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Bei Heckrotoren wird aufgrund der geringen Abmessungen häufig auf ein Schwenkgelenk verzichtet. Daher muss versucht werden, die Belastungen durch Schwenkbewebungen so gering wie möglich zu halten. Mittels des Effekts wird die Schlagbewegung reduziert. Da die Schwenkbewegung auch eine direkte Folge der Schlagbewegung ist, fällt durch den Effekt auch die Schwenkbewegung geringer aus, so dass am Heckrotor auf ein Schwenkgelenk verzichtet werden kann.

Konuswinkel = konstanter mittlerer Schlagwinkel, der aufgrund eines konstanten, von unabhängigen Schubanteils erzeugt wird


- abhängig von Durchströmgeschwindigkeit, Blattmasse

pre-lag = Mittelwert der Schwenkbewegung,
bestimmt durch Antriebsmoment, Trägheitsmoment

a)
b)

Kombination aus Drehbewegung und Schlagbewegung
Corioliskraft in Drehebene
Schwenkbewegung in Drehebene

- Rotor wird von unten nach oebn durchströmt
- Kraft wird von Luft auf Rotor ausgeübt
- Luft wird abgebremst

Schneller Sinkflug

- vorlaufendes Blatt Transsonik dünnes, gewölbtes, Profil

- rücklaufendes Blatt Hochauftriebsproblematik dickes, stark gewölbtes Profil

Kompromiss: möglichst dünnes, wenig gewöbktes Profil mit verstärktem Nasenradius (aufgrund Abreißverhalten bei Hochauftrieb)

Badewannenkurve: Wenn die installierte Leistung des Hubschraubers nicht ausreicht, um mit einer gegebenen Nutzlast zu starten, können Zusatzdüsen dem Hubschrauber zu einem Jumpstart verhelfen.

Elle und Speiche

Machzahl: Verdichtungsstöße

Fortschrittsgrad: mit zunehmendem Fortschrittsgrad nimmt das Gebiet der Rückanströmung am rücklaufenden Blatt zu

Profil, Blattgrundriss, Verwindung, Blattzahl

Sie sind nur für einen engen Arbeitsbereich oder Arbeitspunkt (z.B. Reiseflug) unter anderem zur Abschwächung von Verdichtungsstößen ausgelegt.

im Vorwärtsflug bei konstantem Anstellwinkel geringe Anströmgeschwindigkeit am rücklaufenden Blatt
geringer Auftrieb am rücklaufenden Blatt
Rollmoment nach links

Transsonischer Bereich -> Stoß, instat. Vorgang


Rückanströmung -> im inneren Bereich


Schräganströmung -> Grenzschichtaufdickung

ideale Autorotation:


mittlere Strömungsgeschwindigkeit durch den Rotor ist Null

Heckschraube, contra-rotating coaxial, contra-rotating tandem



Kein Drehmomentenausgleich bei Verwendung eines Reaktionsantriebs an den Blattspitzen.

Kontrollachse:
- Rotorblatt mit periodischer Schlagbewegung
- konstanter Einstellwinkel
Vorteil: entspricht Mittelachse der Taumelscheibe


Kegelachse:
- Rotorblatt mit konstanter Blattspitzenbahn ohne Schlagbewegung
- periodisch veränderlicher Einstellwinkel


Rotorwellenachse:
- periodische Schlagbewegung
- periodische Einstellwinkeländerung
Nachteil: nichts bleibt konstant

Die einfache Strahltheorie (e.S.) enthält keine geometrischen Parameter.
e.S. hat nur Radius r als Parameter.

besser: Blattelemententheorie
Nachteil hier: Instationarität schlecht darstellbar

Pro:
- leichter, weniger Teile
- reagiert schneller





Contra:
- größere strukturelle Belastung des Rotorkopfes / - blätter

Weil sonst kein Drehmoment übertragen werden kann.


Beim Schlaggelenk ist es möglich.

a)

b)

c)

BVI:
abgegebene Wirbel treffen die nächsten Blätter
-> auf Oberseite Überschall durch zusätzliche induzierte Geschwindigkeit der Wirbel

Landeanflug besonders kritisch.

Grundidee:
Qualität des Gitters ist entscheidend,
feines Gitter teuer

-> Das einzelne Blatt hat eigenes Gitter (Kindgitter).
Im Kindgitter werden elast. Bewegungen simuliert (s. ALE).



Nachteil: aufwendige Numerik
- Aufwand, die Vaterzellen herauszufinden und zu extrapolieren)
- konservative Lösung, in der keine Energie verloren geht nur schwer zu finden

Higher Harmonic Control (HHC)
S. 165

Individual Blade Control (IBC)
S. 166

Hinterklappensteuerung (Flap)
S. 167

Blattverwindungssteuerung
S.168

ideale Verwindung:
- Rotorleistung am Kleinsten, wenn
lineare Verteilung des Schubes über Blattradius r
-
- (hyperbolische Verwindung)
- im Schwebeflug optimal

optimaler Rotor:
- Ziel: lineare Verteilung des Schubes über r
-
- (hyperbolische Zuspitzung)
- Verwindung nichtlinear

Durch Anordnung der Gelenke kann eine Kopplung zwischen den verschiedenen Blattbewegungen (Schlagen, Schwenken, Anstellwinkeländerung) herbeigeführt werden.

Die -Kopplung verbindet die Schlagbewegung mit der Anstellwinkeländerung.

Bei geeigneter Wahl des -Winkels kann die auftretende Schlagamplitude reduziert werden.

Schlagen nach oben bewirkt Zudrehen, d.h. Anstellwinkelreduktion.

Schlagen nach unten bewirkt Aufdrehen, d.h. Anstellwinkelerhöhung.

