Eine Autorotation (AURO) mit dem RC Heli fliegen

Der Heli bezieht die Energie für den Auftrieb und den Vortrieb des Helikopters während des Fluges aus dem Antrieb. Fällt der Antrieb aus, bleibt als einziger Ausweg eine Notlandung ohne Antrieb, namentlich Autorotationslandung. Die Autorotationslandung gehört bei Helikopterpiloten zur Ausbildung. Im Modellsportbereich wird die Autorotation geflogen, um den Heli im Notfall, gleich den bemannten Vorbildern zu landen, oder aber auch als Kunstflugfigur bei Flugvorführungen, die durchaus ihren Reiz hat.

Egal ob eine Motorwelle bricht, der Antriebs-Akku oder der Regler ausfällt, sich das Motorritzel löst - früher oder später wird jeder einmal in die Situation kommen, das Modell ohne Antrieb landen zu müssen. Dann ist es gut, wenn man die Autorotationslandung vorher geübt hat.

So wie die Mehrzahl der Flugzeuge die Möglichkeit hat, mit ausgefallenem Antrieb unter Höhenverlust eine begrenzte Strecke weiter zu segeln, so hat auch ein Helikopter die Möglichkeit weiter zu fliegen - natürlich ebenfalls mit kontinuierlichem Höhenverlust - nur wird das beim Helikopter "Autorotieren" genannt. Wichtig dabei ist, dass die im System gespeicherten Energien sinnvoll und sparsam genutzt werden.

Autorotations-Primärziel: Rotordrehzahl halten und Energie sparen

Da die Rotorblätter eines Helikopters gegen den Luftwiderstand arbeiten, fällt die Drehzahl des Rotors ohne Energiezufuhr durch den Antrieb ab, würde man versuchen den Heli weiter auf Höhe zu halten. Mit abfallender Rotordrehzahl geht der notwendige Auftrieb verloren und der Hubschrauber stürzt ab. Einen Heli mit ausgefallenem Antrieb zu landen, ist daher immer mit Sinkflug verbunden. Durch den Sinkflug wird die Strömungsrichtung der Luft an den Rotorblättern umgekehrt. Die umgekehrte Luftströmung treibt den Rotor an, verhindert dadurch einen Drehzahlabfall und kann im besten Falle die Rotordrehzahl sogar steigern. Der Luftwiderstand an den Rotorblättern bremst gleichzeitig den Sinkflug des Helikopters.

A Lageenergie
physikalisch: Potentielle Energie

Jedes Fluggerät besitzt eine Masse/ Gewicht. Um diese Masse entgegen der Schwerkraft auf Flughöhe zu bringen, wurde eine nicht unerhebliche Menge Antriebs-Energie in das System eingespeist. Die Antriebsenergie ist dabei zum Teil im System gespeichert worden, ein anderer Teil wurde in Wärme umgewandelt. Die durch die Masse im System selbst gespeicherte Energie wird potentielle Energie genannt, oder auch Lageenergie. Umso größer die Masse des Helikopters und umso größer die Flughöhe, umso größer ist auch die im System gespeicherte Potentielle Energie. Diese Potentielle Energie gilt es möglichst gut auszunutzen!

B Bewegungsenergie
physikalisch: Kinetische Energie / Rotationsenergie

Um den Rotor (Masse des Rotors) auf Drehzahl zu bringen und diese zu halten, wurde im Vorfeld Energie aus dem Antrieb aufgewendet. Solange der Rotor dreht, ist in diesem noch Energie gespeichert. Auch in der horizontalen Bewegung des Helis ist Energie gespeichert. Die im rotierenden Rotorkopf gespeicherte Energie nennt man auch Rotationsenergie. Je größer die Masse des sich bewegenden Helis ist und je größer die Fluggeschwindigkeit ist, umso größer ist die gespeicherte kinetische Energie. Je größer die Masse des rotierenden Rotorkopfes und der Rotorblätter und je größer die Drehzahl ist, umso größer ist auch die darin gespeicherte Rotationsenergie. Diese Energiespeicher gilt es möglichst gut bei der Autorotation auszunutzen!

