Jeder mit einem Führerschein kann einen 99A-Panzer fahren. Worin besteht also der Unterschied beim Fahren eines Hubschraubers?

Wenn ein Hubschrauber tief über ihnen fliegt, fragen sich viele Leute vielleicht, wie man einen Hubschrauber fliegt. Ist es ähnlich wie Autofahren? In den Medien wurde berichtet, dass man mit einem Führerschein einen 99A-Panzer fahren darf. Wie ist es also, einen Hubschrauber zu fahren? Lassen Sie uns dieses Thema heute besprechen.
Das Fahren eines Autos mit manueller Schaltung ist relativ kompliziert. Beim Fahren sind beide Hände für die Steuerung des Lenkrads zuständig, die rechte Hand ist zusätzlich für das Schalten der Gänge zuständig, der linke Fuß steuert die Kupplung und der rechte Fuß Gas und Bremse. Auch beim Hubschrauberfliegen ist der Einsatz von Händen und Füßen erforderlich. Im Folgenden analysieren wir am Beispiel eines Einrotor-Helikopters mit Heckrotor die Steuerung eines Helikopterfluges. Zunächst müssen Sie die Struktur des Hubschraubers verstehen, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1 Schematische Darstellung des Hubschrauberaufbaus (Quelle: Expertendatenkarte)

Einfach ausgedrückt: Der Motor des Hubschraubers erzeugt die Leistung, die Rotorblätter erzeugen den Auftrieb, die Nabe steuert den Rotor und der Heckrotor steuert die Richtung der Nase. Zum Fliegen eines Hubschraubers sind Steuermechanismen wie der zyklische Pitch-Hebel, der kollektive Gashebel und die Pedale im Cockpit erforderlich. Der zyklische Pitchhebel steuert die horizontale Bewegung des Hubschraubers, der kollektive Pitchhebel steuert Start und Landung des Hubschraubers und die Pedale steuern den Kurs des Hubschraubers. Zum besseren Verständnis wird die folgende Analyse nach dem Betriebsmechanismus durchgeführt.

Abbildung 2 Schematische Darstellung einer einfachen Helikoptersteuerung (Quelle: Expertendatenkarte)

Frage 1: Wie steuert man die Flugrichtung eines Hubschraubers?

Der Vorwärts-, Rückwärts-, Links- oder Rechtsflug des Hubschraubers wird über einen zyklischen Pitch-Stick gesteuert. Der zyklische Pitch-Stick, auch Steuerknüppel genannt, drückt den Pitch-Stick nach vorne und der Hubschrauber fliegt vorwärts, drückt er nach hinten und er fliegt rückwärts und dasselbe gilt für links und rechts. Der Auftrieb eines Hubschraubers entsteht durch seine rotierenden Rotoren. Wenn sich der Rotor dreht, bildet er einen rotierenden Kegel, dessen Boden nach oben zeigt. Wenn der Hubschrauber in geringer Höhe schwebt, wird der Aufwärtszug des rotierenden Kegels durch die Schwerkraft des Hubschraubers ausgeglichen. Drücken Sie den Steuerknüppel nach vorne, der Kegel neigt sich nach vorne und der Rotorzug erzeugt zwei Komponenten in vertikaler und horizontaler Richtung. Die horizontale Komponente ist der Zug, der den Hubschrauber vorwärts treibt.

Abbildung 3 Schematische Darstellung der Helikopter-Vorwärtsflug- und Schwebekraftanalyse (Quelle: Expertendatenkarte)

Die Bewegung des zyklischen Pitchhebels führt zu einer Reihe sehr komplexer mechanischer Verbindungsinteraktionen. Wie in den Abbildungen 4 und 5 gezeigt, treibt die Neigungsänderungsstange den festen Ring unterhalb der automatischen Neigungsvorrichtung an, um ihn zusammen mit der Neigungsänderungsstange über den Hydraulikzylinder zu neigen, wodurch der dynamische Ring oberhalb der automatischen Neigungsvorrichtung synchron zum Neigen bewegt wird. Der dynamische Ring des automatischen Neigungsmechanismus treibt die Rotorblätter an und bewirkt durch die Pitchstange ein Flattern, wodurch sich der Anstellwinkel der Rotorblätter periodisch ändert und schließlich der gesamte Rotor kippt. Die Richtung des Rotorzugs ändert sich synchron mit der periodischen Pitch-Stange und treibt den Hubschrauber zum Fliegen an.