Hubschrauber:
- einen oder mehrere Rotoren, von Kraftquelle angetrieben
- Rotor erzeugt Auftrieb und Vortrieb und wird über Getriebe von Kolbenmotor oder Gasturbine angetrieben

Tragschrauber:
- Hauptrotor und Zugpropeller
- Rotor wird nur kurz beim Start vom Motor angetrieben, danach aber allein vom Fahrtwind in Umdrehung versetzt
- Zugpropeller überwindet Widerstände
- Leistung der Antriebsquelle wird alleine von der Zugschraube verbraucht, die Vortrieb garantiert

Flugschrauber:
- wie Tragschrauber Hauptrotoren und Zugpropeller
- Antriebsaggregat treibt Zugpropeller und Rotoren an
- höhere Fluggeschwindigkeiten als mit Hubschrauber

gelenkloser Rotor:
- Rotorblätter wie ein Kragbalken am Rotorkopf befestigt
- kein Schlag- und Schwenkgelenk

Vorteile zum gelenkigen Rotor:
- mechanisch einfach
- verbesserte Steuerungseigenschaften
- weniger Teile
- einfacheres Schmiersystem
- höhere Steifigkeit in den Achsen zum Schlagen, Schwenken


lagerloser Rotor:
- Weiterentwicklung des gelenklosen Rotors
- kein Schlag-, Schwenk- und Torsionsgelenk
- Ersetzen durch Strukturelastizität

-> Neigung der Taumelscheibe nach vorn
  -> Neigung der Blattspitzenebene nach vorn
    -> Schubvektor nach vorn

Zyklische Blattverstellung verstellt den Einstellwinkel der einzelnen Blätter in Abhängigkeit vom Azimutwinkel .

Zyklische Blattverstellung dient zur Roll- und Nicksteuerung.

Gefahr der Luft und Boden-Resonanz.

Probleme bei der Dämpfung der Schlagbewegung:

hohe Schlagbewegung Dämpfung geringer







- Term beeinflusst Dämpfung

Nirgendwo strömungsabriss:
darf nicht überschritten werden

-> maßgebend für maximale Schubkapazität eines Rotors

a) bei

b) bei

hyperbolische Verwindung

Vorwärtsflug: laufend ändernde Anströmgeschwindigkeit
und Überlagerung mit
-> zeitl. Änderung des Einstellwinkels

Schlag- und Schwenkbewegung führt zu instationären Massenkräften

zyklische Steuerung gleicht asymm. Zustand aus
-> zeitl. Änderung der Geschwindigkeit in Betrag und Richtung

Rotor nach links  -> Hubschrauber rechts
                              -> Ausgleich

a = 0 Resonanzmotor, Phasenversatz
Blattauslenkung nach dem Punkt der maximalen Kraft

max. Blattschlagen nach oben max. Kraft bei
max. Blattschlagen nach unten bei  max. Kraft bei
Auftriebsvers.
Auftriebserh.

Harmonische Einstellung, die sich nur einmal pro Umlauf ändert
Steuerstange kann sich nur einmal aufsetzen pro Umdrehung


- Servoklappen
- AHC (Aktuator unterhalb der Taumelscheibe)
- Steuerstangenaktuatoren (zwischen Steuerstangen & Blatt)


Höchstharmonische Konzepte um Vibrationen zu verringern

aerod. Dämpfung ist größer als die der Schwenkbewegung

Maßnahme: Schwenkdämpfer

je kleiner Beiwert desto niedriger Momente, die erzeugt werden

höhere Momente Ermüdung

Hauptrotor :
3 translatorische FHG, Nicken, Rollen

Heckrotor:
Gieren

Schallannäherung (transsonische Str.) an der Rotorblattspitze
-> Verd.stöße, die laufend auf- und abgebaut werden


im langsamen Sinkflug Wechselwirkung zwischen nachlaufenden Blättern und Blattspitzenwirbel
-> Druckspitzen: BVI (Blade Vortex Interaction)  (s. S. 126)

Größer

1. Hochauftriebsverhalten am rücklaufenden Blatt, Vorwärtsflug


2. Gute Gleitzahl, Schwebeflug


3. Widerstandsverhalten am vorlaufenden Blatt, Vorwärtsflug

Johannes Braun

Kontinuitätsgleichung

Impulsgleichung

Energiegleichung

Zustandsgleichung

Energiebeziehung

1. Schub ist gleichmäßig über die Rotorkreisscheibe verteilt

2. Drucksteigerung an der Kreisscheibe um

3. Strömung rotationsfrei

4. Rotor-Nachlauf besteht aus einer wohldefinierten Masse bewegter Luft, während außerhalb der Nachlaufströmung die Luft ungestört bleibt

5.

Windmilling tritt auf bei hohen Sinkgeschwindigkeiten:
Die Nachlaufströmung weitet sich nach dem Rotor aus und die Geschwindigkeit wird kleiner, da sie im Rotor abgebremst wurde.


Es gibt keine einfachen theoretischen Beziehungen zwischen induzierter Geschwindigkeit und axialer Geschwindigkeit.
-> Messungen !

so klein, weil
- berechnet mit
- bezogen auf doppelten Staudruck

Schwierig, weil sowohl Verwindung als auch Blatttiefe nichtlinear.
-> große Blattiefen und große Blatteinstellwinkel an der Blattwurzel


Deswegen praktischer: kein nichtlinearer Verlauf der Blatttiefe und einfach zugespitzte Blätter

- statischer Druck innen größer als aussen (Querdruckgleichung)
- Strahlgeschwindigkeit innen kleiner als aussen
- induzierte Geschwindigkeit kleiner als in freien Atmosphäre
- induzierte Leistung kleiner