Museumsführer für das Hubschraubermuseum Bückeburg und die Physik des Hubschraubers

Inhaltsverzeichnis

Einleitung

Inhaltsangabe

Erster Teil: Museumsführer für das Hubschraubermuseum in Bückeburg
1.1 Zur Entstehung des Hubschraubermuseums Bückeburg
1.2 Die Visionäre
1.3 Die Visionen lernten fliegen / Die (Fw-61) von Prof. Heinrich Focke
1.4 Mehrzweckhubschrauber Bell 47-G2
1.5 Mehrzweckhubschrauber / Vertol V-43 H-21 („Die fliegende Banane“)
1.6 Mehrzweckhubschrauber / Sikorsky S-58
1.7 Mehrzweckhubschrauber / Kamov Ka-26
1.8 Such- und Rettungshubschrauber / Sycamore 171-Mk-52
1.9 Rettungshubschrauber Kaman HH-43-B / Husky II
1.10 Die Möglichkeiten der Gegenwart / der Mikro-Helikopter
1.11 Prototypen, Einzelexemplare, Eigenbauhubschrauber, Kuriositäten
1.12 Weitere Angebote und Attraktionen des Museums

Zweiter Teil : Hubschraubertechnik
2.1 Hauptrotor mit Heckrotor
2.2 Tandemrotor
2.3 Koaxiale Rotoranordnung
2.4 Zwei nebeneinander liegende Rotoren
2.5 Ineinanderkämmende Rotoren
2.6 Blattspitzenantrieb
2.7 Der Tiltrotor / Das Kipprotorflugzeug
2.8 Hubschraubertechnik – die Steuerung
2.9 Hubschraubertechnik – Die wichtigsten Instrumente des Piloten

DritterTeil: Die physikalischen Grundlagen des Hubschrauberflugs
3.1 Der Auftrieb
3.2 Experiment zum Auftrieb
3.3 Die Erhaltungssätze der Physik angewandt auf den Hubschrauber
3.3.1 Der Energieerhaltungssatz und dessen Anwendung beim Helikopter
3.3.2 Der Impulserhaltungssatz und dessen Anwendung beim Helikopter
3.3.3 Der Drehimpulserhaltungssatz und dessen Anwendung beim Helikopter
3.3.4 Der Massenerhaltungssatz und dessen Anwendung beim Helikopter

4. Fazit

5. Wichtiger Hinweis

6. Quellenverzeichnis

7. Versicherung

Einleitung

Auf Augenhöhe mit den Vögeln zu sein war seit je her ein Traum der Menschheit – schon lange bevor es Flugmaschinen jeglicher Art gab. Die Faszination des Fliegens wird auch heute von vielen Menschen geteilt und gerade im Grundschulalter schauen die Kinder gebannt zum Himmel hin, wenn ein Flugzeug oder Hubschrauber seine Bahnen über dem Horizont zieht. Nun hat leider nicht jeder die Möglichkeit mit einem Flugzeug oder Hubschrauber zu fliegen oder solch eine phantastische Maschine aus der Nähe zu beobachten und gar anzufassen. Das Hubschraubermuseum im idyllischen Bückeburg am Rande der Weserberge gibt jedem die Möglichkeit Hubschrauber hautnah zu erleben. Auf über 2500 qm Ausstellungsfläche werden maßstabsgetreue Modelle von Flugmaschinen von Visionären aus den letzten Jahrhunderten und über 40 Originalexponate von Hubschraubern seit Beginn ihrer Ära in den 30er Jahren des letzten Jahrhunderts ausgestellt. Es werden frühe Visionen des (menschlichen) Fliegens aufgegriffen, seltene oder gar einzigartige Prototypen exponiert und das Museum lässt Unikate und legendäre Veteranen der Luftfahrt bestaunen. Der Besucher kann hier eine Zeitreise aus der Sicht der Hubschrauberluftfahrt begehen – von aus heutiger Sicht teils naiven Konstruktionsentwürfen aus dem 15. Jahrhundert bis hin zum modernen Hochleistungshelikopter. Somit stellt dieses Museum ein ideales Ziel für einen Klassenausflug dar, wobei die imposanten Exponate sicherlich nicht nur physik- und technikbegeisterte Herzen beeindrucken werden.

