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Gesteuert wird ein Hubschrauber mittels komplizierter aerodynamischer Vorgänge. Wichtiges Merkmal des Auftriebs sind Luftdichte und Temperatur. Je größer die Luftdichte und je kühler die Außentemperatur ist, desto größer ist die Tragkraft des Rotors und damit des Hubschraubers.

Steuer-, und Bedienorgane

Ähnlich wie beim Flugzeug werden Hubschrauber über Steuerstangen, Steuerseile, Umlenkhebel usw. gesteuert. Auch die Techniken des Fly-By-Wire (fliegen per Draht) und Fly-By-Light (fliegen per Licht) nehmen wie beim Flugzeug immer weiter Einzug in die Hubschraubersteuerung. Die Übertragung der Kräfte erfolgt dann jedoch nicht mehr mechanisch, sondern per Kabel oder Lichtleiter zu Stellmotoren an den Steuerflächen. Im Gegensatz zu Flugzeugen die nur mittels Stick bzw. Steuerhorn und Pedals geflogen werden, braucht man beim Hubschrauber noch zusätzlich den Pitch.

Stick (Cyclic):

Der Stick wird für den Flug nach vorn, hinten, links und rechts benötigt. Bei Flug nach links und rechts erfolgt jedoch keine Drehung um die Hochachse, sondern eine Seitwärtsbewegung in die gewünschte Richtung. Die Bedienung erfolgt grundsätzlich mit der rechten Hand. Mit dem Stick wird direkt die Taumelscheibe des Hauptrotors angesteuert. Wenn der Stick z.B. nach vorn bewegt wird, ändert sich mittels zyklischer Blattverstellung der Anstellwinkel aller Rotorblätter während eines kompletten Umlaufs. Die Rotorebene wird jetzt durch den unterschiedlich groß wirkenden Auftrieb an den Rotorblättern nach vorn geneigt. Sinngemäß ändert sich die Neigung der Rotorblattebene beim drücken des Sticks nach links, recht oder hinten.

Pitch (Collectiv):

Mit dem Pitch wird mittels kollektiver Blattverstellung die Anstellung der Rotorblätter und damit der entstehende Auftrieb verändert. Der Hubschrauber steigt oder sinkt. Die Bedienung erfolgt grundsätzlich mit der linken Hand. Sobald der Pitch nach oben gezogen wird, werden die Anstellwinkel aller Rotorblätter um den gleichen Betrag erhöht. Der Auftrieb nimmt damit zu und der Hubschrauber steigt. Drückt der Pilot den Pitch nach unten verringert sich der Anstellwinkel aller Rotorblätter und der Hubschrauber sinkt aufgrund des geringeren Auftriebs.

Pedale (Pedals):

Mittels der Pedale vor den Füßen des Piloten wird die Drehung um die Hochachse eingeleitet. Die Anstellwinkel aller Heckrotorblätter wird um den gleichen Betrag geändert. Dadurch erhöht oder verringert sich der Schub des Heckrotors der dem Drehmoment des Hauptrotors und der Hubschrauberzelle entgegen wirkt.

Für einen Hubschrauberflug werden alle drei Steuerorgane benötigt. Im Zusammenwirken mit Pitch und Stick kontrolliert der Pilot Flughöhe und Geschwindigkeit. Mit den Pedalen wird die Flugrichtung bestimmt. Wenn während des Flugs eine der drei Steuerebenen verändert wird, müssen die beiden anderen ebenfalls korrigiert werden.

Wenn der Pilot im Schwebeflug den Pitch zieht und damit den Anstellwinkel der Hauptrotorblätter (mehr Luftdurchsatz, größerer Auftrieb) ändert, muss er das jetzt größer werdende Drehmoment mit dem Heckrotor ausgleichen. Dazu muss er mittels Pedale dem Drehmoment entgegen wirken. Da sich dadurch jetzt auch der seitliche Versatz ebenfall ändert, muss er dem jetzt noch zusätzlich mit dem Stick entgegen wirken. All diese Kriterien müssen erst erlernt werden um ein Fingerspitzengefühl für einen sauberen Schwebeflug zu erfüllen.