Energie sinnvoll nutzen - möglichst wenig steuern!

Die oben genannten Energieformen können jeweils in andere Energieformen umgewandelt werden. Lageenergie kann in Bewegungsenergie oder Rotationsenergie umgewandelt werden, Rotationsenergie in Lageenergie oder Bewegungsenergie und vice versa. Die Basis der Autorotation ist eine Umwandlung von Lageenergie (potentielle Energie) in eine Bewegungsenergie (kinetische Energie) und Rotationsenergie unter Ausnutzung der Luftströmung. Bei einer Autorotationslandung tauscht man vereinfacht gesagt Flughöhe gegen Rotordrehzahl ein.

Um möglichst viel der potentiellen Energie in Rotordrehzahl umzuwandeln, sollte eine Autorotation mit angepasster Flug- und Sinkgeschwindigkeit geflogen werden. Das erfordert Feingefühl und Übung.

Dabei gilt ein ganz wesentlicher Grundsatz:
Bei jedem Steuervorgang am Heli bzw. bei jeder Umwandlung von potentieller Energie in Rotations- oder Bewegungsenergie und umgekehrt, gehen Anteile dieser für die Autorotation nutzbaren Energien in andere nicht nutzbare Energien über. Die Energie (Rotationsenergie) mit der wir z.Bsp. mittels einer Steuerbewegung die Luft in Bewegung versetzen, steht uns am Heli nicht mehr zur Verfügung! Wer viel steuert, verschenkt unnötig wichtige Energie, die vielleicht am Ende fehlt, um den Heli sicher zu landen.

Die Grafik verdeutlicht den Unterschied der Strömungsverhältnisse bei normalem Vorwärtsflug und Autorotation, sowie die Bewegung des Helis relativ zum Boden.

Grundregeln für eine Autorotation mit dem Hubschrauber

Der Ausfall eines Heli-Motors ist nicht gleichbedeutend mit dem unvermeidlichen Absturz. Um einen Heli mit ausgefallenem oder auch abgeschaltetem Antrieb zu landen, müssen folgende Punkte beachtet werden.

1. Es muss sofort und ohne Zeitverlust eine Autorotationslandung eingeleitet werden! Wer mit ausgefallenem Antrieb versucht, den Heli auf Höhe zu halten, oder gar noch steigen zu lassen, riskiert einen gefährlichen Drehzahlverlust und damit einen Absturz. Oberstes Ziel ist es, die Rotordrehzahl aufrechtzuerhalten, um die Steuerbarkeit des Helis zu gewährleisten. Dabei macht man sich zu Nutze, dass eine Menge Energie in Form von potentieller Energie/ Lageenergie im Heli selbst gespeichert ist. Diese Energie wurde aufgewendet um den Heli aufsteigen zu lassen und man kann sie nun zu einem großen Teil wieder nutzen. Außerdem ist kinetische Energie/ Bewegungsenergie im sich drehenden Rotor selbst gespeichert.
2. Das Timing muss stimmen! Man hat in der Regel nur einen einzigen Versuch, den Helikopter zu landen. Für einen zweiten Versuch ist nicht mehr genügend Energie vorhanden.
3. Wer trödelt, verliert! Um so höher man fliegt, umso mehr Zeit hat man zur Autorotationslandung zur Verfügung und umso größer ist die mögliche Flugstrecke, die noch zurückgelegt werden kann. Das ist bei der Auswahl des Notlandeplatzes von großer Bedeutung.

Möglichst sofort nach dem Ausfall des Antriebs, geht man in den Sinkflug über. Im permanenten Sinkflug wird mit mit angepasster Vorwärtsgeschwindigkeit in Richtung Landestelle geflogen.