Abbildung 4 Die mit der zyklischen Pitchstange verbundene Rotorkomponente (Quelle: Expertendatenkarte)

Frage 2: Wie steuert ein Hubschrauber Start und Landung?

Die Höhenänderung des Helikopters wird über den Pitchhebel gesteuert. Durch Anheben und Absenken des Pitchhebels lässt sich die Flughöhe des Helikopters steuern und erhöhen bzw. verringern. Der Kollektiv-Pitch-Hebel verändert letztlich den Gesamtanstellwinkel aller Blätter, der als kollektiver Pitch bezeichnet wird. Wenn der Pitchhebel angehoben wird, wird der feste Ring des automatischen Neigungsmechanismus durch den Hydraulikzylinder als Ganzes nach oben bewegt. Anschließend folgt der dynamische Ring der Bewegung und drückt den Pitchhebel, um den Anstellwinkel aller Rotorblätter zu erhöhen. Der Auftrieb der Rotorblätter nimmt zu, und damit auch die Zugkraft des gesamten Rotors, der den Hubschrauber zum Aufsteigen bringt. Wenn der Hebel für die kollektive Blattverstellung angehoben wird, steuert ein Stahlkabel synchron den Kraftstoffregler, um die Kraftstoffeinspritzung zu erhöhen, sodass die Motorleistung an den Leistungsbedarf zur Erhöhung der kollektiven Blattverstellung des Rotors angepasst wird.

Abbildung 5 Schematische Darstellung des Steuerungsprozesses des Antriebsmechanismus (Quelle: Expertendatenkarte)

Der Arbeitsvorgang des Absenkens der Pitchstange ist genau umgekehrt wie der Arbeitsvorgang des Anhebens der Pitchstange. Eines muss hier noch besonders erklärt werden. Wenn der Hebel für die kollektive Blattverstellung angehoben oder abgesenkt wird, um die Drosselklappe synchron zu erhöhen oder zu verringern, wird die kollektive Blattverstellung des Rotors geändert, die Rotordrehzahl ändert sich jedoch nicht wesentlich. Die Rotordrehzahl bleibt relativ stabil, was einen Unterschied zum Autofahren darstellt.

Frage 3: Wie passt ein Hubschrauber seinen Kurs an?

Im vorherigen Abschnitt wird erläutert, wie ein Hubschrauber in einer geraden Linie fliegen und seine Höhe ändern kann. Nachfolgend wird analysiert, wie ein Hubschrauber wendet. Der Helikopter ändert seinen Kurs durch die Verwendung von zwei Pedalen. Drücken Sie den linken Fuß, um den Hubschrauber nach links zu drehen, und drücken Sie den rechten Fuß, um den Hubschrauber nach rechts zu drehen. Wie in Abbildung 5 dargestellt, sind die Pedale mit dem Heckrotor verbunden und können die Steigung des Heckrotors steuern.
Der Heckrotor eines Hubschraubers dient hauptsächlich dazu, das Reaktionsdrehmoment zu überwinden, das beim Drehen des Hauptrotors entsteht. Unterschätzen Sie niemals den Heckrotor. Bei einem Ausfall dreht sich die Nase des Flugzeugs in die entgegengesetzte Richtung des Hauptrotors, was leicht zu einem Flugunfall führen kann. Durch Drücken einer Seite des Pedals wird der Winkel der Heckrotorblätter geändert, was zu einer Änderung des Heckrotor-Anstellwinkels führt. Das Gleichgewicht zwischen dem Reaktionsdrehmoment des Hauptrotors und dem Drehmoment des Heckrotors ist gestört, der Hubschrauber dreht sich nach links oder rechts und die Richtung der Nase ändert sich natürlich.

