Flugzeug vs Hubschrauber

OP #4463029
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Ich wollte mal wissen, welches Konzept (Flächen- / Drehflügler) 
prinzipiell effizienter ist, wenn es rein um den Auftrieb geht. Also 
quasi die längste Flugdauer, die Geschwindigkeit ist egal.

Mir ist klar, dass größere Tragflächen mehr Wirkungsgrad in dieser 
Hinsicht haben. Aber nehmen wir zum Vergleich eine gleiche Fläche an.
OP #4463127
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Der Andere schrieb:
> Dann bau mal eine Hubschrauber als Segler. Solange du das nicht schaffst
> ist die Lösung ziemlich klar.

Ein Seegelflugzeug arbeitet aber mit Thermik. Das ist aber grundsätzlich 
mit einem Hubschrauber auch möglich. Mir geht es hier um eine 
Betrachtung ohne Thermik.


Falk B. schrieb:
> Welches Fluggerät fliegt regelmäßig sehr große Strecken bis zu 10.000 km
> ohne Zwischenstop?

Mir geht's auch nicht um Strecke oder Geschwindigkeit, sondern möglichst 
effizient in der Luft bleiben. Ohne Thermik, Heissluft oder sonstiges. 
Nur die reine Betrachtung Drehflügler / Flächenflügler.


Ich würde intuitiv erst mal sagen es gibt keine Unterschiede...
#4463164
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Anonymous U. schrieb:
> Ich würde intuitiv erst mal sagen es gibt keine Unterschiede...

Feste Tragfläche: Alle Punkte der Tragfläche haben in gleichförmigem 
Flug permanent gleichen Anströmwinkel und -Geschwindigkeit. Die 
Parameter der Tragfläche lassen sich dementsprechend auf minimalen 
Verlust bei einer bestimmten Fluggeschwindigkeit optimieren.

Hubschrauber: Anströmwinkel und -Geschwindigkeit ändern sich zyklisch in 
erheblichem Umfang und sind innen und aussen drastisch verschieden. Eine 
Strömungsoptimierung ist also nicht in gleichem Mass möglich. 10-20% der 
Antriebsleistung gehen im Heckrotor verloren.
#4463169
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Warum ist z.B. ein Segelflieger energiesparender unterwegs als ein Jet 
(Thermik mal außen vor)? Ich denke hauptsächlich aufgrund der geringeren 
Flächenbelastung. Zumindest dieses Prinzip müsste sich theoretisch auf 
den Heli übertragen lassen.

Btw. gibt es RC Quadrokopter die fast zwei Stunden in der Luft bleiben, 
während andere nach fünf Minuten runterfallen. Da gibt es scheinbar auch 
starke Unterschiede in der Effizienz.
#4463176
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Thomas H. schrieb:
> Warum ist z.B. ein Segelflieger energiesparender unterwegs als ein Jet
> (Thermik mal außen vor)? Ich denke hauptsächlich aufgrund der geringeren
> Flächenbelastung.

Die Geschwindigkeit geht quadratisch in den Luftwiderstand ein. Dein Jet 
ist ein "wenig" schneller unterwegs als der Segelflieger. Selbst wenn er 
segelt (=> Gimli Glider).

Ganz so einfach ist das mit der Flächenbelastung zudem nicht. Wikipedia: 
"Bei Segelflugzeugen kann die Flächenbelastung im Fluge über die Masse 
des Flugzeugs variiert werden. Dazu wird vor dem Start Ballast in Form 
von Wasser in spezielle Tanks gefüllt, die in dem Flügel eingebaut sind. 
Dies hat den Vorteil, dass bei Wetterlagen mit starker Thermik die 
Geschwindigkeitspolare durch die höhere Flächenbelastung schnellere 
Gleitflüge bei geringerem Eigensinken ermöglicht. Sobald die Thermik 
nachlässt, kann Wasser abgelassen werden, wodurch ein leichteres 
Steigen, aufgrund des dann geminderten Eigensinkens, in schwacher 
Thermik ermöglicht wird."
#4463187
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Anonymous U. schrieb:
> Mir geht's auch nicht um Strecke oder Geschwindigkeit, sondern möglichst
> effizient in der Luft bleiben.