Flären, Geschwindigkeit abbauen und Rotordrehzahl aufbauen

Um eine bruchfreie Landung sicherzustellen, muss die Vorwärts- und Fallgeschwindigkeit kurz vor der Landung reduziert werden. Dazu wird aus der Vorwärtsfahrt heraus die Nase des Helis nach oben gezogen und auf diese Weise die Fahrt abgebremst. Dieses Manöver nennt man "Flären" oder Flare. Die Bewegungsenergie aus der Sinkgeschwindigkeit und Vorwärtsgeschwindigkeit wird so in eine andere Form der Bewegungsenergie, nämlich in Rotordrehzahl umgewandelt. Beim Flare wird vom Rotor also noch einmal mehr Energie aufgenommen und Rotordrehzahl aufgebaut. Gleichzeitig wird der Helikopter dabei im Sinken abgebremst. Kurz über dem Boden kontrolliert der Pilot durch Steuern von Kollektiv-Pitch die Aufsetzgeschwindigkeit und der Hubschrauber kann so fast normal gelandet werden.

Im Bild zu erkennen: Mögliche Verläufe einer Autorotationslandung. Wie die Autorotation durchgeführt wird, hängt letztendlich von den örtlichen Gegebenheiten und den Vorlieben des Piloten, aber auch vom Typ des Helikopters ab.

Autorotationslandung - Übung macht den Meister

Der wesentliche Unterschied einer Autorotation zu einer normalen Landung besteht darin, dass man für eine Autorotationslandung nur eine Chance hat - nach dem Flären muss man aufsetzen, sonst fällt der Helikopter doch noch herunter. Die Autorotationslandung muss beim ersten Versuch erfolgreich sein. Der Pilot hat keine Möglichkeit, noch einmal durchzustarten um ein zweites Landemanöver zu versuchen. Die Rotordrehzahl, bzw. die gespeicherte Energie würde dafür nicht mehr ausreichen.

Bei Profi-Piloten gehört die Übung der Autorotationslandung zur Ausbildung. Im Vietnam-Krieg wurde die Autorotationslandung oft praktiziert um möglichst geräuschlos zu landen. Bei Hubschrauber-Modellpiloten ist die Autorotationslandung Bestandteil in Pflicht und Kürprogrammen bei Wettkämpfen.

Autorotationslandung mit dem Modellheli

Beim Üben der Autorotationslandung geht es in erster Linie darum, das Modell unbeschädigt zu landen. Wie die Autorotation optisch wirkt, ist dabei zunächst einmal völlig ohne Belang. Die Perfektion kommt mit der Übung. Daher ist es ratsam, sich eine größere ebene Fläche zum Landen auszusuchen, denn am Anfang wird es schwer sein, sich gleichzeitig auf die Autorotation zu konzentrieren und auf eine Punktlandung.

Erste Autorotations-Vorübungen macht man mit stark verringerter Rotordrehzahl um zunächst das Auftouren des Rotors vor dem Aufsetzen (Flären) zu üben. An 600er Helikoptern stellt man dazu eine Drehzahl von etwa 1400 bis 1500 U/min ein. Bei 700er Helis nutzt man den Drehzahlbereich zwischen 1200 und 1300 U/min. An die niedrigste mögliche Drehzahl muss man sich langsam herantasten!

Autorotations-Notlandung mit dem Modellheli

Eine Autorotations-Notlandung ist die einfachste Art einer Autorotation. Es geht dabei lediglich darum, den Heli heil zu Boden zu bekommen. In der Regel wird dabei die Höhe im direkten senkrechten Sinkflug abgebaut. Oberstes Ziel der Übung ist es, den Heli möglichst zügig mit negativem Anstellwinkel der Rotorblätter sinken zu lassen, um nicht unnötig Rotordrehzahl zu verlieren.

Die Übung einer AURO-Notlandung ist relativ simpel. Dabei wird der Notfall eines Antriebsausfalls simuliert. Man baut zunächst mit normaler Rotordrehzahl Höhe auf (etwa 30m oder mehr) und schaltet dann auf die im oberen Kapitel beschriebene niedrige Drehzahl um. Sofort danach wird zügig mit angepasstem negativem  Pitchwinkel  Höhe abgebaut. Die Drehzahl sollte während dieses Manövers nicht merklich abfallen. In etwa 10m Höhe wird wieder auf Normaldrehzahl geschaltet und das Manöver abgebrochen. Gelingt diese Übung sicher und ohne spürbaren Drehzahlabfall, kann man zum nächsten Schritt der Übung übergehen.