Inhaltsangabe

Diese Staatsexamensarbeit ist in drei Teile unterteilt und beinhaltet im ersten Abschnitt einen Museumsführer für das Hubschraubermuseum Bückeburg mit ausgewählten Exponaten, die jeweils detailliert mit Geschichte und technischen Daten vorgestellt werden. Der Museumsführer gibt analog zur Ausstellung einen chronologischen Abriss der Hubschrauberluftfahrt anhand der ausgewählten Exponate wieder.

Im zweiten Teil wird auf die Hubschraubertechnik eingegangen. Es werden geläufige, weniger geläufige und nicht mehr verwendete Hubschrauber-bauformen und deren Vor- und Nachteile erläutert und die Funktionsweise der Steuerung eines Hubschraubers erklärt.

Im dritten Teil werden die physikalischen Grundlagen des Hubschrauberflugs vorgestellt. Der dritte Teil erläutert das Prinzip des Auftriebs beim Helikopter -gibt also Antwort auf die Frage, warum ein Hubschrauber überhaupt fliegen kann. Außerdem wird auf die Erhaltungssätze der Physik und deren Anwendung beim Hubschrauber eingegangen.

Erster Teil: Museumsführer für das Hubschraubermuseum in Bückeburg

Ein Rundgang durch das Museum auf der Zeitachse der Helikopterluftfahrt, mit ausgewählten Exponaten von Visionären bis ins 21. Jahrhundert

1.1 Zur Entstehung des Hubschraubermuseums Bückeburg

Die Idee ein Hubschraubermuseum entstehen zu lassen holte sich der Gründer des Museums, Werner Noltemeyer, in den USA. Er war zwecks seiner Ausbildung zum Hubschrauberpiloten 1957-1958 in den US-Bundes-staat Alabama gegangen und fand an seinem Ausbildungsort „Fort Rucker“ ein Museum ausgedienter Einsatzhubschrauber der US-Army vor. Diese Ausstellung begeisterte ihn so sehr, dass er nach seiner Rückkehr nach Deutschland alles zu sammeln begann, was mit Hubschrauberflug und Hubschraubertechnik zusammenhing. Auf dem Gelände der Heeresflieger-waffenschule in Achum bei Bückeburg gründete er das Hubschrauberforum, eine kleine Ausstellung unter freiem Himmel, welche bald zu überregionaler Bekanntheit gelangte. Somit wurde auch die Luftfahrtindustrie auf die Ausstellung aufmerksam und spendete zunehmend Exponate. Der Ausstellungsplatz war somit bald erschöpft und ein neuer Ausstellungsort musste geschaffen werden. Hinzu kam, dass aufgrund der zunehmenden Anzahl der Exponate das öffentliche Interesse geweckt wurde und sich der Kreis der Interessierten nicht mehr nur hauptsächlich auf Militärangehörige beschränkte. Im Jahre 1970 zog nun die Ausstellung in den „Burgmannshof“ in der Mitte der Stadt Bückeburg um und es wurde sogleich das „Hubschrauberzentrum e.V. Bückeburg“ gegründet, ein Verein zur Förderung des Museums, dem eine Vielzahl von Firmen, Institutionen und Privatpersonen beigetreten sind. Unter Beteiligung von vielen Helfern aus den Reihen des Militärs, aber auch des Zivillebens wurden die Exponate vom Freigelände der Heeresfliegerwaffenschule Achum in die Räumlichkeiten des neu geschaffenen Museums gebracht. Von nun an hatten die Veteranen der Luftfahrt ein Dach über dem Kopf, was nicht nur den Besuch der Ausstellung von Wind und Wetter unabhängig machte, sondern auch die Exponate selbst vor dem witterungsbedingten Zerfall und dreisten Souvenirjägern schützte, die allzu gern ein abschraubbares Teil eines Exponats als Erinnerung an ihren Besuch mit nach Hause nahmen. Die offizielle Eröffnung zelebrierte 1971 Prof. Heinrich Focke, der den ersten voll verwendungsfähigen Hubschrauber entwickelte, welcher ebenfalls im Museum zu sehen ist. Dieser Helikopter wird im Rahmen dieser Staatsexamensarbeit noch vorgestellt werden. Die zunehmende Beliebtheit und Komplexität des Museums veranlasste die Träger der Ausstellung einen Erweiterungsneubau zu errichten, welcher von 1978 bis 1980 fertig gestellt wurde.