Glasklar mit einem Motorsegler (Solar Impulse...).

Hubschrauber und Kopter sind gnadenlos uneffizient, sie brauchen 
gigantische Energiemengen um auch nur kleine Lasten in der Luft zu 
halten.

Die Verbreitung der Kopter - nicht bei Modellflugzeugen, sondern bei 
Computernerds - liegt vor allem daran, daß sie spotteinfach zu steuern 
sind, sowohl manuell (mit Gyro) als auch autonom. Der Grund: Sie können 
auch langsam, bis zum Stillstand.

Vergleiche mit Robotoren (Rasenmäher..): Am einfachsten ist tonnenförmig 
(kann selbst beim Drehen nicht anecken) mit 2 Rädern (und Stützrad) und 
Panzersteuerung. Schon ein Modellauto, das einen Wendekreis hat, 
überfordert die meisten. Erst recht wenn das Modellauto auch mal Gas 
gibt.

Wenn also Amazon von Koptern als Transport redet, oder die Deutsche 
Post, vergiss es einfach, da sind nur Deppen an Alb-träumen. Schon der 
Medikamententransport Test auf die Halligen erfolgte mit einem 
ModellFLUGzeug.
(Firma: matzetronics) #4463729
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Da die Strömung über der Tragfläche/Rotor erstmal dazu dient, das Objekt 
in der Luft zu halten, und dies bei Helikoptern erstmal mit Bewegung des 
Rotors erreicht werden muss, ist klar, das dieser Anteil von Energie für 
die eigentliche Bewegung durch die Luft verloren ist. Das 
Tragflächenflugzeug erzeugt den Auftrieb dadurch, das es sich durch die 
Luft bewegt - hier wird also der Vortrieb gleichzeitg für Auftrieb und 
Vorwärtsbewegung genutzt.

'Solar Impulse' ist ja das beste Beispiel dafür, einen Solarhelikopter 
haben die Jungs sicher nicht mal angedacht.

Ich bin schon Motorsegler geflogen, der mit einem VW Käfermotor startete 
und flog, das wäre bei einem Hubschrauber völlig undenkbar.
#4463735
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Anonymous U. schrieb:
> Der Andere schrieb:
>> Dann bau mal eine Hubschrauber als Segler. Solange du das nicht schaffst
>> ist die Lösung ziemlich klar.
>
> Ein Seegelflugzeug arbeitet aber mit Thermik. Das ist aber grundsätzlich
> mit einem Hubschrauber auch möglich. Mir geht es hier um eine
> Betrachtung ohne Thermik.

Warum sehe ich dann beim Modellfiegen immer nur Segelflugzeuge und keine 
Hubschrauber (am Hang im Aufwind oder aber in der Thermik)?
(Firma: www.harerod.de) Persönliche Seite #4463981
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Anonymous U. schrieb:
> Ich wollte mal wissen, welches Konzept (Flächen- / Drehflügler)
> prinzipiell effizienter ist, wenn es rein um den Auftrieb geht. Also
> quasi die längste Flugdauer, die Geschwindigkeit ist egal.
>
> Mir ist klar, dass größere Tragflächen mehr Wirkungsgrad in dieser
> Hinsicht haben. Aber nehmen wir zum Vergleich eine gleiche Fläche an.

Wenn Du das wirklich wissen willst, dann les die entsprechenden 
Wikipedia Artikel (Starrflügler, Drehflügler), anschließend schnapp Dir 
einen Bleistift und Papier und rechne die Mechanik nach.

Vielleicht reicht es auch schon, das Thema "Autorotation" verstanden zu 
haben.

