Hubschrauber

Geschichte

Ein wichtiges Merkmal der Geschichte des Vertikalflugs ist das allgegenwärtige menschliche Interesse an diesem Thema; Erfinder in vielen Ländern nahmen die Herausforderung im Laufe der Jahre an und erreichten unterschiedliche Grade des Erfolgs. Die Geschichte des Vertikalflugs begann mindestens schon um 400 n. Chr.; es gibt historische Hinweise auf einen chinesischen Drachen, der einen Drehflügel als Auftriebsquelle nutzte. Spielzeuge, die das Prinzip des Hubschraubers – ein rotierendes Blatt, das durch den Zug einer Schnur gedreht wird – nutzten, waren bereits im Mittelalter bekannt. In der zweiten Hälfte des 15. Jahrhunderts fertigte Leonardo da Vinci Zeichnungen eines Hubschraubers an, der eine spiralförmige Luftschraube zur Erzeugung von Auftrieb nutzte. Ein Spielzeug-Hubschrauber mit Rotoren aus Vogelfedern wurde 1784 von zwei Handwerkern, Launoy und Bienvenu, der französischen Akademie der Wissenschaften vorgestellt; dieses Spielzeug prognostizierte ein erfolgreicheres Modell, das 1870 von Alphonse Pénaud in Frankreich geschaffen wurde.

Die erste wissenschaftliche Darstellung der Prinzipien, die schließlich zum erfolgreichen Hubschrauber führten, kam 1843 von Sir George Cayley, der von vielen auch als der Vater des Starrflüglerfluges angesehen wird. Von da an entstand ein wahrer Genpool an Hubschrauber-Ideen von zahlreichen Erfindern, fast ausschließlich in Form von Modellen oder Skizzen. Viele waren technische Sackgassen, aber andere trugen einen Teil zur endgültigen Lösung bei. Im Jahr 1907 gab es zwei bedeutende Schritte nach vorn. Am 29. September machen die Brüder Breguet, Louis und Jacques, unter der Leitung des Physiologen und Luftfahrtpioniers Charles Richet einen kurzen Flug in ihrem Gyroplane No. 1, angetrieben von einem 45-PS-Motor. Der Gyroplane hatte einen spinnennetzartigen Rahmen und vier Rotorsätze. Das geflogene Flugzeug hob vom Boden bis zu einer Höhe von etwa einem Meter ab, war aber angebunden und nicht unter Kontrolle. Breguet wurde zu einem berühmten Namen in der französischen Luftfahrt, und mit der Zeit kehrte Louis zu seiner erfolgreichen Arbeit an Hubschraubern zurück. Später, im November, gelang ihrem Landsmann Paul Cornu, der wie die Gebrüder Wright Fahrradbauer war, ein Freiflug von etwa 20 Sekunden Dauer, bei dem er in einem von einem 24-PS-Motor angetriebenen Doppelrotorflugzeug eine Höhe von einem Fuß erreichte. Ein weiterer Mann, der wie die Breguets mit dem Hubschrauber liebäugelte, sich dann mit Starrflüglern einen Namen machte und später zur Herausforderung des Vertikalflugs zurückkehrte, war Igor Sikorsky, der etwa zur gleichen Zeit einige erfolglose Experimente unternahm.

Die nächsten 25 Jahre waren durch zwei Haupttrends im Vertikalflug gekennzeichnet. Der eine war die weite Verbreitung kleinerer Erfolge mit Hubschraubern; der zweite war das Auftauchen und der scheinbare Erfolg des Autogyros (auch Autogyro geschrieben).

