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Heckrotor-Vortex


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Hallo

 

Ich bin zurzeit PPL(H)-Pilot mit satten 75 Stündchen Erfahrung. Kann mir jemand etwas mehr über einen Heckrotor-Vortex-Vorfall erzählen? Wie kann ich in ihn hineingeraten? Durch starken Seitenwind? Das wäre mir an sich schon klar, aber schlüpfe ich dann nicht gerade durch das Drehen gleich wieder aus dem Wirbelringstadium heraus?

 

Danke für jede Antwort!

 

Walter

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kettlermartin

Hallo Walter!

Die Hauptursache hast Du ja schon genannt,vielfach tritt der Vortex auch durch die zu schnelle Drehung um die Hochachse aus,sicher etwas was man am Anfang der Ausbildung beinahe erleben kann wenn da der Fluglehrer nicht wäre;)

Raus kommen wirst Du nur durch gute Reaktion,d.h. Power weg und Schwebeautorotation.Hier spielt sicher auch der Helityp eine grosse Rolle,sitzt Du in einem kleinen Mixer wirst Du ziemlich schnell reagieren müssen,analog eines Heckrotorausfalles im Reiseflug.Bei grösserer Masse gibt`s etwas mehr Zeit.

Der Jet Ranger hat hier z.B. ein sehr gut erkennbares Merkmal (kann über andere Maschinen nur spekulieren),gerade im letzten Teil des Anflugs mit wenig V beginnt er merklich nervös um die Hochachse zu werden.Die Ausschläge sind zwar gering aber doch merkbar.Habe dieses Phänomen mit dem Fluglehrer mal ein bischen ergründet,habe danach ein bischen V aufgeholt und weg war`s.Wenn man`s rechtzeitig merkt also kein grosses Problem,aber man muss die Anzeichen wissen!

MfG Martin

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Danke Martin für deine Erläuterungen.

 

 

Auch ich habe die Erfahrung beim Anflug mit zuwenig V gemacht, dass er um die Hochachse etwas unruhig wurde, insbesondere wenn du noch Seitenwind im Heck hast. Mit etwas Speed ist es natürlich sofort weg.

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Der Vortexring am Hauptroror oder das Wirbelringstadium kann bekanntlich nur auftreten wenn die berühmten 3 Faktoren GLEICHZEITIG auftreten.

 

1. Hohe Motorleistung

2. Eine hohe Sinkrate grösser ca. 300ft/min

3. Eine Geschwindigkeit kleiner ca. 30 kts

 

Wenn ich nun den Heckrotor mal als einen um 90 Grad gedrehten Hauptrotor betrachte, so muss ich mich schon ernsthaft fragen wie dort ein Wirbelringstadium sich bilden kann.

 

Eher glaube ich das Walter einen Stall meinte.

Das der Heli bei normalen Verlust des Uebergangsauftriebes mehr oder wenig unruhig um alle Achsen wird, ist ein normaler Zustand.

 

Leider wird immer wieder beobachtet, das der Anflug so eingeteilt wird, das der Verlust des Uebergangauftriebes noch VOR erreichen des Bodeneffektes eintritt.

Im Prinzip ist das kein Drama, solange alle anderen Parameter, wie Leistungsreserve, Gewicht und Dichtehöhe im „gesunden“ Bereich sind.

 

Was ist die Folge daraus?

Richtig, husch husch kräftig Leistung zulegen.

 

Was ist die Folge davon?

Richtig, Heli dreht um die Hochachse.

 

Was ist die Folge davon?

Richtig, husch husch Pedale treten, am besten vor Schreck bis zum Anschlag.

 

Was ist die Folge davon?

Richtig, der Heli dreht immer weiter und schneller um die Hochachse.

 

Was ist die Folge davon?

Uff, reden wir nicht drüber. Kommt garantiert nicht gut.

 

Was ist nun geschen?

Richtig, die Heckrotorblätter hatten einen so hohen Anstellwinkel, das die Strömung abgerissen ist und damit der Drehmomentausgleich des Hauptrotors verloren geht.

 

Das vorgängige habe ich bewusst ein wenig salopp dargestellt, damit das auch für die Nichthelipiloten verständlich bleibt.

 

Ist ein solcher Fehler nun das Ende?