Der Drehflügler hat exakt einen Vorteil, aber das ist nicht die 
Effizienz.

Falls es um Stammtischwissen geht, dann frag nach Kosten/Spritverbrauch 
pro Flugstunde bei vergleichbaren Flugleistungen.
Ca. Preise für kleine Flieger:
Segelfliegen 50€/h
UL 110€/h
Motorflug 130€/h
Heli 200€/h++
(Firma: Möhrchenzucht) #4464006
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Michael B. schrieb:
> Wenn also Amazon von Koptern als Transport redet, oder die Deutsche
> Post, vergiss es einfach, da sind nur Deppen an Alb-träumen. Schon der
> Medikamententransport Test auf die Halligen erfolgte mit einem
> ModellFLUGzeug.

Ich bin mir da nicht so sicher. Wenn sich das flächendeckend (sprich 
auch in Großstädten mit Häuserschluchten) je durchsetzen soll muss der 
fliegende Postbote auch anhalten können, damit er ein billigst 
verpacktes Paket schadfrei absetzen kann. So lapidar wie manche Pakete 
verpackt werden hat der Inhalt keine Chance einen Abwurf zu überstehen.


Sicher ist ein Flugzeug effizienter, aber es kann nunmal nicht 
stillstehen, sondern muss eine gewisse Vorwärtsbewegung haben, sonst 
fällt es runter wie ein Stein oder ein Stuka.

Autonome Flugzeuge gibt es bereits. Werden per Joystick gesteuert und 
töten im Nahen Osten Menschen.
(Firma: www.harerod.de) Persönliche Seite #4464194
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Icke ®. schrieb:
> Marcus H. schrieb:
>> Der Drehflügler hat exakt einen Vorteil, aber das ist nicht die
>> Effizienz.
>
> Nun, es gibt außer Helicoptern noch weitere Drehflügler:
>
> https://de.wikipedia.org/wiki/Tragschrauber
>
> Auch die sind nicht so effizient wie Flächenflugzeuge, aber sie haben
> durchaus eine ganze Reihe Vorteile. Und vergleichsweise billig
> anzuschaffen.

Ich hatte Schlagschrauber, a.k.a. Gyroskopter bewusst nicht erwähnt, da 
es ums Thema Effizienz geht.
Die Kosten liegen so zwischen UL und Motorflug.
Der Lärm liegt zwischen Motorflug und Heli.
#4464321
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Ich finde die Frage nicht sooo einfach zu Beantworten, wie es die 
Vorredner hier tun. Zumindest unter den Vorgaben, dass es nicht um 
Fortbewegung geht sonder quasi rein darum, ob sich ein Drehflügler genau 
so lange in der Luft halten könnte wie ein Segler, wenn beide ohne 
weitere Energiezufuhr (Thermik, Motor...) aus gleicher Höhe "abgeworfen" 
werden.

Betrachtet man nur praktische / existierende Lösungen sind die 
Starrflügler klar im Vorteil. Aber nehmen wir mal an, wir benutzen die 
Flügel eines Seglers als Rotorblätter für unseren Drehflügler. Und es 
ist wirklich ein ganz einfaches Ding wie ein Ahornsamen, ohne 
Möglichkeit den Anstellwinkel zu ändern und dem zu Folge ohne 
Möglichkeit es großartig zu steuern. Es fällt einfach mehr oder weniger 
gerade nach unten.
Das Problem ist ganz offensichtlich: Durch die Drehung des Rotors ist 
die Anströmgeschwindigkeit über dem Flügel nicht gleich verteilt wie 
beim Segler, die Flügel wären weniger effizient.
Wenn man den Abstand zwischen den Flügeln (stark) erhöht, wird der 
Unterschied der Anströhmgeschwindigkeit aber irgendwann 
vernachlässigbar. Die Verbindung müsste natürlich unendlich dünn und 
dafür unendlich steif sein und dürfte nichts wiegen. Damit ist das ganze 
nicht praktisch realisierbar. Theoretisch müsste das Konstrukt aber 
gleich lange in der Luft bleiben wie der Segler, oder?

