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Hubschrauber / Helikopter

Bölkow Bo-105: Versuchshubschrauber der DLR mit zusätzlicher Steueranzeige im Cockpit, welcher das gefürchtete Pendeln einer angehängten Last eliminiert

 

Bölkow Bo 105 DLR - Forschungshubschrauber

Diese Bölkow BO 105 ist ein  Forschungshubschrauber der DLR mit einern starren vierblättrigen Hauptrotor und einem halbstarren zweiblättrigen Heckrotor. Alle Rotorblätter sind aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergesteilt. Der flexibel einsetzbare Helikopter gehört seit 1978 zur DLR-Forschungsflotte und ist am Standort Braunschweig beheimatet.

Mit einem neuen System und einer zusätzlichen Steueranzeige im Cockpit von Hubschraubern gelingt es, das gefürchtete Pendeln einer angehängten Last praktisch vollständig zu eliminieren, – ein erheblicher Sicherheitsgewinn für Hubschrauber und Besatzung. Beim Transport schwerer und sperriger Lasten in unwegsamem Gelände spielen Hubschrauber eine große Rolle. Die Last wird in solchen Fällen vielfach am Seil angehängt transportiert. Das System Hubschrauber und Last verhält sich dann wie ein schwingungsfähiges System, wobei schon 2 Schwingungen ausreichen können, um den Hubschrauber in eine Gefahrensituation zu bringen. Dann droht nicht nur der Verlust der Last, auch der Hubschrauber selbst mit den Piloten und der Crew ist gefährdet.

Beim Fliegen mit Außenlasten hat der Pilot im Wesentlichen 2 Probleme. Zum einen sieht er die Last nicht und zum anderen ist die Steuerstrategie zum Abbau des Pendelns unklar. Versucht der Pilot gefühlsmäßig das Pendeln durch Steuereingaben abzubauen, wird in vielen Fällen die Lastbewegung noch verstärkt. Um dem Piloten ein Hilfsmittel zur aktiven Dämpfung von Lastschwingungen zu bieten und so die Flugsicherheit zu erhöhen, wurde beim DLR das Flight Director-Konzept für Außenlasten entwickelt.

Der Flight Director ist ein Instrument, das dem Piloten eine Kommandoanzeige für die Steuerung des Hubschraubers liefert. In der Anwendung zur Dämpfung von Lastschwingungen nutzt der Flight Director als Anzeige eine Darstellung ähnlich der eines künstlichen Horizonts. Das normale Eingangssignal wird mit einem Kommandosignal überlagert, das die optimale Pendeldämpfung ergibt. Aufgabe des Piloten ist nun, die Fluglage des Hubschraubers mit der vom System ermittelten Sollfluglage in Übereinstimmung zu bringen. Durch die Steuereingaben des Piloten werden Schwingungen der Außenlast optimal abgebaut, beziehungsweise von vornherein unterdrückt. Selbst künstlich erzeugte Pendelbewegungen konnten jederzeit abgebaut werden. Daraufhin wurde in einer Kooperation mit der Firma IMAR, einem Hersteller vonTrägheitsnavigations- und -regelsystemen, ein Demonstratorsystem für die Flugerprobung auf dem DLR-eigenen Forschungshubschrauber Bölkow BO-105 entwickelt und gebaut.

Zusammen mit der Firma IMAR soll das System nun unter realen Bedingungen auf einem CH-53 Lastenhubschrauber der Bundeswehr getestet werden. Ziel ist der Nachweis, dass mithilfe des Flight Directors auch bei schweren Lastenhubschraubern zuverlässig ein Aufschaukeln der Lastschwingung vermieden werden kann. Auch das zielgenaue Absetzen von Außenlasten mithilfe des Flight Directors rückt jetzt in das Blickfeld der Forscher. 

Darüber hinaus nutzen die Forscher den vieiseitigen Hubschrauber zur Untersuchung von lärmarmen Anflügen und bei der Entwicklung von Pilotenassistenzsystemen. Flugeigenschaftsuntersuchungen und Versuchsflüge mit Wärmebildkameras komplettieren das Portfolio.  (Quelle: DLR 2018)

Bölkow Bo 105 DLR

Der fünfsitzige Hubschrauber Eurocopter BO 105 basiert auf einem leichten Mehrzweck-Hubschrauber der Messerschmitt-Bölkow Blohm GmbH (MBB) und wurde für seinen Einsatz als universeller Forschungsträger vom Flugbetrieb des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Braunschweig stark modifiziert. Das Leistungsspektrum des BO 105 ist breit gefächert und ist für den Einsatz bei vielfältigen Forschungsmissionen besonders geeignet. Er dient unter anderem als Forschungsplattform für Flugeigenschaftsuntersuchungen, lärmarme Anflüge, Wärmebildaufnahmen, Pilotenassistenzsysteme und das Fliegen mit Außenlasten.