Nein, nicht unbedingt. Aber ein paar Engelchen müssen schon mitfliegen.

 

Warum?

Martin hat ein Teil schon oben gesagt: Leistung reduzieren und Schwebeautorotation.

 

Und trotzdem liegt hier der Hund begraben.

 

Warum?

In Bodennähe die Leistung reduzieren ist mal das eine. Eine Schwebeautorotation wenn der Heli noch um die Hochachse dreht, geht garantiert in die Hose. Dazu muss man wissen, das bei einer Schwebeautorotation das Kollektiv voll nach unten gedrückt werden muss. Dadurch und durch die Leistungsreduktion vermindert sich zwar das Drehmoment um die Hochachse dramatisch zu meinen Gunsten, aber Gleichzeitig tritt eine sehr hohe Sinkrate ein. Ob in diesen paar Metern über Grund das alles noch auszugleichen ist ...... Ich lass es mal dahingestellt.

 

Welche Alternative gibt es wenn es schon so weit gekommen ist?

Eine Leistungsreduktion ist mal ein Anfang um das Drehmoment zu vermindern. Anschliessend den Stick Forward bewegen und versuchen Vorwärtsfahrt aufzuholen. Wenn es dann an der aktuellen Landeposition diesen „Fluchtweg“ nicht gibt .....

Nun, dann wirds wirklich eng.

 

Grüessli

Joachim

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Mittlerweile habe ich mich noch ein bisschen in der Literatur schlau gemacht. Der Tail Rotor Vortex kann auftreten, wenn starker Seitenwind herrscht und/oder die Pedale abrupt betätigt werden. Ein Auffangen kann nur durch eine sehr rasche Reaktion noch über die Pedale erfolgen, ansonsten Schwebe-Autorotation.

 

 

Jetzt weiss ich nicht, ob das für alle Modelle gilt, aber auf meiner Ausbildungsmaschine, einem R22, haben wir bei Schwebeautorotationen in Bodennähe den Kollektiv nicht mehr runtergedrückt, sondern belassen und den Rest des Weges für das Abfedern der Landung verwendet.

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Bei kleinen, leichten Helis und starkem Seitenwind von links (beim linksdrehenden Hauptrotor) kann es im Schwebeflug schon mal passieren, dass das Heck scheinbar unkontrolliert stark, d.h. 2-3 Meter nach links (IN den Wind) ausschlägt, obwohl die Pedalen am Anschlag sind. Ein Notfall ist das nicht; jeder Heli-Pilot kennt das wahrscheinlich.

 

Es gibt verschiedene Ursachen und in Lehrbüchern oder dem Internet findet man die nötigen Erklärungen, wie z.B. hier: http://www.dynamicflight.com/aerodynamics/loss_tail_eff

 

Interessant die zwei folgenden Zitate aus obiger Abhandlung:

 

1) Zum Thema Vortex: The resulting high pedal workload in the tail rotor vortex ring state is well known and helicopters are operated routinely in this region. This characteristic presents no significant problem unless corrective action is delayed.

 

Mit anderen Worten: Ein Tail Rotor Vortex ist nichts aussergewöhnliches und kann schon mal vorkommen.

 

2) Zum Thema Stall: Flight test data has verified that the tail rotor does not stall during this period.

 

Mit anderen Worten: Ein Tail Rotor Stall konnte in keiner Situation nachgewiesen werden, wenn das Heck ausschlägt.

 

 

Dazu muss man wissen, das bei einer Schwebeautorotation das Kollektiv voll nach unten gedrückt werden muss.

 

@ Joachim: Bist du dir da sicher? Das bedeutet freier Fall und du bist aus einem Meter Höhe in nur 0,5 Sekunden unten und solltest in dieser halben Sekunde nicht vergessen, das Kollektiv gleich wieder nach oben zu ziehen.

 

Heinz

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Hallo Heinz

 

Hast natürlich absolut Recht.

Bei einer schulbuchmässigen Schwebeautorotation 1-2 Meter über den Boden wird das zu einem mittelmässigen Crash führen und man wird vermutlich die Kufen in Augenhöhe wiederfinden. :)

 

Oben in meinem Posting bin ich schon einer voll entwickelten Konfliktsituation ausgegangen, welche noch ausserhalb des Bodeneffekt ist.