Seitdem ist der Förderverein „Hubschrauberzentrum e.V. Bückeburg“ kontinuierlich dabei die Ausstellung zu erweitern. Hierbei wird ein weites Spektrum an Ausstellungsgut einbezogen – vom kompletten Hubschrauber, über Einzelteile, wie Triebwerke oder Navigationsinstrumente, bis zu Originaldokumenten aus der Hubschraubergeschichte und wissen-schaftlichen Arbeiten rund um den Hubschrauberflug.

1.2 Die Visionäre

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Das Modell der mit Muskelkraft betriebenen „Helix-Spirale“ von Leonardo da Vinci in der Eingangshalle des Museums

Gleich im Eingangsbereich ist ein Hubschraubermodell nach einem Entwurf von Leonardo da Vinci aus dem Jahre 1483 zu bestaunen, dessen „Helix-Schraube“ auch das Wappen des Museums und das dessen Fördervereins ziert (s.S.2). Leonardo da Vinci entwickelte als erster eine Hubschrau-bervision nach dem Prinzip einer Spiralschraube, die von Menschenhand betrieben wurde. In seinem Manuskript präzisierte er seine Idee vom Fliegen und in seinem Prinzip sind die Grundlagen des heutigen Hubschrauberfluges bereits zu ersehen:

„Die äußere Kontur der Schraube besteht aus Eisendraht von der Stärke einer Schnur, die Entfernung vom Rande zum Mittelpunkt beträgt 8 Faden (ca. 32 m). Wenn diese Vorrichtung in Form der Schraube gut gemacht ist, d. h., hergestellt aus Leinensegel, dessen Poren man mit Stärke verkleistert hat, und wenn man sie rasch dreht, finde ich, daß eine solche Schraube ihre Mutter in der Luft finden wird und daß sie in die Höhe steigt.“^[1]

Sein Entwurf blieb jedoch über 400 Jahre verschollen und hat somit leider nur historischen Wert. Auf seiner Idee basiert jedoch der Wortstamm für den Begriff „Helikopter“ – „helix“ = spiralförmig; „pteron“ = Flügel (aus dem Grie-chischen). Wie weit Leonardo da Vinci seiner Zeit voraus war belegen diese weitaus späteren Entwürfe aus den Jahren 1628 und 1781, die im Kontrast zu da Vincis Entwurf direkt hinter diesem aufgehängt sind.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Hubschrauber mit „Vogelantrieb“ von 1628 „Helikopter“ mit Regenschirm

Im amerikanischen Bürgerkrieg wollte man die damals neuen Dampfkraft­maschinen nutzen um ein Dampfschiff-Hubschrauber zu erbauen, der als

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Modell des Dampfschiff-Hubschraubers nach Das Modell der „Gyroplane Nr.2“ der Ge-

Powers^[2] brüder Brequet^[3]

Blockadebrecher fungieren sollte. Captain William C. Powers auf Seiten der Südstaaten hatte eine derartige Konstruktion bereits geplant. Nicht der Zweifel daran, dass seine Konstruktion möglicherweise nicht funktionieren könnte, sondern die Angst davor, dass die Nordstaaten diese kopieren und gegen seine eigene Seite einsetzen würden, ließen ihn davon abkommen diesen Helikopter zu bauen. In Form eines Modells ist sein Plan jedoch im Hubschrauber­museum zu Bückeburg in die Realität umgesetzt worden (s. Bild links oben).

