Das Prinzip der Autorotation

Man spricht von der Autorotation, wenn ein Rotorsystem nur durch die Luftströmung - also durch Wind bzw. Fahrtwind - angetrieben wird. Es gibt somit keinen Motor oder sonstiges Antriebssystem. Die Energie des Luftstroms wird bei der Autorotation durch die Rotorbätter in dynamischen Auftrieb umgesetzt, vergleichbar dem Tragflügel eines Starrflügel-Flugzeugs.

Für die technisch interessierten sei erwähnt, dass das äußere Drittel des Blattbrereichs der Rotorblätter bremsend, also entgegen der Autorotation wirkt, dafür hier aber der größte Auftrieb entsteht. Die inneren 2/3 der Rotorblätter wirken antreibend für die Autorotation. Im innersten Bereich der Rotoblätter - ca. 1/5 - von der Rotorblattnabe existiert sogar ein andauernder Strömungsabriss der Rotorblätter. An beiden Rotorblättern entsteht aufgrund der anströmenden Luft ein Auftrieb und je nach Wind bzw. Fahrtwind verändert sich die Drehzahl. Der Rotor befindet sich strömungstechnisch in einem dauerhaften Fallzustand. Sobald sich das Gerät in Fahrt befindet sind die antreibenden und bremsenden Kräfte an den Rotorblättern unterschiedlich verteilt, so wirkt das voreilende Rotorblatt (welches sich in Fahrrichtung nach vorn dreht) stärker bremsend aber einen höheren Auftrieb erzeugend und das rückläufige Rotorblatt stärker antreibend aber weniger Auftrieb erzeugend. Ein Video veranschaulicht dies sehr deutlich, es ist in unserer Video Gallerie zu finden als drittes Video bei den Technik Videos mit dem Titel "Belatungstests am MT-03".

Beim Hubschrauber ist die Luftdurchströmung im normalen Flugzustand genau anders herum, der Hubschrauber erzeugt unter sich ein Luftpolster auf welchem er liegt, also strömt die Luft von oben nach unten durch die Rotorkreisebene. Beim Tragschrauber ist dies immer exakt anders herum, dort durchströmt die Luft stets von unten nach oben die Rotorkreisebene. Erst wenn das Luftpolster beim Hubschrauber gross genug ist, hebt dieser ab und schwebt auf diesem Polster, wie auf einem unsichtbaren Luftballon.

Hubschrauberpiloten lernen während der Ausbildung für den Notfall (z.B. Ausfall der Turbine) in die Autorotation über zu gehen um noch eine Notlandung durchführen zu können. Es ist vergleichbar mit dem Gleiten eines Motorflugzeugs ohne Motorbetrieb. Je nach Hubschraubertyp hat der Pilot hier nur wenige Sekunden Zeit den richtigen Anstellwinkel (Pitch) der Rotorblätter zu finden, damit die Einleitung der Autorotation überhaupt klappt. Dabei unterscheidet man die Phasen:

Einleiten eines relativ steilen Gleitfluges um Höhe abzubauen und gleichzeitig die Geschwindigkeit des Fluggerätes zu erhöhen, so daß der Rotor eine hohe Umdrehungsgeschwindigkeit erreicht und damit viel kinetische Energie "speichert". Der Antrieb des Rotors erfolgt jetzt ausschliesslich durch die Luftströmung von unten, denFahrtwind. Man erreicht dies durch einen sehr geringen Anstellwinkel des Rotors mit dem Kollektivhebel (Pitch). Hierdurch erhält der Rotor einen geringen Widerstand und wird so in der Rotation beschleunigt, problematisch ist, dass jetzt jedoch nur noch sehr wenig Auftrieb entsteht und die Sinkgeschwindigkeit stark zunimmt. In dieser Phase gleicht die Auftriebserzeugung der des Tragschraubers. Es muß hier bei beherrschbarer Geschwindigkeit und Sinkrate möglichst viel Rotationsenergie im Rotor aufgenommen werden (je höher die Rotordrehzahl wird um so besser).

Ist der Hubschrauber kurz über dem Boden (ca. 2-3 Meter), erreichen wir die zweite Phase. Hier wird durch starkes Anstellen des Rotors (flare) wieder deutlich mehr Auftrieb erzeugt, sodass die im drehenden Rotor gespeicherte kinetische Energie kurzzeitig in stärkeren Auftrieb umgewandelt und somit ein weiches Aufsetzen ermöglicht wird. Der Rotor bremst sich hierbei jedoch schnell ab und kommt schliesslich zum stehen. Es bedarf einiges an Gefühl und Übung, diesen Zeitpunkt richtig durchzuführen um den Hubschrauber noch weitestgehend sauber abzufangen.

Für die Durchführbarkeit einer Autorotationslandung ist die Flughöhe sehr entscheidend: Nur bei ausreichender Höhe über dem Boden kann ein zunächst noch langsam drehender Rotor in der ersten Phase der Autorotations-Landung wieder ausreichend Fahrt aufnehmen. Ein umsichtiger Hubschrauberpilot berücksichtigt dies stets beim Flug und passt die Flughöhe dem Bodengegebenheiten an.

Bei einem Gyrocopter befindet sich der Rotor immer in einer Autorotation. Zum Start wird dieser daher vorrotiert, das ist die sogenannte Prärotation. Das kann von Hand erfolgen wird heute aber meist durch Einkuppeln des Heckmotors oder einem Elektro- motor direkt vor dem Start kompfortabel erwirkt.

Da sich der Gyrocopter in der Luft dauerhaft in der Autorotation befindet und der Rotor sich selbstregulierend die Drehzahl durch die anströmende Luft und den Widerstand erstellt ist ein Strömungsabriss (stall) rein physikalisch schon unmöglich.

Jedoch hat der Pilot im Flug zu beachten, daß er zu keinem Zeitpunkt das Gerät in den negativen G-Bereich bringt, da hierdurch die Autorotation gestört bzw. sogar aufgehoben werden würde.

Es ist also physikalisch und technisch belegt, dass der Gyrocopter deutlich einfacher und auch sicherer zu fliegen ist als ein Hubschrauber und ein Flächenflugzeug. Ausserdem unterscheidet sich die Landung eines Gyrocopters ohne Motorisierung (z.B. durch einen Ausfall) nur minimal von der normalen Landung mit Motorkraft. Der Rotor ist und bleibt während der gesamten Flugphasen immer in Autorotation und für den Piloten ist die unmotorisierte Landung vom Flugverhalten identisch mit einer motorisierten Landung, beides ist fester Bestandteil der Ausbildung. Auch bei einer Landung mit ausgefallener Motorisierung benötigt der Gyrocopter als Landefläche nur 10 bis 50 Meter. Fällt das Triebwerk bei einem Flächenflugzeug aus und muß eine Notlandung eingeleitet werden, benötigt dieses Flugzeug je nach Flugzeugtyp mehrere hundert Meter bis hin zu mehreren Kilometern.