 

Grüessli

Joachim

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Ecureuil350

Zu diesem Thema studiert doch den Unfallbericht vom 21.04.2000 auf dem Vorab-Gipfel Ziff. 2.4 Abs. 7! Ein Beispiel aus der Praxis http://www.bfu.admin.ch/common/pdf/1729

 

Beim Heckrotor kann durchaus ein Wirbelringstadium (Vortex) entstehen. Betrachten wir einen Heli mit linksdrehendem Hauptrotor.

EGAL, ob starker Wind von rechts ODER ein unkoordiniert getretenes ‚rechtes Pedal’ die Ursache ist wir folgt: die resultierende Verringerung des Heckrotorschubs führt zu einer beschleunigten Rechtsdrehung der Zelle.

 

Ergebnis: Der Heckrotor erfährt durch die Drehung nach rechts eine Anströmung von links i.a.W. Anströmung aus der Drehung (analog mit dem Hauptrotor beim Vortex = starke Anströmung von unten).

 

Im Aussenbereich des T/R-Blattes kommt es dann wegen der starken Anströmung von links (bzw. horizontale Durchströmung am T/R) zu einer verstärkten Rezirkulation. Die horizontale Durchströmung nimmt zu und die Auftriebskräfte im Aussenbereich nehmen so stark ab – Folge der Heli wird noch schneller nach rechts drehen und den Effekt verstärken – der T/R befindet sich im Wirbelringstadium!

 

Wenn man jetzt aber zur Beendigung der Rechtsdrehung in das linke Pedal steigt, macht man die Situation genau so hoffnungslos wie durch Collektiv ziehen im Hauptrotor-Wirbelringstadium! Im Rotorinnenbereich führt man Strömungsabriss und im Aussenbreich verstärkte Rezirkulation herbei.

Durch Aufnahme von Vorwärtsfahrt mit Treten des rechten Pedals (Verringerung des Heckrotorschubs) kann man in der Regel das Wirbelringstadium beenden. Vorsichtige, gefühlvolle Pedalarbeit bei strakem Seiten- bzw. Rücken-/Seitenwind (insbesondere von rechts) verhindert das Auftreten des Wirbelringstadiums am T/R!

 

Gruss Bruno

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Bruno, Danke für den Link.

Das ist ja geradezu ein negatives Paradebeispiel.

 

Es bestätigt auch mein o.a. Posting von gestern bezüglich der geforderten Reaktion.

 

Ich denke mal, das man das auf alle Helis sinngemäss übertragen kann. Was meinst Du?

Natürlich von der Drehrichtung mal abgesehen.

 

Grüessli

Joachim

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Ecureuil350

Hallo Joachim

 

Ja, leider sind es negative Beispiele. Doch genau aus diesen Vorfällen und zusammen mit der Theorie kann man die wertvollsten Lehren ziehen und auch Unfallpräventionen betreiben. Das Problem bez. T/R-Stall oder aber auch T/R-Vortex kann man eigenlich auf jeden Heli übertragen - nur der Jet Ranger ist hier leider das von dir am meisten genannte (Parade)beispiel!

 

Gruss Bruno

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Etwas weg vom eigentlichen Thema ...

 

Der oben erwähnte Unfallbericht Nr. 1660 ist - mit Verlaub gesagt - äusserst mager. Die einzige Nutzinformation darin ist gerade mal, dass kein technischer Defekt gefunden wurde. Alles andere bleibt unbeantwortet oder Spekulation, wie:

- In welcher Höne hat sich das ganze zugetragen?

- Warum die angebliche Sinkrate obwohl der Pilot anscheinend am Collective gezogen hatte?

- Wurde das Triebwerk untersucht (Leistungsabfall)?

- Hat der Heckrotor den Boden ev. schon vor dem eigentlichen Crash berührt?

- Wo war die Fototasche, hat sie beim Verstauen nach dem Filmwechsel vielleicht die Pedalen blockiert?

- Waren die Pedalen auf der Passagierseite montiert (falls man sie demontieren kann)?

- Gab es Zeugen (auch wenn keine da waren müsste das in einem Bericht erwähnt werden)?

- etc.