Taumelscheibe:

Mittels Steuerstangen-, Seilen und Umlenkhebeln wird das wichtigste Steuerelement des Hubschraubers bedient. Die Steuersignale von Pitch und Stick werden auf die Taumelscheibe übertragen, welche direkt unter dem Hauptrotor sitzt und die Steuersignale auf die einzelnen Hauptrotorblätter überträgt. Dabei ist die Anzahl er Rotorblätter egal.

Eine Taumelscheibe besteht aus einem fixen und aus einem drehenden Teil. Der fixe untere Teil ist über Steuerstangen/Umlenkhebel mit dem Stick verbunden. Der sich drehende obere Teil ist mit jedem einzelnen Rotorblatt verbunden. Wird die Taumelscheibe durch den Stick vor, zurück, links oder rechts geneigt, ändert sich der Anstellwinkel jedes einzelnen Rotorblattes während einer kompletten Umdrehung (zyklische Blattverstellung). Dadurch erfolgt die Neigung der Rotorebene in die gewünschte Richtung.

Durch ziehen am Pitch wird die gesamte Taumelscheibe (beide Teile) nach oben gezogen. Dabei wird der Anstellwinkel aller Rotorblätter (kollektive Blattverstellung) gleichzeitig erhöht. Bei kleineren Hubschraubern unterstützen Hydraulische Servomotoren den Piloten, um dessen Kraftaufwand an Pitch, Stick und Pedals zu verringern.

1    Stick (Cyclic)

2    Pitch (Collectiv)

3    Taumelscheibe (oben, drehend)

4    Taumelscheibe (unten, fix)

a,b Umlenkhebel

Bei mittleren und großen Hubschraubern treten an der Taumelscheibe des Hauptrotors so große Kräfte auf, daß eine Steuerung ohne Hydraulische Unterstützung mittels Muskelkraft des Piloten über Steuerstangen, Seile und Umlenkhebel nicht mehr möglich ist.

Zyklische Blattverstellung: kontinuierliche Blattverstellung während eines kompletten Umlaufs des Rotors

Kollektive Blattverstellung: gleichzeitige Blattverstellung aller Rotorblätter

Drehmomente und deren Ausgleich

Gemäß der physikalischen Gesetzen von Newton bewirkt die Drehung des Rotors auf die Hubschrauber-Zelle ein Drehmoment, welches sich gegenläufig der Rotordrehrichtung auswirkt. Der gesamte Hubschrauber würde sich um seine eigene Hochachse drehen. Eine Möglichkeit dem zu entgehen, ist der Einsatz eines senkrecht stehenden Heckrotors. Dieser wirkt mit seinem Schub entgegengesetzt des Drehmoments der Hubschrauber-Zelle. Je großer der Hauptrotor ist, desto stärker sind das Drehmoment der Hubschrauber-Zelle und die zu leistende Arbeit des Heckrotors. Durch den Schub des Heckrotors ist der Hubschrauber im Schwebeflug stets bestrebt, sich in entsprechende Richtung zu verschieben. Die Richtung ist abhängig von der Drehrichtung des Hauptrotors. Ein Versatz des Hubschraubers muss mit dem Hauptrotor ausgeglichen werden und erschwert einen "sauberen Schwebeflug". Die Heckrotorblätter lassen sich, wie die Hauptrotorblätter, kollektiv verstellen, wodurch eine kontrollierte Drehung um die Hochachse möglich ist. Die Steuerung des Hockrotors erfolgt über die Pedale des Piloten.

Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz eines zweiten gegenläufigen Hauptrotors. Dabei würden sich alle angreifenden Drehmomente gegenseitig aufheben.

Schwebeflug, Hoch oder Runter

Schwebeflug ist möglich, weil die Rotorblätter durch die Drehung ständig alle gleichmäßig mit Luft angeströmt werden und für Auftrieb sorgen. Da sich jetzt alle Blätter auf einer Ebene bewegen, sind die aerodynamischen Kräfte auf der Rotorebene nahezu symmetrisch und der Hubschrauber steht in der Luft. Die Auftriebskraft der Rotorblätter ist jetzt genau so groß, wie das Gewicht des gesamten Helikopters.

