart :D).

 

Gruss

Johannes

[Markus Epp]

Sali zäme

 

Der herkömmliche Antrieb des oder der Rotoren ist durch ein aufwendiges und technisch kompliziertes Untersetzungsgetriebe von der Turbine zum Rotor nicht nur kompliziert sondern auch sündhaft teuer.

 

Würde man nun mit der Gasturbine im Heli zentral Pressluft erzeugen, diese über Leitungen durch die Rotoren führen und an den Blattspitzen über Kleine Düsen mit hohem Druck und entsprechender Austrittsgeschwindigkeit ableiten, müsste sich doch theoretisch ein starker und unkomplizierter Antrieb durch den Rückstosseffekt mit entsprechend reduzierten beweglichen Teilen ergeben.

 

Ich wage stark zu bezweifeln, dass der Weg über Kompressor, Leitungen, Düsen etc. das Ganze spürbar vereinfacht. Die jetztige Kraftübertragung besteht im wesentlichen ja auch nur aus einem Getriebe, Freilauf und einigen Umlenkungen.

Der grössere Anteil an der Komplexität des Helikopters trägt meiner Meinung nach die Steuerung, bzw. der Rotorkopf bei (Taumelscheibe, Schlag-, Schwenkgelenke, Dämpfer etc...). Diese Elemente benötigst du sowohl beim konventionellen, als auch beim Blattspitzenantrieb.

 

Ein Vorteil wäre sicher der wegfallende Drehmomentausgleich. Doch wenn ich mir das so überlege, liegt ein Verzicht auf einen Heckrotor trotzdem nicht drin. Da ansonsten die Hochachse nicht mehr kontrolliert werden kann (oder gibt es da trotzdem eine Möglichkeit? Mir fällt gerade nichts ein...:o )

 

Und um den nächsten Post gleich vorweg zu nehmen :D :Natülich fallen bei modernen Rotorblättern und -Köpfen die ganzen Gelenke und Dämpfer weg... (egal ob konventioneller oder Blattspitzenantieb)

 

Gruess und no en schöne obig!

Markus

[Thermikus]

Als nicht fachkompetenter Teilnehmer an dieser Diskussion möchte ich mich trotzdem nochmals einschalten.

 

Vor Jahren hatte ich einmal gesehen, dass Versuche mit kleinen Staustrahltriebwerken als Blattspitzenantriebe durchgeführt wurden. Ein Staustrahltriebwerk ist die denkbar simpelste Version eines Strahlantriebes. Da dieses Triebwerk keine beweglichen Teile besitzt, also auch keinen Axialverdichter, muss die Verdichtung (und Erhitzung) der eintretenden Luft durch eine hohe Beschleunigung gegenüber der umgebenden Luft errreicht werden. Diese Beschleunigung kann nur durch Sekundärkräfte erfolgen. Beim Heilikopter z.B. durch eine hohe Anfangsbeschleunigung des Rotors. Ist der Druckaufbau im Staustrahltriebwerk gross genug, wird in die hoch erhitzte Luft Treibstoff eingespritzt und der Verbrennungsvorgang mit entsprechendem Rückstoss durch die per Konus verengte Austrittsdüse kommt in Gang.

 

Wie weit und ob die damaligen Versuche erfolgversprechend waren, ist mir nicht bekannt. Ebenfalls nicht bekannt ist mir, ob Staustrahltriebwerke als Blatzspitzenantriebe technisch machbar, sinnvoll und wirtschaftlich wären.

 

Dietwolf (Thermikus):confused:

[Niggi Moos]

Hallo Dietwolf

 

Vor Jahren hatte ich einmal gesehen, dass Versuche mit kleinen Staustrahltriebwerken als Blattspitzenantriebe durchgeführt wurden. Ein Staustrahltriebwerk ist die denkbar simpelste Version eines Strahlantriebes.

 

Die Versuche mit Staustrahltriebwerken an den Blattenden sind mir auch bekannt. Der Hauptgrund, warum diese Technologie nicht weiterverfolgt worden ist, ist meines Wissens der Umstand, dass der Wirkungsgrad dieser Art von Triebwerken erst im Überschallbereich aktzeptabel wird. Ich spreche da von mehrfacher Schallgeschwindigkeit. Was das für einen Helirotor bedeuten würde, muss ich hier vermutlich nicht extra erklären.