 

Man kann sich einige sehr unterschiedliche Varianten vorstellen, was da genau passiert sein könnte, auf die der Bericht aber nicht mal thesenhaft eingeht, wie:

- Vortex am Hauptrotor (Sinkrate trotz hoher Leistung)

- Bodenberührung des Heckrotors beim Hochziehen (Verlust der Kontrollierbarkeit)

- Hat der Fotograf beim Verstauen der Fototasche die Pedalen blockiert?

- Hat dieses Heli-Modell bekannte Eigenschaften, welche eine These besonders favorisieren?

 

Der Bericht erwähnt auch nichts von Tail Rotor Vortex, bzw. was bei diesem Heli-Modell mögliche Gründe sein können, dass das ganze Schiff während ein oder zwei Umdrehungen nicht gestoppt werden konnte. Schade, dass der Verlust eines Jet Rangers nicht etwas mehr Aufwand Wert ist.

 

Besonders bedauerlich und unüblich: Der Bericht enthält keinerlei Ratschläge für die Verhinderung künftiger Unfälle.

 

Aber: Der Unfall zeigt einmal mehr, dass Fotoflüge ein höheres Grundrisiko darstellen, weil Fotografen immer neue Überraschungen haben und der Pilot dabei das eigentliche Fliegen nur allzu schnell vergisst. Robinson empfieht ja bekanntlich und typisch vorsichtig Fotoflüge erst dann, wenn der Pilot besonders geschult ist und mindestens 500(!) Stunden Erfahrung hat.

 

Aber jetzt zurück zum eigentlichen Thema ...

 

Ich habe noch nie gelesen oder gehört, dass ein Tail-Rotor-Vortex zu einem dauernden Verlust der Kontrolle um die Hochachse führen kann (obwohl rein theoretisch denkbar), sondern eher eine temporäre Erscheinung ist. Wäre das erstere der Fall, frage ich mich, dann wäre das doch auch in allen Lehrbüchern als Gefahrensituation erwähnt, oder? Weiss jemand mehr?

 

Heinz

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kettlermartin

Hallo!

Heinz:Hab mich auch noch ein bischen schlau gemacht,aber definitiv nicht viel oder eher gar nichts über den T/R Vortex gelesen.Interessanterweise wird aber an vielen Orten darauf hingewiesen das es ihn gibt.

 

Bruno: Danke für die Links,muss Heinz allerdings recht geben,viel ist darin nicht zu erfahren.Hingegen ist das Thema Fotoflüge eine grosse Diskussion wert,denn gerade das Schweben ausserhalb Bodeneffekt wird vielfach unterschätzt.

 

Nun,warum findet man nicht allzu viel über dieses Thema......ich glaube schon das es auch damit einen Zusammenhang hat,das man den Wirkungsgradienten des Heckrotors als solches,in Sachen Leistung,nicht nach belieben verändern kann.Es bestehen durchaus theoretische Berechnungen,oder wenn es der Zufall will,Dokumentationen in einem realistischen Fall.

Sicher auch ein Nachteil für die Schulung,jeder kann sich wohl an die Zeit mit dem Fluglehrer erinnern wenn er die Pedale blockiert hat um einen mechanischen Failure zu demonstrieren.Jedoch der Unabhänigige Leistungsabfall oder Stall des T/R ist nicht simulierbar.So müssen wir uns halt doch durch die Theorien wälzen ;)

MfG Martin

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kettlermartin

Hallo!

Hier noch ein kleiner Artikel aus dem Technikordner des Bell 206 Jet Ranger:

Der Heckrotorvortex tritt bei Wind aus 210 bis 330 Grad auf.Da sich die durchströmende Luft des Heckrotors dem Seitenwind entgegensetzt,entsteht ein Vortex.Je nach Windstärke und genauer Richtung,kann er sehr unterschiedlich ausgeprägt sein.In dieser Situation ist ständiges Korrigieren mit den Pedalen wichtig.Es darf sich keine Drehrate nach rechts entwickeln!Es ist nicht ungewöhnlich,mit Seitenwind von links zu schweben aber der Pilot muss sich voll auf das Halten der Richtung beschränken.

 

Gruss Martin

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Helf mir mal einer auf die Sprünge:

 

Bei der B206 ist der Heckrotor ja auf der linken Seite.