Vielleicht noch ein Gedankenspiel, mit zwei kreiselnden Seglern, die 
sich immer auf gegenüberliegenden Punkten des Kreises befinden, weil sie 
an den Flügelspitzen durch ein Seil verbunden sind. Kann man das als 
Drehflügler bezeichnen?
OP #4464355
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Stephan W. schrieb:
> Ich finde die Frage nicht sooo einfach zu Beantworten, wie es die
> Vorredner hier tun. Zumindest unter den Vorgaben, dass es nicht um
> Fortbewegung geht sonder quasi rein darum, ob sich ein Drehflügler genau
> so lange in der Luft halten könnte wie ein Segler, wenn beide ohne
> weitere Energiezufuhr (Thermik, Motor...) aus gleicher Höhe "abgeworfen"
> werden.
Ja, richtig. Darum geht es mir.

Stephan W. schrieb:
> Das Problem ist ganz offensichtlich: Durch die Drehung des Rotors ist
> die Anströmgeschwindigkeit über dem Flügel nicht gleich verteilt wie
> beim Segler, die Flügel wären weniger effizient.

Wobei man dies durch dein geeignetes Flügelprofil kompensieren kann 
(verschiedene Anströmwinkel). Siehe moderne Windräder.

Ich denke ein entscheidender Punkt könnte die stationäre Lage eines 
Hubschraubers sein. Ein Flugzeug bewegt sich ja fort und trifft daher 
immer auf unbewegte "Frisch"-luft. Ein Hubschrauber hingegen fliegt ja 
in seinem selbst erzeugten Abwind...
(Firma: www.harerod.de) Persönliche Seite #4464371
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Stephan W. schrieb:
> Das Problem ist ganz offensichtlich: Durch die Drehung des Rotors ist
> die Anströmgeschwindigkeit über dem Flügel nicht gleich verteilt wie
> beim Segler, die Flügel wären weniger effizient.

Genau dieses Problem hat auch schonmal jemand erkannt - Stichwort
https://de.wikipedia.org/wiki/Schr%C3%A4nkung_(Aerodynamik)

Man spricht zwar salopp von einer "Latte", tatsächlich sind die Latten 
ziemlich verbogen.

Und als Bonus noch ein Gyrokopterbild mit Blick auf Schubpropeller und 
Hauptrotor.
Angehängte Dateien:
#4464483
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Anonymous U. schrieb:
> Wobei man dies durch dein geeignetes Flügelprofil kompensieren kann
> (verschiedene Anströmwinkel). Siehe moderne Windräder.

Da bin ich mir nicht so sicher. Anströmwinkel und Profil kann man klar 
ändern. Trotzdem bleibt doch das Problem, dass die Geschwindigkeit 
quadratisch in die Reibung eingeht, oder? Ich habe mit xflr5 mal einen 
Nurflügler entworfen und gebaut und meine mich noch zu erinnern, dass 
die Gleitzahl vom Gewicht eigentlich unabhängig ist, aber höheres 
Gewicht bedeutet höhere Geschwindigkeit. Daraus resultierte quadratisch 
mehr Reibung bei nur linear mehr Auftrieb.
Ich kann aber auch komplett daneben liegen, ist schon was länger her.
#4464561
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Anonymous U. schrieb:
> Wobei man dies durch dein geeignetes Flügelprofil kompensieren kann
> (verschiedene Anströmwinkel). Siehe moderne Windräder.

Windräder laufen nicht weg. Ein sich bewegender Hubschrauber schon.

Aber egal wie du das Profil definierst, kein Rotorblatt wird über den 
gesamten Bereich der im Reiseflug auftretenden Anströmgeschwindigkeiten 
und -Winkel gleichermassen effizient sein. Und ebendies ändert sich 
durch die Vorwärtsbewegung und die Blattverstellung zyklisch.