 

Neben den "kalten" Blattspitzenantrieben (beim Djinn mit Zapfluft vom Triebwerk, also nicht von einem Kompressor), gibt es, wie oben schon mal erwähnt, "heisse" Blattspitzenantriebe. Hier wird Luft (auch meist Zapfluft) durch die Rotorblätter geschickt bis zum Blattende. Dort befindet sich eine Art Brennkammer, in der in die Luft Treibstoff eingespritzt und gezündet wird. Funktion also wie ein Jettriebwerk.

 

Projekte mit nur Prototypen oder auch serienreifen Konstruktionen kamen aber alle zu Fall durch den schlechten Wirkungsgrad (hoher Treibstoffverbrauch) und den grossen Lärm, den dieser Antrieb verursacht.

 

@ Markus: Hier noch eine Anmerkung zum Djinn: Die Steuerung um die Hochachse im Schwebeflug (Heckrotorersatz) wurde ebenfalls mit Zapfluft durch Düsen gewährleistet. Für den Vorwärtsflug war ein grosses, doppeltes Seitenleitwerk vorhanden.

 

Grüess usem Freakdaal

 

- niggi

[Thermikus]

Hallo Dietwolf

 

 

 

Die Versuche mit Staustrahltriebwerken an den Blattenden sind mir auch bekannt. Der Hauptgrund, warum diese Technologie nicht weiterverfolgt worden ist, ist meines Wissens der Umstand, dass der Wirkungsgrad dieser Art von Triebwerken erst im Überschallbereich aktzeptabel wird. Ich spreche da von mehrfacher Schallgeschwindigkeit. Was das für einen Helirotor bedeuten würde, muss ich hier vermutlich nicht extra erklären.

 

Neben den "kalten" Blattspitzenantrieben (beim Djinn mit Zapfluft vom Triebwerk, also nicht von einem Kompressor), gibt es, wie oben schon mal erwähnt, "heisse" Blattspitzenantriebe. Hier wird Luft (auch meist Zapfluft) durch die Rotorblätter geschickt bis zum Blattende. Dort befindet sich eine Art Brennkammer, in der in die Luft Treibstoff eingespritzt und gezündet wird. Funktion also wie ein Jettriebwerk.

 

Projekte mit nur Prototypen oder auch serienreifen Konstruktionen kamen aber alle zu Fall durch den schlechten Wirkungsgrad (hoher Treibstoffverbrauch) und den grossen Lärm, den dieser Antrieb verursacht.

 

@ Markus: Hier noch eine Anmerkung zum Djinn: Die Steuerung um die Hochachse im Schwebeflug (Heckrotorersatz) wurde ebenfalls mit Zapfluft durch Düsen gewährleistet. Für den Vorwärtsflug war ein grosses, doppeltes Seitenleitwerk vorhanden.

 

Grüess usem Freakdaal

 

- niggi

 

 

Danke Niggi für Deine ausführliche und kompetente Antwort. Es ist richtig, dass Staustrahltriebwerke erst im Ueberschallbereich wirksam werden. Es ist mir leider nicht bekannt, welche maximalen Geschwindigkeiten Helirotoren an den Blattspitzen erreichen können. Mir ist nur geläufig, dass die Propellerspitzen von schnellen Weltkrieg II - Jagdflugzeugen bei hoher Motorleistung bereits im Ueberschallbereich operiert haben sollen. Die Fliehkraft von kleinen Staustrahltriebwerken wäre beim Erreichen der notwendigen Rotationsgeschwindigkeiten jedoch wahrscheinlich so gross, dass sie die Festigkeit jedes Rotorblattes überfordern würde.

 

Interessant wäre nun die Klärung der Frage, wie es sich mit Pulser-Strahltriebwerken verhalten würde. Diese arbeiten ebenfalls nach einem sehr einfachen Prinzip. Wenn sie (mit Pressluft) gestartet worden sind, folgen Ansaugen - Verdichten - Zünden - Ausstossen in pulsierender Reihenfolge. Es gibt in diesen Triebwerken keine rotierenden Teile. Ein - wenn man es so nennen will - Rückschlagventil garantiert nach der Zündung des Treibstoff-Luft-Gemisches, dass die expandierenden Gase nur durch die Rückstossdüse entweichen können. Der Unterdruck nach dem Ausstoss des gezündeten Gemisches öffnet das Ventil und lässt frische Luft nachströmen. Dieser Vorgang wiederholt sich in rasend schneller Reihenfolge - eben pulsierend.

 

Die kreiselgsteuerte deutsche Flugbombe V 1 hatte z.B. ein solches Triebwerk. Die Triebwerkgrösse spielt dabei keine Rolle. Ich habe bei Modellfliegern schon ca. 30 cm lange schlanke Pulsertriebwerke gesehen, die nach dem genau gleichen Prinzip wie bei der V 1 gearbeitet und den Modellen ernorme Geschwindigkeiten verliehen hatten. Wahrscheinlich wären aber auch solche Triebwerke - aus welchen Gründen auch immer - für Blattspitzenantriebe an Helikoptern ebenfalls nicht geeignet.

