🟢​✈️​ Hubschrauber: Übertragungssystem - Helicopter: Transmission System 🚁​

 

Hubschrauber: Übertragungssystem


Das Übertragungssystem überträgt unter normalen Flugbedingungen die Leistung vom Motor auf den Hauptrotor, den Heckrotor und andere Zubehörteile. Die Hauptkomponenten des Getriebesystems sind Hauptrotorgetriebe, Heckrotorantriebssystem, Kupplung und Freilaufeinheit. Die Freilaufeinheit oder autorotative Kupplung ermöglicht es dem Hauptrotorgetriebe, die Heckrotorantriebswelle während der Autorotation anzutreiben. Bei einigen Hubschrauberkonstruktionen, wie dem Bell BH-206, befindet sich die Freilaufeinheit im Zubehörgetriebe. Da es Teil des Übertragungssystems ist, wird es vom Getriebe geschmiert, um eine freie Drehung zu gewährleisten. 



Helikoptergetriebe werden normalerweise mit einer eigenen Ölversorgung geschmiert und gekühlt. Zur Kontrolle des Ölstandes ist ein Schauglas vorgesehen. Einige Getriebe haben Spänedetektoren, die sich im Sumpf befinden, um lose Metallteile zu erkennen. Diese Detektoren sind mit Warnleuchten verdrahtet, die sich auf dem Instrumentenbrett des Piloten befinden und im Falle eines internen Problems aufleuchten. Einige Chip-Detektoren in modernen Hubschraubern haben eine „Burn-off“-Fähigkeit und versuchen, die Situation ohne Eingreifen des Piloten zu korrigieren. Wenn das Problem nicht selbst behoben werden kann, muss der Pilot die Notfallverfahren für diesen speziellen Hubschrauber beachten.  


Verschiedene Arten von Drehzahlmessern mit zwei Nadeln.



Hauptrotorgetriebe

Der Hauptzweck des Hauptrotorgetriebes besteht darin, die Motorausgangsdrehzahl auf die optimale Rotordrehzahl zu reduzieren. Diese Reduzierung ist bei den verschiedenen Helikoptern unterschiedlich. Angenommen, die Motordrehzahl eines bestimmten Hubschraubers beträgt 2.700. Eine Rotordrehzahl von 450 U/min würde eine Untersetzung von 6:1 erfordern. Eine Untersetzung von 9:1 würde bedeuten, dass sich der Rotor mit 300 U/min drehen würde.


Doppelte Drehzahlmesser

Die meisten Hubschrauber verwenden einen Drehzahlmesser mit zwei Nadeln oder ein Instrument mit vertikaler Skala, um sowohl die Motor- als auch die Rotordrehzahl oder einen Prozentsatz der Motor- und Rotordrehzahl anzuzeigen. Der Rotordrehzahlanzeiger wird während des Einrückens der Kupplung verwendet, um die Rotorbeschleunigung zu überwachen, und bei der Autorotation, um die Drehzahl innerhalb vorgeschriebener Grenzen zu halten. Es ist wichtig zu verstehen, dass die Rotordrehzahl von größter Bedeutung ist und die Motordrehzahl zweitrangig ist. Bei Ausfall des Rotordrehzahlmessers kann die Rotordrehzahl im Motorflug immer noch indirekt über die Motordrehzahl bestimmt werden, da der Motor den Rotor in einem festen Verhältnis von eins zu eins antreibt (aufgrund der Freilaufkupplung). Es gab viele Unfälle, bei denen der Pilot auf den Ausfall des Rotordrehzahlmessers reagierte und in die Autorotation überging, während das Triebwerk noch in Betrieb war.

Hubschrauber: Ein „gespaltener“ oder geteilter Nadelzustand ist das Ergebnis eines plötzlichen Verlusts der Motorleistung.



Sehen Sie sich die Markierungen auf den Messgeräten in Abbildung genauer an. Alle gezeigten Anzeigen sind Doppeltachometeranzeigen. Die beiden linken haben jeweils zwei Nadeln, eine mit dem Buchstaben „T“ (Turbine) und die andere mit dem Buchstaben „R“ (Rotor). Das untere linke Messgerät zeigt zwei bogenförmige Bereiche innerhalb derselben Nadelposition. In diesem Fall sollten beide Nadeln im Normalbetrieb nahezu zusammen oder übereinander liegen. 


