Hubschrauberfunktionen

Taumelscheibe

Die Taumelscheibe ist ein mechanisches Bauteil, welches die Steuereingaben des Piloten an den Rotor überträgt; sie übernimmt dabei insbesondere die Funktion, die Steuereingaben aus dem nicht-drehenden System (dem Hubschrauberrumpf) in das drehende System des Rotors zu übersetzen.
Die Taumelscheibe befindet sich in der Regel am Rotormast knapp unterhalb des Rotorkopfs und besteht aus zwei konzentrischen Ringen oder Scheiben. Die Scheiben sind verbunden, können sich jedoch gegeneinander verdrehen: Eine Scheibe dreht sich mit dem Rotor mit, die andere Scheibe ist dem feststehenden System zugeordnet. Steuereingaben des Piloten werden über Steuerstangen der nicht-drehenden Scheibe zugeführt, welche dadurch vertikal verschoben oder seitlich gekippt wird. Diese Ausrichtung überträgt sich durch die konzentrische Verbindung auf die drehende Scheibe, welche über je eine Stoßstange den Einstellwinkel eines Rotorblatts verstellt.

Kollektive Blattverstellung
Eine vertikale Verschiebung der Taumelscheibe führt dazu, dass auch im drehenden System alle Stoßstangen gleichmäßig verschoben werden. Dies ergibt eine "kollektive" Veränderung der Einstellwinkel, d.h. die Winkel aller Blätter ändern sich um denselben Betrag. Im Schwebeflug beispielsweise würde eine Schuberhöhung auf diese Weise erzeugt werden. Die kollektive Blattverstellung wird vom Piloten durch einen Hebel links vom Sitz vorgenommen.

Zyklische Blattverstellung
Durch den Steuerknüppel wird die Kipp-Lage der Taumelscheibe gesteuert, wobei bei festgehaltenem Knüppel auch die Lage der Taumelscheibe relativ zum Hubschrauber fest bleibt. Stimmen durch das Kippen die Achsen der beiden konzentrischen Scheiben nicht mehr mit der Rotorachse überein, so bleibt zwar die Ausrichtung der Taumelscheibe relativ zum Rumpf unverändert, von einem mit dem Rotor mitdrehenden Beobachter gesehen führt der drehende Teil jedoch eine Taumelbewegung aus. Aus diesem Rotorsystem betrachtet rotiert die dem drehenden System zugeordnete Scheibe also nicht, ändert aber fortlaufend ihre Kipplage indem ihre Achse einen Kegelmantel beschreibt. Durch diese periodische Lageänderung werden die Stoßstangen auf und ab bewegt, und es ergeben sich zeitliche Veränderungen der Blattwinkel. Innerhalb eines Umlaufs hat sich eine Stoßstange einmal auf- und abbewegt und den Einstellwinkel des zugehörigen Blatts vergrößert und verkleinert. Da das Blatt nach einem Umlauf wieder denselben Einstellwinkel erreicht, spricht man von der "zyklischen" Blattverstellung.

Wird beispielsweise im Schwebeflug der Steuerknüppel nach vorne bewegt und dadurch die Taumelscheibe nach vorne gekippt, so sind die am drehenden Teil angebrachten Stoßstangen immer in ihrer unteren Position, wenn sich während ihres Umlaufs ihr Anschlusspunkt an die Taumelscheibe vorne befindet. Ist die Kinematik so ausgelegt, dass durch eine Abwärtsbewegung dieser Stoßstange der Einstellwinkel desjenigen Blatts verkleinert wird, welches zu diesem Zeitpunkt nach rechts zeigt, so erzeugt es auf der rechten Seite weniger Auftrieb. Eine halbe Umdrehung später zeigt das Blatt nach links und die ihm zugeordnete Stoßstange befindet sich mit ihrem Anschlusspunkt an der hinteren, höchsten Position der Taumelscheibe; dadurch ist der Einstellwinkel maximal und das Blatt erzeugt links mehr Auftrieb als im Mittel. Da alle Blätter diese Verstellung erfahren, erzeugen sie ebenfalls rechts weniger und links mehr Auftrieb, so dass insgesamt betrachtet die Auftriebskräfte ein nach rechts rollendes Drehmoment auf den Rotor ausüben (Der Auftriebs-Schwerpunkt befindet sich leicht links vom Rotormittelpunkt). Erfährt der Rotor eine Kompensation dieses Roll-Moments, indem z.B. der Hubschrauber auf der linken Seite eine Person an der Winde anhebt, so bleibt die Ausrichtung der Rotor-Ebene unverändert und der Hubschrauber bleibt im Schwebeflug. Wird andererseits das durch die Auftriebskräfte auf den Rotor einwirkende Rollmoment nicht kompensiert, wird sich der Rotor wie ein Kreisel verhalten; die Rotorebene wird sich aus der Horizontalen nach vorne neigen (bei Drehung des Rotors im Gegen-Uhrzeigersinn), und der Hubschrauber nimmt Fahrt auf.