Ist das nun ein ziehender oder ein drückender Heckrotor?

Ist das vorlaufende Blatt nun oben oder unten?

 

Unten habe ich mal versucht die Drehrichtungen und Kräfte an der BH47 darzustellen.

Aus welcher Richtung müsste im Schwebeflug ein „starker“ Seitenwind auftreten, damit es zum Heckrotorvortex (Wirbelringstadium) kommen kann? Von rechts oder von links?

 

Ich weiss, auch für mich immer noch Heavy Physik und Aerodynamik. :confused:

 

Grüessli

Joachim

 

small-IMG_0587.JPG

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T/R-Vortex tritt auf, wenn der Wind entgegen der "Blasrichtung" des Heckrotors in diesen hineinbläst. Analogon: Hauptrotor-Vortex tritt auf, wenn der "Wind" von unten in den Hauptrotor bläst (weil der Heli sinkt), während der Hauptrotor seinerseits nach unten bläst. Die zwei Luftströme müssen also gegenläufig sein.

 

Konkret: Beim linksdrehenden Hauptrotor bläst der Heckrotor nach links. T/R-Vortex tritt dann ein, wenn der Wind von links in den T/R bläst (entgegen seiner Blasrichtung).

 

Die Drehrichtung des Heckrotors und ob er dabei links oder rechts vom Heck montiert ist, spielt keine (oder höchstens eine unbescheidene) Rolle.

 

Mit diesem Verständnis lassen sich auch die drei Bedingungen für Hauptrotor-Vortex erklären:

1. Sinkgeschwindigkeit: Es muss "Wind" von unten 'in den Rotor' blasen.

2. Leistung vom Motor: Es muss "Gegenwind" vom Hauptrotor nach unten blasen.

3. K(l)eine Vorwärtsgeschwindigkeit, sonst wird der Vortex weggeblasen, bzw. kann sich gar nicht bilden.

 

Heinz

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Konkret: Beim linksdrehenden Hauptrotor bläst der Heckrotor nach links.

 

Ich hoffe Du meinst das bezogen auf die 47 und doch wohl nicht generell :confused:

 

Gruss

Joachim

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Ich hoffe Du meinst das bezogen auf die 47 und doch wohl nicht generell

 

Sehr wohl meine ich das generell. Um das Drehmoment eines linksdrehenden Hauptrotors auszugleichen muss der Heckrotor immer nach links blasen. Meistens ist er auch links angebracht (Ausnahme z.B. Bell 47) und die Drehrichtung unterscheidet sich ebenfalls (z.B. zwischen B22 und R44), aber blasen tun sie alle nach links.

 

Heinz

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Heinz, ich muss mir das mit den ziehenden und drückenden Heckrotor nochmals zeichnerisch auseinanderprimeln. :confused:

Ganz überzeugt bin ich im Augenblick noch nicht.

 

Dennoch toller Thread hier

 

Grüssli

Joachim

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kettlermartin

Hallo!

Joachim,ich glaube wir machen eine Zeichenschule auf,bin auch schon dran,lässt mir auch keine Ruhe!Ist halt noch kein Da Vinci vom Himmel gefallen;)

So kann lernen Spass machen.

Gruss Martin

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Also wenn ich mal wieder in Meiringen meine Haslitorte besorge, dann zeichnen wir noch etwas im Kafi Lüthi...

 

Heinz

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kettlermartin

Hallo Heinz!

.............aber nicht ohne "Tatzelwurm",gäll?

Bin jederzeit dabei!

Gruss Martin

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Ecureuil350

Nochmals zum Thema:

 

Von der Platzierung des Heckrotors hängt dessen Strömungbild und Leistung ab. Bei einem ziehenden T/R (Bell 47) trifft höhere Strömungsgeschwindigkeit auf das Auslegerende, was höheren Widerstand erzeugt (beim Bell 47 vernachlässigbar beim Bell 412 jedoch markant wegen dem vertikalen Stabilisator).

 

Der Strahl des schiebenden T/R (Bell Jet Ranger) fliesst frei und widerstandsärmer ab. Er wird nur von den Leewirbeln beaufschlagt.