Abbildung 6 Schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen Heckrotorschubänderung und Helikopterkurs (Quelle: Expertendatenkarte)

Oben wird die Funktionsweise des zyklischen Pitchhebels, des kollektiven Pitchhebels, der Pedale und anderer Mechanismen vorgestellt. Während des eigentlichen Fluges muss der Pilot den Einsatz der Steuermechanismen koordinieren, um den Hubschrauber in einem stabilen Flugzustand zu halten. Wenn ein Hubschrauber beispielsweise vorwärts fliegt, wird der zyklische Pitch-Hebel nach vorne gedrückt. Der geneigte Rotorzug beschleunigt den Hubschrauber nicht nur, sondern erzeugt auch ein nach unten gerichtetes Nickmoment um den Schwerpunkt des Hubschraubers, wodurch der Rumpf nach unten kippt. Mit anderen Worten: Ein Hubschrauber muss seinen Kopf senken, um vorwärts zu beschleunigen. Der Pilot muss den Steuerknüppel rechtzeitig zurückziehen, um das Nickmoment auszugleichen, wenn der Nickwinkel den erforderlichen Wert erreicht, sonst sinkt der Hubschrauber weiter nach unten und verliert die Kontrolle. Hinzu kommt, dass beim Beschleunigen eines Helikopters im Vorwärtsflug der Zug auf den Rotor asymmetrisch ist und so eine Neigung des Rumpfes verursacht. Ein Hubschrauber mit einem Rechtsrotor neigt sich nach rechts, und ein Hubschrauber mit einem Linksrotor neigt sich nach links. Je größer die Beschleunigung, desto größer der Neigungswinkel. Wenn der Pilot den Steuerknüppel nach vorne drückt, muss er ihn daher auch nach links oder rechts drücken, um das Gleichgewicht zu halten.

Kommt der Einfluss komplexer Luftströmungen hinzu, wird es noch schwieriger, den Hubschrauber stabil zu halten, da der Hubschrauberpilot den Steuermechanismus ständig anpassen muss, um das dynamische Gleichgewicht aufrechtzuerhalten. Man sieht, dass das Fliegen eines Hubschraubers viel komplizierter ist als das Fahren eines Autos. Haben Sie Lust, das Hubschrauberfliegen zu lernen?

Vorstellung des Wissenschaftspopularisierungsteams: Das 597.9 Highland Science and Technology Innovation Team ist ein junges Wissenschafts- und Technologieinnovationsteam, das sich der modernen Kriegsforschung, der Innovation der Kampftheorie, der Popularisierung der Militärwissenschaft und der Bereitstellung professioneller militärtheoretischer Beratung widmet. Das Team besteht aus mehreren Doktoren der Militärwissenschaften, die über umfangreiche Erfahrungen in der Arbeit in Militäreinheiten, Hochschulen und wissenschaftlichen Forschungseinrichtungen verfügen, fruchtbare akademische und wissenschaftliche Forschungsergebnisse vorweisen können und eine rigorose und realistische Einstellung zur Wissenschaft sowie einen Pioniergeist der Innovation besitzen. Der grundlegende Zweck des Teams besteht darin, „wissenschaftliche und technologische Erkenntnisse zu verbreiten, Kampfgeist zu fördern und beim Aufbau eines starken Landes und einer starken Armee zu helfen.“

Produziert von: Popular Science China Military Technology Frontier

Autor: Lu Ying (Militärexperte)

Planung: Jin He

Wissenschaftliche Überprüfung: Liang Chunhui (Militärexperte)

Produzent: Guangming Online Science Department