 

Gruss - Dietwolf (Thermikus)

[Niggi Moos]

Hoi Dietwolf

 

Interessant wäre nun die Klärung der Frage, wie es sich mit Pulser-Strahltriebwerken verhalten würde. Diese arbeiten ebenfalls nach einem sehr einfachen Prinzip. Wenn sie (mit Pressluft) gestartet worden sind, folgen Ansaugen - Verdichten - Zünden - Ausstossen in pulsierender Reihenfolge.

 

Du sprichst hier vom Schmitt-Argus Pulsor-Rohr. Fast jeder Modellbaufreak mit einigermassen mechanischen Kenntnissen hat in meinen Jugendzeiten (ist auch schon eine Weile her :009: ) mit einem solchen Pulsortriebwerk herumgebastelt, oder Eins sogar selber hergestellt. Das notwendige, wie ein mehrblättriges Kleeblatt aussehende Flatterventil, hat man aus dünnem Rasierklingenblech hergestellt. Es gab einige Baupläne, die bei den Modellbauern herumgeisterten.

 

Gestartet wurde mit einer Velopumpe (konnte Stunden dauern ...:005: ) und gezündet mit einer Wunderkerze, die man von hinten in das Rohr einführte (autsch...). Manche hatten auch eine Zündkerze. Pressluftflaschen kamen auch zum Einsatz. Hat's dann mal endlich gezündet, legte das Rohr mit einem infernalischen Lärm los und soff den Treibstofftank in Windeseile leer. Ein etwa 60 cm langes Rohr lieferte so doch zwischen 2.5 bis 4.5 kp Schub. Diese Rohre wurden dann für Modellflieger in der Schweiz verboten - eben hauptsächlich wegen dem Lärm. Ein Einsatz war nur noch mit Sonderbewilligung möglich (z.B. Flugtage).

 

Der extreme Lärm entstand durch den pulsierenden Verbrennungsablauf, der bei einem Triebwerk der Modellgrösse mit etwa 500 Hz ablief.

 

Eine V1 hatte - bedingt durch die Triebwerksgrösse - nur max. etwa 20 - 50 Verbrennungsabläufe pro Sekunde, was ein tiefes Brummen zur Folge hatte (es gibt davon Tonfilme)

 

Kommen wir noch zur Effizienz und Zuverlässigkeit dieser Triebwerke (beim Modell): Durch die grosse Hitze in der Brennkammer und am Flatterventil verschliss dieses sehr rasch. Man musste immer Ersatzventile dabeihaben (Gillette sei Dank :009: ). Zudem war das Rohr nach kurzer Zeit rotglühend - was in einem Heuschober gelandet für Freude sorgt :D :D . Das war ebenfalls ein Grund, warum diese Triebwerkart in Modellflugkreisen verboten worden ist.

 

Zusammenfassend: Spektakulär, sehr laut, glühend, elender Treibstoffsäufer. (Spass hat's trotzdem - oder eben deshalb auch - gemacht :009: )

 

Grüess vom Freakdaal

 

- niggi

[kettlermartin]

Hallo!

Es ist richtig, dass Staustrahltriebwerke erst im Ueberschallbereich wirksam werden. Es ist mir leider nicht bekannt, welche maximalen Geschwindigkeiten Helirotoren an den Blattspitzen erreichen können.

 

Hierzu eine kleine bildliche Info:

http://www.heligotthard.ch/schulung/200004.asp

[Thermikus]

Sehr interessante Kommentare, Kollegen! Ich glaube, das Pulsertriebwerk können wir als potentiellen Blattspitzenantrieb eines Helis genau so vergessen, wie das Staustrahltriebwerk. Das würde wirklich nicht funktionieren.

 

Mit den Blattspitzengeschwindigkeiten sind wir bei verschiedenen Helikoptern aber doch schon in einem sehr hohen Geschwindigkeitsbereich, der nahe an die Schallgeschwindigkeit heranreicht und bei einigen Helitypen offenbar bereits darüber liegt.

 

Der Helikopter bleibt damit ein technisch sehr aufwendiges (und teures) aber äusserst faszinierendes, vielseitig einsetzbares und nützliches Arbeits- und Transportgerät.

 

Nochmals besten Dank für Eure Bemühungen, meine Wissenslücken zu füllen.

 

Dietwolf (Thermikus);)