Beachten Sie, dass die obere linke Anzeige zwei numerische Bögen anzeigt. Der äußere Bogen mit größeren Zahlen wendet einen Wertesatz auf die Motordrehzahl an. Der innere Bogen oder kleinere Zahlen stellen einen separaten Satz von Werten für die Rotordrehzahl dar. Normale Betriebsgrenzen werden angezeigt, wenn die Nadeln verbunden oder überlagert erscheinen. Das obere rechte Messgerät zeigt unabhängige Nadeln, die auf die Mitte des Messgeräts gerichtet sind, mit farbigen Begrenzungsbereichen entsprechend dem Nadelkopf. Die linke Seite stellt Motorbetriebsparameter dar; rechts die Betriebsparameter des Rotors.

Unter normalen Bedingungen, wenn der Rotor an den Motor gekoppelt ist, bewegen sich beide Nadeln zusammen in die gleiche Richtung. Bei einem plötzlichen Verlust der Motorleistung „spalten“ sich die Nadeln jedoch und zeigen an, dass Motor und Rotor nicht mehr gekoppelt sind, da die Kupplung getrennt wurde. 


Viele neuere Flugzeuge haben ein sogenanntes Glascockpit, was bedeutet, dass die Instrumentierung digital ist und dem Piloten auf digitalen Bildschirmen und Instrumenten mit vertikaler Skala angezeigt wird. Das untere rechte Messgerät in Abbildung 4-18 repliziert ein Instrument mit vertikaler Skala. Der abgebildete Doppeldrehzahlmesser zeigt die Rotordrehzahl (NR) auf der linken und die Motordrehzahl (NP) auf der rechten Seite der vertikalen Skala an. Für jeden Komponentenparameter sind entsprechende Farbgrenzen vorhanden.


Leerlauf- oder manuelle Kupplung, Das Hauptrotorgetriebe reduziert die Motorausgangsdrehzahl auf die optimale Rotordrehzahl.

Strukturiertes Design

Bei Hubschraubern mit horizontal montierten Motoren besteht ein weiterer Zweck des Hauptrotorgetriebes darin, die Rotationsachse von der horizontalen Achse des Motors auf die vertikale Achse der Rotorwelle zu ändern. Dies unterscheidet sich von Flugzeugen, deren Propeller direkt an der Kurbelwelle oder an einer Welle montiert sind, die mit der Kurbelwelle verzahnt ist.


Die Aufrechterhaltung der Hauptrotordrehzahl ist für einen angemessenen Auftrieb unerlässlich. Die Drehzahl innerhalb normaler Grenzen erzeugt einen ausreichenden Auftrieb für normales Manövrieren. Daher ist es unerlässlich, nicht nur die Position der Drehzahlmesser zu kennen, sondern auch die von ihnen bereitgestellten Informationen zu verstehen. Wenn zugelassen wird, dass die Rotordrehzahl unter die normalen Grenzen fällt, könnte das Ergebnis katastrophal sein. 


Kupplung

Bei einem herkömmlichen Flugzeug sind Motor und Propeller fest miteinander verbunden. In einem Hubschrauber sind sie es jedoch nicht. Aufgrund des größeren Gewichts eines Rotors im Verhältnis zur Leistung des Motors im Vergleich zum Gewicht eines Propellers und der Leistung in einem Flugzeug muss der Rotor vom Motor getrennt werden, wenn der Starter eingerückt ist. Eine Kupplung ermöglicht es, den Motor zu starten und dann allmählich die Last des Rotors aufzunehmen.


Turbinentriebwerke mit Freilauf benötigen keine separate Kupplung, da die Luftkupplung zwischen der Gaserzeugungsturbine und der Leistungs-(Take-)Turbine als Luftkupplung für Startzwecke fungiert. Wenn der Motor gestartet wird, gibt es wenig Widerstand von der Nutzturbine. Dadurch kann die Turbine des Gaserzeugers auf normale Leerlaufdrehzahl beschleunigen, ohne dass die Last des Getriebes und des Rotorsystems sie nach unten zieht. Wenn der Gasdruck durch die Arbeitsturbine steigt, beginnen sich die Rotorblätter zu drehen, zunächst langsam und beschleunigen dann allmählich auf die normale Betriebsdrehzahl.


Bei Motoren mit hin- und hergehender Turbine und festen Turbinen ist eine Kupplung erforderlich, um den Motorstart zu ermöglichen. Luft- oder Windmühlenstarts sind nicht möglich. Die zwei Haupttypen von Kupplungen sind die Fliehkraftkupplung und die Leerlauf- oder manuelle Kupplung.