Wenn mittels "Kollektiver Blattverstellung" der Anstellwinkel der Hauptrotorblätter vergrößert wird, erhöht sich der Auftrieb und der Hubschrauber steigt auf der Stelle nach oben. Reduziert der Pilot die Blattverstellung, nimmt der Aufrieb ab und der Hubschrauber sinkt nach unten.

Downwash

ist der Luftstrom der durch den Rotor von oben nach unten gedrückt wird

Bodeneffekt

Der Bodeneffekt ist das Luftkissen, das sich im Schwebeflug in der Nähe des Bodens durch den Downwash bildet und am Boden zur Seite gedrückt werden muss. Der Bodeneffekt bildet sich in Höhen von 1,5 bis 2 mal Hauptrotordurchmesser. Auch das Gelände und deren Beschaffenheit (z.B. Neigung) sind abhängig von der Stärke. Grundsätzlich gilt, je besser der Downwash abgeleitet werden kann, desto geringer wird der Bodeneffekt.

OGE (hover out of ground effect): Schwebeflug außerhalb des Bodeneffekts

IGE (hover in ground effect): Schwebeflug im Bodeneffekt

Vortex (Wirbelringzustand)

Der Wirbelringzustand (Vortex) entsteht beim Schwebeflug und langsamen Vorwärtsflug mit einer großen Sinkgeschwindigkeit. Die Sinkgeschwindigkeit beträgt mehr als 500ft/min (2,5m/s) und die Vorwärtsgeschwindigkeit ist unterhalb der Transition. Diese Verhältnisse entstehen meist beim steilen Landeanflügen mit Rückenwind. Durch die hohe Sinkgeschwindigkeit bildet sich eine Luftströmung, die dem Downwash entgegen wirkt. Die Luft wird zwar noch immer von oben nach unten durch den Rotor befördert, aber durch die zurück geworfenen Luftströmung von unten wieder nach oben befördert. Die Luft wird anschließend sofort von oben wieder angesaugt. Dadurch entsteht ein in sich geschlossenes Luftsystem. Anzeichen dafür sind starke Vibrationen. Hubschrauber sind beim Vortex zwar noch steuerbar, aber die Sinkgeschwindigkeit nimmt weiter zu und der Auftrieb an den Rotorblättern nimmt ab.

Möglichkeit zum beenden des Vortex:

- Übergang vom Sinkflug in Vorwärtsflug (Downwash wir dann nach hinten abgeleitet)

- Einleiten einer Autorotation (am Rotor nur noch Luftdurchsatz von unten nach oben)

Vorwärts, Rückwärts, Seitwärts Links oder Rechts

Indem die ganze Rotorebene nach vorn geneigt wird, gewinnt der Hubschrauber an Fahrt. Der Übergang vom Schwebeflug in den Vorwärtsflug wird als "Transition" bezeichnet. Die Luft wird jetzt kombiniert nach unten und gleichzeitig nach hinten geblasen. Für einen Rückwärtsflug wird die Rotorebene nach hinten geneigt. Das Gleiche geschieht auch für den Flug nach Seitwärts Links oder Rechts mit einer Neigung der Rotorebene in die entsprechende Richtung. Weil der Auftrieb beim Vorwärtsflug nicht mehr senkrecht nach oben wirkt, muss die Leistung des Rotors (besonders in Startphase) durch die Kollektive Blattverstellung erhöht werden.

Durch den Vorwärtsflug entstehen unterschiedliche Anströmgeschwindigkeiten der Rotorblätter durch die Luft (Vorlaufendes bzw. Rücklaufendes Blatt.) Die Anströmgeschwindigkeit der Blätter ist dabei abhängig von der Vorwärtsgeschwindigkeit, Rotordrehzahl und Rotordurchmesser. Die Auftriebsverhältnisse sind durch vor-, und Rücklaufende Blätter aber nicht mehr konstant. Um im Vorwärtsflug konstante Auftriebsverhältnisse zu erreichen, muss der Anstellwinkel während eines kompletten Umlaufs durch die "zyklische Blattverstellung" ständig geändert werden.