Der Hubschrauber sah schrittweise Erfolge in vielen Ländern, und der folgende kurze Rückblick wird nur diejenigen hervorheben, deren Beiträge sich letztendlich in erfolgreich entwickelten Hubschraubern wiederfanden. 1912 machte der dänische Erfinder Jacob Ellehammer kurze Sprünge in einem Hubschrauber, der über gegenläufige Rotoren und eine zyklische Pitch-Steuerung verfügte, letztere eine wichtige Erkenntnis zum Problem der Steuerung. Am 18. Dezember 1922 hob ein von George de Bothezat für die U.S. Army Air Force konstruierter komplexer Hubschrauber unter minimaler Steuerung für knapp zwei Minuten vom Boden ab. In Frankreich stellte der argentinische Erfinder Raúl Pateras Pescara, der in den 1920er und 30er Jahren mehrere Hubschrauber mit zyklischer Pitch-Steuerung und, bei Ausfall des Motors, mit Rotor-Autorotation konstruierte, am 18. April 1924 einen Streckenrekord von 736 Metern auf. Im gleichen Jahr, am 4. Mai, stellte Étienne Oehmichen in Frankreich einen Streckenrekord für Hubschrauber auf, indem er einen Kreis von einem Kilometer Länge flog.

Im Jahr zuvor, am 9. Januar 1923, gelang Juan de la Cierva in Spanien der erste erfolgreiche Flug eines Autogiro. Ein Autogiro arbeitet nach einem anderen Prinzip als ein Hubschrauber. Sein Rotor wird nicht angetrieben, sondern erhält den Auftrieb durch seine mechanische Rotation, während sich der Autogiro durch die Luft bewegt. Er hat den Vorteil eines relativ kurzen Starts und eines nahezu vertikalen Sinkflugs. Der anschließende Erfolg von Ciervas Autogiros und denen seiner Konkurrenten schien die Zukunft der Hubschrauberentwicklung in Frage zu stellen. Autogiros wurden schnell verbessert und in mehreren Ländern hergestellt und schienen eine so nützliche Nische zu füllen, dass sie den Hubschrauber vorübergehend in den Schatten stellten. Ironischerweise trug jedoch die für den Autogiro entwickelte Technologie des Rotorkopfes und des Rotorblattes wesentlich zur Entwicklung des erfolgreichen Hubschraubers bei, der den Autogiro mit der Zeit überflüssig machte.

Im Jahr 1936 trat Deutschland mit der Focke Achgelis Fa 61 an die Spitze der Hubschrauberentwicklung, die zwei dreiblättrige Rotoren auf Auslegern hatte und von einem 160-PS-Sternmotor angetrieben wurde. Die Fa 61 hatte einen steuerbaren zyklischen Pitch und stellte zahlreiche Rekorde auf, darunter 1938 einen Höhenflug von 11.243 Fuß und einen Überlandflug von 143 Meilen. Im Jahr 1938 wurde die deutsche Fliegerin Hanna Reitsch die erste Hubschrauberpilotin der Welt, indem sie die Fa 61 in der Deutschland-Halle in Berlin flog. Es war sowohl ein technischer als auch ein propagandistischer Triumph. Deutschland setzte seine Hubschrauberentwicklung während des Zweiten Weltkriegs fort und brachte als erstes Land einen Hubschrauber, den Flettner Kolibri, in Serie.

In den Vereinigten Staaten wandte sich Igor Sikorsky nach vielen Erfolgen mit kommerziellen Flugbooten wieder dem Hubschrauber zu und führte nach langer Entwicklungszeit 1939-41 eine erfolgreiche Testflugserie seiner VS-300 durch. Die VS-300 war im Wesentlichen ein Testflugzeug, das für einfache und schnelle Modifikationen ausgelegt war. Sie war klein (sie wog 1.092 Pfund) und wurde von einem 65-PS-Lycoming-Motor angetrieben. Dennoch besaß er die Merkmale, die die meisten modernen Hubschrauber auszeichnen: einen einzigen dreiflügeligen Hauptrotor mit kollektivem Pitch und einen Heckrotor. So erfolgreich der VS-300 auch war, so deutlich zeigte er aber auch die Schwierigkeiten, die alle nachfolgenden Hubschrauber im Entwicklungsprozess erfahren sollten. Viele Jahre lang waren Hubschrauber im Vergleich zu konventionellen Flugzeugen untermotorisiert, schwer zu steuern und viel höheren dynamischen Belastungen ausgesetzt, die zu Material- und Ausrüstungsausfällen führten. Dennoch führte der VS-300 zu einer langen Reihe von Sikorsky-Hubschraubern und beeinflusste deren Entwicklung in einer Reihe von Ländern, darunter Frankreich, England, Deutschland und Japan.