 

---------------------------------------------------

 

Ein anderes Thema wäre auch noch die Heckrotorbeeinflussung durch den Hauprotorwirbel:

 

Bei Wind von vorne links kommt der T/R beim Einleiten einer Rechtsdrehung in den Bereich der Hauptrotorwirbel (linksdrehnder Rotor). Der T/R erfährt dadurch eine zusätzliche Anströmung von links (vgl. beim Hauptrotor wäre es von unten) und der Heckrotorschub nimmt zu.

Dadurch wird die gewünschte Drehung nach rechts im Bereich des Wirbelflusses gebremst und der Pilot muss stärker in das rechte Pedal treten. Dieses Phänomen spürt man sehr schön bei einem HOGE-Turn mit Seitenwind. Weiter - der Heli dreht daraufhin weiter nach rechts und der T/R kommt aus dem Einflussbereich der Hauptrotorwirbel heraus. Jetzt ist die schuberhöhende Anströmung plötzlich wieder weg, der Heckrotorschub sinkt plötzlich und der Heli beschleunigt seine Rechtsdrehung.

 

Folgerung: Bei Wind von vorne links muss man gefasst sein, nach der Rechtspedalzugabe zur Aufrechterhaltung der Rechtsdrehung dann sofort Linkspedal zur Vermeidung einer zu hohen evt. unkontrollierbaren Rechtsdrehgeschwindigkeit zu geben. Und man denke daran, dass dieser plötzliche Wechsel in den Strömungszuständen auch bei anderen Windrichtungen vorkommen kann - still be ahead!!

 

Gruss Bruno

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  • 1 month later...
Ecureuil350

Hallo zusammen

 

Gestern herrschte so richtig zügiges Westwindwetter. Beim Anflug auf den Helipad stand der Windsack fast horizontal, bzw. Querwind von links. Dies war jetzt genau eine solche Situation, welche wir hier vorgängig diskutiert haben. Mit der richtigen Anflugtaktik und dem Wissen über die Problematik eines T/R-Vortex (bezogen auf den Jet Ranger) sind solche Wind- bzw. Querwindsituationen beim Anflug kein Problem =still be ahead!

 

Doch nun eine andere Frage. Wir haben immer von Wind- bzw. Querwindsituationen von links gesprochen. Wie verhält sich eigentlich ein linksdrehender Heli bei starkem Wind von rechts? In der Grundschulung wird vermittelt, dass beim linksdrehenden Heli Wind von links besser ist als von rechts - nun was sagt ihr dazu?

 

Gruss Bruno

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Meine (bescheidene) Meinung: Bei Seitenwind von rechts muss ja der Heckrotor nicht nur das Drehmoment des Hauptrotors, sondern auch die Windkraft in die vertikalen Stabilisatoren und das gesamte Heck kompensieren. Damit wird der Heckrotor einfach mal an seine Grenzen stossen (linke Pedale voll am Boden). Das kann namentlich in zwei Situationen unangenehm werden: 1) bei einer zusätzlichen Windböhe von rechts, oder 2) bei zusätzlicher Leistung (Drehmoment) auf dem Hauptrotor. Dann wird man den Heli nicht halten können, aber nach spätestens 90 Grad ist der Spuk vorbei (vielleicht aber nicht der Schwung!).

 

Anders als beim Vortex, der eher etwas unberechenbar auftritt und wieder verschwindet, sind aber diese Effekte (hoffentlich) etwas sanfter und voraussehbarer, der Heli also etwas ruhiger.

 

Heinz

 

P.S. Der Unfallbericht Nr. 1660 (siehe oben) lässt mir noch keine Ruhe. Der Bericht geht zwar nicht darauf ein, aber rein theoretisch stellt sich doch die Frage: Kann man durch rasche Rechtsdrehung quasi einen eigenen Heckrotor-Vortex erzeugen, der ein Stoppen der Drehung verhindert und den Heli in ein unkontrollierbares Karussell verwandelt? Eine kleine Rechnung zeigt schnell, dass eine rasche Rechtsdrehung schon mal 10-20 Knoten Wind in den Heckrotor bringt, der also einen Vortex begünstigen könnte. Trotzdem glaube ich nicht so recht daran, denn 1) hat ein toroidförmiger Vortex wie ein Kreisel seine eigene Richtungsstabilität und 2) habe ich noch nie davon gehört oder gelesen. Andere Meinungen?

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