> Ein Hubschrauber hingegen fliegt ja in seinem selbst erzeugten Abwind...

Mit wachsender Horizontalgeschwindigkeit reduziert sich dieser Effekt. 
Im Schwebeflug oberhalb Bodennähe benötigt er deshalb mehr Leistung als 
im Reiseflug.

Deshalb darf ein Hubschrauber bei geringer Horizontalgeschwindigkeit 
auch nicht zu schnell sinken, sonst droht Absturz (vortex ring state).
#4464580
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Der Andere schrieb:
> Dann bau mal eine Hubschrauber als Segler. Solange du das nicht schaffst
> ist die Lösung ziemlich klar.

Also ich war erst vor ein paar Wochen dabei als ein T-Rex500(Modellheli) 
bei einem 50er Wind an der Kante gesoart ist, ging wunderbar war nur 
übel zum steuern.

Bei Hobby King gibt es auch einen Segel Gyrocopter ohne Motor.
Oder hier auch Manntragend: https://www.youtube.com/watch?v=mO099D_Do2M

>Ich bin schon Motorsegler geflogen, der mit einem VW Käfermotor startete
>und flog, das wäre bei einem Hubschrauber völlig undenkbar.
Die ganzen Gyrocopter fliegen doch auch nur mit einem Rotax oder? 
Turbinen haben die bestimmt nicht.
Und hier in der nähe ist auch ein Heli der mit Kolbenmotor fliegt(na 
gut, Käfer Motor ist das sicher nicht)
#4465294
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A. K. schrieb:
> Mit wachsender Horizontalgeschwindigkeit reduziert sich dieser Effekt.

Darum geht es dem TE aber nicht.

A. K. schrieb:
> Im Schwebeflug oberhalb Bodennähe benötigt er deshalb mehr Leistung als
> im Reiseflug.

Meinst du mit "oberhalb Bodennähe" "nicht in Bodennähe"? Weil in 
Bodennähe gibt es den Bodeneffekt. Da sind Flugzeuge und Hubschrauber 
gleichermaßen effizienter. Das ist der Grund, warum Mulitkopter (Rotoren 
sehr nah am Boden) manchmal schwer zu landen sind. Und es ist der Grund 
für Absonderlichkeiten wie den Ekranoplan 
(https://de.wikipedia.org/wiki/KM_(Ekranoplan))
#4465314
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Stephan W. schrieb:
> Darum geht es dem TE aber nicht.

Der TE schrieb davor (in seinen Worten), dass ein Heli im eigenen 
Downwash fliegt. Genau das tut er bei ausreichender Geschwindigkeit aber 
nur noch in vergleichsweise geringem Umfang und ausserhalb von Ground 
Effect bleibt er damit länger in der Luft als im Schwebeflug.

Man kann naturlich die ursprüngliche Frage auch anders interpretieren, 
also wie lange ein Heli in der Luft bleibt, wenn er für die ganze 
Flugdauer den Ground Effect nutzend 1m über dem Boden schwebt. Ich bin 
bloss nicht sicher, wer dann bei einem klassisch gesteuerten Heli zuerst 
schlapp macht, also ob Gerät oder Pilot.

Natürlich müsste man das dann fairerweise mit einem Starrflügler 
vergleichen, der für die ganze Flugdauer den Ground Effect nutzend 1m 
über dem Boden fliegt. ;-)

> Meinst du mit "oberhalb Bodennähe" "nicht in Bodennähe"?

Aus Sicht eines Helis ist "oberhalb Bodennähe" nicht so arg verschieden 
von "nicht in Bodennähe". Tunnelbauer könnten das anders sehen. ;-)

> Weil in Bodennähe gibt es den Bodeneffekt.

Genau deshalb hatte ich das erwähnt.

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