Die Gebrüder Brequet verwirklichten ihre Pläne und bauten 1908 einen der ersten in Ansätzen flugfähigen Helikopter. Ihre „Gyroplane Nr. 2“ bestand aus einem Rumpf mit je zwei Tragflächen an der Vorder- und Hinterseite. Eine schräg gestellte Hubschraube wurde je rechts und links des Rumpfes zwischen den Flügelpaaren installiert. Mit diesem Fluggerät (s. Bild rechts oben) gelang ihnen 1908 ein 25 Meter langer Flug mit einer Flughöhe von 10 Metern, bei dessen unsanfter Landung das Fahrgestell zerstört wurde.

1.3 Die Visionen lernten fliegen / Die (Fw-61) von Prof. Heinrich Focke

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Fw-61 im Hubschraubermuseum von Bückeburg^[4] Prof. Heinrich Focke^[5]

Nachdem diverse andere Entwickler bereits Maschinen entwarfen, die zumindest für kurze Zeit vom Boden abhoben, jedoch diese Flugversuche häufig in Unfällen endeten, baute Prof. Heinrich Focke den ersten voll verwendungsfähigen Hubschrauber (Fw-61) auf der Basis eines Flugzeugrumpfes. An beiden Seiten des Rumpfes wurden drei­blättrige Rotoren auf Stahlrohr-Auslegern mit einem Durchmesser von je 6 Metern montiert. Der original Flugzeugpropeller diente nunmehr nur zur Kühlung des Motors.

Außerdem war es erstmals möglich bei einem Ausfall der Rotoren eine kontrollierte Landung durch Autorotation durchzuführen.

„Die Autorotation ermöglicht es einem Hubschrauber ohne eigenen Antrieb zu landen. Zum Einen ist noch Rotationsenergie im Rotor vorhanden, zum Anderen werden Höhe und Geschwindigkeit durch negatives Anstellen der Rotorblätter im Sinkflug in zusätzliche Rotationsenergie umgewandelt. Kurz vor dem Boden kann der Hubschrauber durch positives Anstellen der Blätter ein einziges Mal seine Sinkgeschwindigkeit verringern und dann sanft aufsetzen.“^[6]

Der erste freie Flug von Heinrich Fockes Fw-61 fand am 26.06.1936 statt und bereits 1938 wurde diese Maschine bei einer Kolonialschau vorgeführt, wobei die Pilotin Hanna Reitsch mit dem Helikopter durch die Deutschlandhalle in Berlin flog.

Weitere, ausgewählte Exponate des Hubschraubermuseums

1.4 Mehrzweckhubschrauber Bell 47-G2

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Eine ganze Reihe von Helikoptern mit „Fisch- Junge Gäste begeistern sich für die Expo-

glas-Kanzel“ nate

Beim weiteren Rundgang durch die Helikoptergeschichte ist ein imposantes Exemplar nach dem anderen im Bückeburger Museum aufgereiht. Hier sieht

man einige Exemplare mit Blasenhaube, oder auch „Fischglas-Kanzel“ als Cockpit-Ummantelung. Im Vordergrund steht hier eine Bell 47-G2, welche von 1946-1973 in einer Gesamtstückzahl von über 6000 Exemplaren gebaut wurde. Dieser Hubschrauber ist einer der meistgebautesten Hubschrauber aller Zeiten und daher habe ich ihn zur genaueren Vorstellung hier ausgewählt. Die in Bückeburg ausgestellte Maschine stammt aus dem Jahre 1958 und hat ein Leergewicht von nur 990 kg (zum Vergleich: Ein VW Golf V hat ein Leergewicht von 1154-1319 kg^[7]). Der 1-2sitzige Hubschrauber konnte mit einer Motorleistung von nur 191 kW (260 PS) eine Fluggeschwindigkeit von 160 km/h erreichen und mit einer Tankfüllung bis zu 402 km weit fliegen. Dieser Typ von Hubschrauber erlangte Berühmtheit durch seine Rettungs-einsätze im Koreakrieg.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Bell 47-G2 im Portrait Ein Blick ins Cockpit Das Triebwerk

1.5 Mehrzweckhubschrauber / Vertol V-43 H-21 („Die fliegende Banane“)

Das mit Abstand größte und imposanteste Exponat des Museums ist die Vertol V-43 H-21, auch aufgrund ihrer Form „Fliegende Banane“ genannt. Dieser Großhubschrauber ist durch seine Bauart, Größe, Form und Geschichte einer genaueren Betrachtung wert und daher habe ich ihn hier zur Präsentation ausgewählt. Dieser mächtige Helikopter konnte 2 Piloten und 20 weitere Personen inklusive voller Ausrüstung transportieren. Die Vertol V-43 H-21 ist als Ganzmetall-Tandem mit 3-Blatt-Tandem-Rotor gebaut worden, d.h die Maschine besitzt am Bug und am Heck jeweils einen Rotor mit 3 Rotorblättern.