Die maximalen Vorwärtsgeschwindigkeiten bei Hubschraubern liegt heute bei ca. 400km/h. Bei höheren Geschwindigkeiten würden sich die Blattspitzen der vorlaufenden Blätter im Überschallbereich und die der Rücklaufenden Blätter im Strömungsabriss bewegen. Kein Tragflächen- oder Rotorprofil der Welt könnte alle Eigenschaften für Langsamflug und Überschallflug in sich vereinen. Flugzeuge werden entsprechend ihrer Einsatzgeschwindigkeit auch mit dem entsprechenden Tragflächenprofil ausgestattet.

Links oder Rechts

Die Drehung um die Hochachse wird über den Heckrotor kontrolliert. Im normalen Schwebeflug/Geradeausflug erzeugt er gerade soviel Schub, daß er das Drehmoment des Hauptrotors ausgleicht. Beim bedienen der Pedale erfolgt die Blattverstellung aller Heckrotorblätter und damit Schubzunahme-, Abnahme am Heckrotor. Die Hubschrauberzelle dreht sich damit um die Hochachse.

Autorotation

Autorotation ist ein Notverfahren für jeden Hubschraubertyp. Was beim Flugzeug der Gleitflug ist, ist beim Hubschrauber die Autorotation. Diese Autorotation ist ein kompliziertes Flugmanöver welches vom Piloten erst einmal erlernt werden muss. Um die Fluglizenz zu erhalten, muss ein Flugschüler erst eine bestimmte Anzahl Autorotationslandungen durchführen und nachweisen können. Um Auftrieb am Rotor zu bekommen muss der Rotor durch Motoren oder Treibwerke angetrieben werden. Aber was ist, wenn der Antrieb ausfällt?

Rotorblätter weisen im Vorwärtsflug durch die kollektive Blattverstellung einen großen Anstellwinkel und damit einen großen Luftwiderstand auf. Der Pilot muss den Anstellwinkel der Rotorblätter mittels seinem Pitch sofort verringern. Bei den heutigen Hubschraubermodellen ist es (meist) möglich, den Rotor mittels Kupplung vom Motor/Triebwerk zu trennen. Der Hubschrauber beginnt nun durch Auftriebsverlust (geringerer Anstellwinkel der Blätter, abfallende Rotordrehzahl) zu sinken. Er wird von Beginn der Autorotation bis zur Landung nun nicht wie üblich von oben nach unten mit Luft durchströmt, sondern von unten nach oben. Er dreht sich durch die Anströmung der Luft (wie bei einer Windmühle) weiter und bildet noch einen geringen Teil Auftrieb der ausreicht, daß der Hubschrauber kontrolliert und steuerbar sinkt und nicht wie ein Stein vom Himmel fällt. Normalerweise wird die Autorotation im Vorwärtsflug durchgeführt. Um eine sichere Landung durchzuführen, muss große Vorwärtsgeschwindigkeit so weit wie möglich verringert werden. Außerdem kann dann vom Rotor noch mehr Energie aufgenommen werden, welche diesen antreibt.

Der Pilot ist außerdem bestrebt einen sauberen Sinkflug einzuleiten/durchzuführen. Jede Abweichung würde Energie und Leistung am Rotor abbauen. Die Sinkgeschwindigkeit bleibt weitgehend dem Piloten überlassen. Höhere Sinkgeschwindigkeit bedeutet höhere Rotordrehzahl. Der Vorgang des Sinkens nennt sich Flare.

Kurz vorm erreichen des Bodens nimmt der Pilot mittels des Stick und Pitch die Nase des Hubschraubers hoch und baut Sinkgeschwindigkeit und Vorwärtsgeschwindigkeit ab. Nach Ausrichtung des Hubschraubers setzt man im Optimum nahezu normal auf.

häufigste Anfängerfehler:

- Abfangen in zu großer Höhe (fast Stillstand des Rotors...Crash)

- sauberes Abfangens in der richtigen Höhe, aber zuviel Pitch (der Hubschrauber steigt wieder, Abbau der letzten Antriebsenergie am Rotor...Crash)

- Aufsetzen mit zuviel Vorwärtsgeschwindigkeit oder Sinkgeschwindigkeit