Nach dem Zweiten Weltkrieg entwickelte sich die kommerzielle Nutzung von Hubschraubern schnell in vielen Bereichen, einschließlich Brandbekämpfung, Polizeiarbeit, landwirtschaftliches Sprühen, Mückenbekämpfung, medizinische Evakuierung und Transport von Post und Passagieren.

Der expandierende Markt brachte zusätzliche Konkurrenten auf den Plan, jeder mit einem anderen Ansatz für das Problem des vertikalen Fluges. Die Bell Aircraft Corporation, unter der Leitung von Arthur Young, begann ihre lange, bemerkenswerte Geschichte der Vertikalflugzeuge mit einer Reihe von Prototypen, die zum Bell Model 47 führten, einem der bedeutendsten Hubschrauber aller Zeiten, der einen gelenkigen, kreiselstabilisierten Zweiblatt-Rotor besaß. Frank Piasecki gründete die Piasecki Helicopter Corporation; seine Entwürfe enthielten ein Tandemrotor-Konzept. Die Verwendung von zwei Tandem-Rotoren ermöglichte es, Hubschrauber auf fast das Doppelte ihrer bisherigen Größe zu vergrößern, ohne die Schwierigkeit, sehr große Rotorblätter zu bauen. Darüber hinaus ermöglichte die Anordnung der Zwillingsrotoren einen großen Schwerpunktbereich. Der Wettbewerb war international, mit raschen Fortschritten in der Sowjetunion, Großbritannien, Frankreich, Italien und anderswo.

In noch stärkerem Maße als bei den Starrflüglern war die Entwicklung des Hubschraubers durch die Motorleistung begrenzt. Hubkolbentriebwerke waren schwer, laut und in großer Höhe weniger effizient. Die erste Anwendung der Strahltriebwerkstechnologie auf den Hubschrauber erfolgte 1951 durch die HTK-1 der Kaman Aircraft Corporation, die über die von Kaman patentierten aerodynamischen, servogesteuerten Rotoren in „Synchropter“-Konfiguration verfügte (d.h. nebeneinander liegende Rotoren mit ineinandergreifenden Laufbahnen der Blätter).

In konventionellen Flugzeugen wurde die Leistung des Strahltriebwerks in erster Linie zur Erhöhung der Geschwindigkeit genutzt. Im Hubschrauber musste der Schub der Düsenturbine über ein Getriebe eingefangen werden, um den Rotor zu drehen. Das Düsentriebwerk hatte viele Vorteile für den Hubschrauber – es war kleiner, wog weniger als ein Kolbenmotor vergleichbarer Leistung, hatte weit weniger Vibrationen und verbrauchte weniger teuren Treibstoff. Die französische SNCA-S.E. 3130 Alouette II absolvierte ihren Erstflug am 12. März 1955, angetrieben von einem Turbomeca Artouste II Turbinentriebwerk. Er wurde schnell zu einem der einflussreichsten Hubschrauber der Welt und leitete den Trend zu Hubschraubern mit Düsenantrieb ein.

Heute gibt es eine Vielzahl von Hubschraubertypen auf dem Markt, die von kleinen Zwei-Personen-Privathubschraubern über große Passagierflugzeuge bis hin zu Arbeitsfahrzeugen reichen, die große Lasten an entlegene Orte transportieren können. Alle entsprechen den Grundprinzipien des Fliegens, aber aufgrund der einzigartigen Natur der Rotor- und Steuersysteme des Hubschraubers unterscheiden sich die Techniken zum Fliegen. Es gibt noch andere Arten von Vertikallift-Flugzeugen, deren Steuerung und Techniken oft eine Mischung aus konventionellen Flugzeugen und Hubschraubern sind. Sie bilden einen kleinen Teil des Gesamtbildes des Fliegens, sind aber von wachsender Bedeutung.