Wie die Kupplung während des Motorstarts in das Hauptrotorsystem eingreift, ist je nach Hubschrauberdesign unterschiedlich. Kolbengetriebene Hubschrauber haben eine Möglichkeit, die Kupplung manuell einzurücken, genau wie eine manuelle Kupplung in einem Auto. Dies kann mittels eines Elektromotors erfolgen, der eine Riemenscheibe positioniert, wenn sich der Motor im richtigen Betriebszustand befindet (Öltemperatur und -druck im geeigneten Bereich), der jedoch von einem im Cockpit montierten Schalter gesteuert wird.


Riemenantriebskupplung

Einige Hubschrauber verwenden einen Riemenantrieb, um Kraft vom Motor auf das Getriebe zu übertragen. Ein Riemenantrieb besteht aus einer unteren Riemenscheibe, die am Motor befestigt ist, einer oberen Riemenscheibe, die an der Getriebeeingangswelle befestigt ist, einem Riemen oder einem Satz Keilriemen und einigen Mitteln zum Aufbringen von Spannung auf die Riemen. Die Riemen sitzen lose über der oberen und unteren Riemenscheibe, wenn keine Spannung auf den Riemen vorhanden ist.


Einige Flugzeuge verwenden zum Starten eine Kupplung. Dadurch kann der Motor gestartet werden, ohne dass Kraft zum Drehen des Getriebes erforderlich ist. Ein Vorteil dieses Konzepts besteht darin, dass das Starten ohne Belastung des Motors mit minimaler Drosselklappenbetätigung erreicht werden kann. Aber auch beim Anfahren ist Vorsicht geboten, da schnelle oder große Gaseingaben zu Überdrehzahlen führen können. 


Sobald der Motor läuft, wird die Spannung der Riemen schrittweise erhöht. Wenn die Tachonadeln von Rotor und Motor übereinander liegen, sind Rotor und Motor synchronisiert und die Kupplung ist dann vollständig eingerückt. Vorteile dieses Systems sind Vibrationsisolierung, einfache Wartung. Wenn die Kupplung nicht eingerückt ist, können Motoren sehr leicht überdrehen, was zu kostspieligen Inspektionen und Wartungsarbeiten führt. Leistung oder Drosselklappensteuerung ist in dieser Phase des Motorbetriebs sehr wichtig.


Fliehkraftkupplung

Eine Fliehkraftkupplung besteht aus einer inneren Baugruppe und einer äußeren Trommel. Die innere Baugruppe, die mit der Motorantriebswelle verbunden ist, besteht aus Schuhen, die mit einem Material ausgekleidet sind, das den Bremsbelägen von Kraftfahrzeugen ähnelt. Bei niedrigen Motordrehzahlen halten Federn die Backen fest, sodass kein Kontakt mit der äußeren Trommel besteht, die an der Getriebeeingangswelle befestigt ist. Wenn die Motordrehzahl zunimmt, bewirkt die Zentrifugalkraft, dass sich die Kupplungsbacken nach außen bewegen und beginnen, gegen die äußere Trommel zu gleiten. Die Getriebeeingangswelle beginnt sich zu drehen, wodurch sich der Rotor zunächst langsam dreht, aber mit zunehmender Reibung zwischen Kupplungsbacken und Getriebetrommel zunimmt.


Wenn die Rotordrehzahl zunimmt, zeigt die Nadel des Rotordrehzahlmessers einen Anstieg, indem sie sich in Richtung der Nadel des Motordrehzahlmessers bewegt. Wenn die beiden Nadeln übereinander liegen (im Fall eines koaxialen Messgeräts), sind der Motor und der Rotor synchronisiert, was anzeigt, dass die Kupplung vollständig eingerückt ist und es kein weiteres Durchrutschen der Kupplungsbacken gibt.


Der Turbinenmotor bringt die Kupplung durch Zentrifugalkraft in Eingriff, wie oben angegeben. Sofern nicht eine Rotorbremse verwendet wird, um das automatische Einrücken der Hauptantriebswelle und anschließend des Hauptrotors zu trennen, dreht sich die Antriebswelle gleichzeitig mit dem Motor und die Innentrommel der Freilaufeinheit greift allmählich ein, um das Hauptrotorsystem zu drehen.

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