Drohnen (1) 02.02.2018, 17:58

Hubschrauber im Vorwärtsflug

Quadrocopter mit ihren vier Propellern zählen zu den Hubschraubern. Hier wollen wir zunächst am Flug eines gewöhnlichen Hubschraubers zeigen, wie und warum auch Drohnen fliegen.

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Drohnen (1)

Drohnen übernehmen außerhalb mitlitärischer Anwendungen eine Vielzahl von Aufgaben: als Paketzulieferer, Transportgeräte für medizinische Hilfsgüter; Überwachung landwirtschaftlicher Flächen, Wetterdaten ermitteln usw. 
Unter dem Weihnachtsbaum sind Drohnen inzwischen die beliebtesten Technikspielzeuge. Schon 2015 haben sie anderen Geschenken den Rang abgelaufen. Kein Wunder: Selbst die Spielzeugmodelle fliegen erstaunlich sicher und halten auch bei mittelstarkem Wind ihren Kurs. 

Weil Quadrocopter – sie besitzen vier Propeller – zu den Hubschraubern zählen, soll uns zunächst der Flug eines gewöhnlichen Hubschraubers zeigen, wie und warum auch Drohnen fliegen.  

Flugmechanik und Aerodynamik des Hubschraubers

Die Flugeigenschaften des Hubschraubers unterliegen den Gesetzen der Aerodynamik und der Flugmechanik.

Am fliegenden Hubschrauber wie auch an anderen Fluggeräten wirken zwei Kräfte:  
– die Schwerkraft, die sie zum Erdmittelpunkt (Erdboden) hinzieht.
– der Auftrieb. Er wird von den Rotorblättern erzeugt und wirkt der Schwerkraft entgegen; so erlaubt er es dem Hubschrauber/Flugzeug, zu fliegen (Bild unten). 

Hubschrauber im Schwebezustand

Bild: Hubschrauber in der Schwebe

Ist der Auftrieb größer als die Schwerkraft, dann steigt der Hubschrauber/das Flugzeug.  
Ist die Schwerkraft stärker als der Auftrieb, wird das Objekt zum Erdmittelpunkt (Erdboden) hingezogen. Ein Hubschrauber/Flugzeug kann demnach ohne Auftrieb nicht fliegen oder müsste im Flug sinken.

Wie erzeugt man Auftrieb ?

Die Theorie des Auftriebs ist schwierig zu verstehen. In einem der frühesten Beiträge des tec.LFs zu Flügelprofilen haben wir die lange übliche Bernoulli-Theorie zugrunde gelegt, doch die treibt modernen Wissenschaftlern Runzeln auf die Stirn. Da wir sie nicht unnötig provozieren wollen, weisen wir unsere Leser auf die Erkenntnisse Isaac Newtons hin. (Der Wissenschaftler lebte vor mehr als 300 Jahren und hat deshalb nie in seinem Leben einen Hubschrauber gesehen). Was dort über den Auftrieb gesagt wird, gilt auch für Drohnen. 

Wie fliegt ein Hubschrauber? 

Hubschrauber mit Vortriebkomponente

Er hat einen großen Rotor, dessen Blätter horizontal über der Kabine stehen, sowie einen kleineren, vertikal angeordneten Heckrotor. Der von einem Verbrennungsmotor angetriebene große Rotor erzeugt sowohl den Auftrieb als auch den Vortrieb. Ohne Heckrotor jedoch würde ein Helikopter vom Boden zwar abheben, in der Luft aber würde der gesamte Rumpf beginnen, sich im Rotordrehsinn um die Rotorachse zu drehen. Diesem Drehmoment, auch Giermoment genannt, wirkt der Heckrotor entgegen; er hält das Fluggerät stabil und dient auf diese Weise gleichzeitig der Lenkung des Hubschraubers. Vorwärtsflug: Die Winkel der Rotorblätter lassen sich im Flug so verstellen, dass sie mal mehr und mal weniger Luft verdrängen. Entsteht auf der einen Seite des Hubschraubers mehr Druck ist als auf der anderen, kann der Hubschrauber vorwärts, seitwärts und auch rückwärts fliegen.

 

Siehe Fortsetzung Drohnen (2) 

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Bild für ein Arbeitsblatt