„Die Anordnung als Tandemrotor wird vor allem bei großen Hubschraubern verwendet. Durch die gegenläufigen Rotoren heben sich die Gegendrehmomente der einzelnen Rotore auf. Die Konstruktion der Steuerung ist wesentlich komplizierter als bei einem Helikopter mit Heckrotor. Die Steuerung um die Hochachse im Schwebeflug erfolgt durch entgegengesetztes Neigen der Rotorebenen.“^[8]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

„Die fliegende Banane“ nimmt allein fast die Hälfte der großen Hauptausstellungshalle des Museums ein

Von diesen imposanten Helikoptern wurden insgesamt über 650 Exemplare gebaut. Allein der Rumpf hatte eine Länge von 16 m und eine Höhe von 4,70 m. Die Gesamtlänge von der Rotorspitze am Bug bis zur Rotorspitze am Heck (Länge über alles) betrug 26,31m. Der Rumpf wurde aus Halbschalen gefertigt, die dann später zusammengesetzt wurden. Die große Flosse am Heck diente zur Stabilisierung und kombiniert mit einem elektronischen Stabilitätsunter­stützungssystem zur Beruhigung des Flugverhaltens. Die beiden Rotoren, die am Anfang der Baureihe aus Holz und erst später aus Metall gefertigt wurden, wurden nur von einem Motor betrieben. Das im hinteren Bereich der Maschine gelegene Triebwerk (s. Bild unten) hatte eine Leistung von 1048 kW (1425 PS) und betrieb beide Rotoren über eine im Rumpfrücken liegende Welle. Am 11. April 1952 startete die erste Maschine zum Jungfernflug. Bei der großen Flutkatastrophe 1962 in Hamburg war diese Maschine eine wichtige Unterstützung und hat durch ihren Einsatz viele Menschenleben gerettet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Das Triebwerk der Vertol V-23 H-21

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Ein Blick in den riesigen Laderaum der Maschine Im Einsatz hoch über Algerien^[9]

[...]

^[1] Schmidt, Josef, (1999): Das Hubschraubermuseum von Bückeburg. Zweibrücken: VDM Heinz Nickel, S. 26

^[2] Bildquelle: Schmidt, Josef, (1999): Das Hubschraubermuseum von Bückeburg. Zweibrücken: VDM Heinz Nickel, S. 30

^[3] Bildquelle: Schmidt, Josef, (1999): Das Hubschraubermuseum von Bückeburg. Zweibrücken: VDM Heinz Nickel, S. 36

^[4] Bildquelle: (http://www.hubschraubermuseum.de/Hubschraubermuseum_Buckeburg/Geschichte/run dgang.jpg) Rev.2004

^[5] Bildquelle: (http://www.hubschraubermuseum.de/Hubschraubermuseum_Buckeburg/Personli chkeiten/Focke__Henrich_/focke02k.jpg) Rev.2004

^[6] www.wikipedia.de / Wikipedia – die freie Enzyklopädie (2004). Suche „Autorotation“. (http://de.wikipedia.org/wiki/Au torotation) Rev. 2004

^[7] Vgl: (www.volkswagen.de/Modelle/Golf/Technische Daten (http://showrooms.volkswagen.de/

Golf /) Rev. 2004

^[8] www.hubschrauber.li / Heliarten (http://www.hubschrauber.li/sogehts/heliarten/arten.htm) Rev. 2004

^[9] Bildquelle: (http://www.eichhorn.ws/assets/images/piasecki_H21.jpg) Rev. 2004