Im 2. Schritt der AURO-Übung wird der Sinkflug erst in etwa 2 bis 3m Höhe abgebremst und der Heli sanft auf dem Boden aufgesetzt.

Flugzustände MotorAUS und Autorotationsmodus

Während eine Vielzahl der Piloten von elektrisch angetriebenen Modellhelikoptern den Flugzustand "Autorotation" zum normalen Ausschalten des Antriebes benutzt, liegt dieser Funktion eigentlich eine gänzlich andere Idee zu Grunde. Der Flugzustand "Autorotation" bietet nämlich zusätzliche Sicherheit beim Fliegen einer AURO.

Zur Erklärung der Funktion sei angemerkt, dass wir zwingend unterscheiden zwischen den beiden Modi Motor "AUS" und "Autorotation". Beide Modi werden vom Sender aus aktiviert und beiden ist gemeinsam, dass der Motor ausgeschaltet ist.

Doch es gibt einen ganz wesentlichen Unterschied! Beim normalen Einschalten des Antriebes aus dem Zustand Motor "AUS" greift der üblicherweise beim Heli benutzte Sanftanlauf. Sinn und Zweck des Sanftanlaufes ist die langsame Steigerung der Drehzahl des Motors. Beim anfänglichen Üben von Autorotationslandungen können leicht Fehler passieren. Dann ist es sinnvoll, die AURO sofort abzubrechen indem man den Antrieb wieder zuschaltet. Der sonst so sehr geschätzte Sanftanlauf wirkt sich in diesem Falle jedoch negativ aus und erhöht das Risiko, den Heli zu verlieren. Denn nach missglückter AURO-Übung muss die Flugdrehzahl schnellstmöglich wieder anliegen, damit der Heli abgefangen werden kann. Genau hier kommt der Autorotationsmodus in's Spiel.

Autorotationsmodus ermöglicht Schnellanlauf des Motors

Wir fassen kurz zusammen. Wird der Antrieb aus dem Flugzustand "AUS" eingeschaltet, dann greift der Sanftanlauf, sofern dieser am Regler eingestellt ist. Schaltet man den Antrieb jedoch ab, indem man in den Flugzustand Autorotation schaltet, hat dies zunächst den selben Effekt, nämlich dass der Antrieb stoppt. Doch beim erneuten Zuschalten des Antriebs erfolgt ein schnelles Hochlaufen des Antriebes - der Sanftanlauf greift nicht! Das bringt wesentliche Vorteile beim Üben von Autorotationen.

Voraussetzungen für die Nutzung des Autorotationsmodus

Es gibt einige technische Voraussetzungen die erfüllt sein müssen, um den AURO Modus gemäß seiner Bestimmung auch nutzen zu können. Die wichtigste Voraussetzung ist, dass der verwendete Flugregler den Autorotationsmodus auch unterstützt. Im Klartext bedeutet das, dass der Regler zwischen "AUS" und "AUTOROTATION" unterscheiden können muss. Um den Modus Autorotation zu nutzen, muss diese Funktion in der Regel zunächst im Flugregler aktiviert werden.

Der Unterschied zwischen AUS und AUTOROTATION ist bedingt durch unterschiedliche Throttle-PWM-Signale beider Modi, die vom Sender kommen. Welche Werte dort jeweils eingestellt werden müssen und welche Grenzen erlaubt sind, entnimmt man der Anleitung des jeweiligen Flugreglers.

Von der Autorotations-Notlandung zur echten Auro

Um eine mustergültige Autorotation zu fliegen, muss nun der senkrechte Sinkflug des Helikopters um eine langsame bis moderate Vorwärtsbewegung des Helis ergänzt werden. Das eröffnet zusätzlich die Möglichkeit, einen gewünschten Landeplatz anzufliegen. Das Heck sollte dabei jedoch möglichst wenig gesteuert werden, da bei jeder Hecksteuerbewegung Energie aus dem Antrieb genommen wird.

Autorotation - Varianten

Neben der normalen Autorotation in Normalfluglage kann man eine Autorotation auch in Rückenfluglage durchführen - selbstverständlich nur mit Modellhelikoptern.