Je nach Anforderung kann der BO 105 mit einer Spezialausrüstung ausgestattet werden. Dazu gehören beispielsweise ein Nasenmast zur Ermittlung der Anströmverhältnisse und mit Drucksensoren und Dehnmeßstreifen modifizierte Haupt- und Heckrotorblätter zur Messung der Kräfte und Druckverhältnisse am Rotorblatt.

Als erster Hubschrauber in Deutschland wurde er serienmäßig mit einem gelenklosen Rotorkopf und zwei Turbinen ausgestattet. Der BO 105 war darüber hinaus der erste Hubschrauber, dessen Rotorblätter aus glasfaserverstärktem Kunststoff gefertigt wurden. Angetrieben wird er durch zwei Rolls-Royce/Allison 250-C 20B Triebwerke.

Bölkow Bo 105 DLR - D-HDDP

Der Hubschrauber Bölkow BO 105 der DLR unterscheidet sich vom Standard Bo 105 durch folgende Modifikationen:

  • Bordrechner zum Aufzeichnen von Flugparametern
  • Nasenmast zur genauen Messung von Anströmgeschwindigkeit und -richtung
  • Instrumentierter Haupt- und Heckrotor zur Messung der Kräfte und Druckverhältnisse am Rotorblatt
  • Befestigungspunkte außerhalb der Kabine für Nutzlasten wie zum Beispiel Infrarotkameras 
  • IFR-Cockpit (Instrument Flight Rules) zum Fliegen bei schwierigen Wetterbedingungen, den so genannten Instrument Meteorological Conditions (IMC), die das Fliegen mit Instrumenten erfordern
  • LASSIE-System (Low Air Speed Sensing and Indicating Equipment). System zur genauen Messung der Fluggeschwindigkeit im unterem Geschwindigkeitsbereich
  • Flight Director-Konzept für Außenlasten. Das System verhindert Lastschwingungen, die häufig beim Transport von Außenlasten am Hubschrauber entstehen.

Die Einsatzfelder dieser BO 105 sind vielseitig, er wird beispielsweise eingesetzt für:

  • Flugeigenschaftsuntersuchungen
  • Kameraträger für Wärmebildaufnahmen
  • Untersuchung von lärmarmen Anflügen
  • Entwicklung von Pilotenassistenzsystemen
  • Flüge mit Außenlasten
Bölkow Bo 105 DLR - Versuchshubschrauber

Technische Daten: (BO-105 M)

Hersteller

MBB

Besatzung

5 Personen

Triebwerk

2 x Allison 250-C20B

     Hersteller

Rolls Royce

     Art

Wellenturbinen

Leistung

2 x 400 WPS

Drehzahl

424 U/min.

Blattspitzengeschwindigkeit

218 m/sec.

Rotorblätter

4, manuell faltbar

Heckrotorblätter

2

Leistung

.

Geschwindigkeit max.

270 km/h

Reisegeschwindigkeit

220 km/h

Marschgeschwindigkeit

200 km/h

Reichweite

320 km

Überführung, leer

ca. 580 km

Flugdauer

3,5 Std. max.

Steigleistung

8 m/sec.

Dienstgipfelhöhe

ca. 5.000 m

Schwebehöhe

1.585 m

Maße

.

Gesamtlänge incl. Rotor

11,86 m

Rumpflänge

8,56 m

Höhe

3,02 m

Durchm. Hauptrotor

9,84 m

Kreisfläche Hauptrotor

76,05 m²

Durchm. Heckrotor

1,90 m

Massen

.

Leergewicht

1.670 kg

Startgewicht m. Außenlast

2.400 kg

Nutzlast

691 kg

Treibstoff

290 kg

Bölkow Bo 105 - Cockpit

HISTORISCHES:

1945 wurde den Deutsche durch die Alliierten auch dieser neuen Sparte von Drehflüglern eine Zwangspause auferlegt. Zehn Jahre nach Ende des 2. Weltkrieges wandte sich die Bölkow-Entwicklungen KG” unter anderem auch dem Hubschrauber zu. In der Zwischenzeit war die Drehflügeltechnik in andern Ländern vorangeschritten und für das damals kleine Team um Dr. Ludwig BÖLKOW war es nicht leicht, den Anschluß und vor allem eine Marktlücke zu finden. Die Entwicklung von Glasfaser-Kunststoff-Blättern für die Typen Bo 102 und Bo103 wurde zuerst realisiert.  1961 folgte das Projekt Bo104 für einen zweisitzigen, von zwei 88 kW Wankelmotoren angetriebenen Kleinhubschrauber.

Das größere Auslegungskonzept Bo105 konnte sich positiv von seinen Konkurrenten abheben:  Zweimotorigkeit,
1. gelenkloser Rotor mit Glasfaser-Blättern, hochliegender Heckrotor; Eignung für Rettungseinsätze, Wartungsfreundlichkeit und hohe Lebensdauer der Komponenten. Ansonsten konventionelle Leichtmetall-Halbschalenbauweise.

Die Prototypen hießen noch V-1 bis V-3, wobei letztere am 20. Dez. 1967 startete. Mehrere Motoren wurden ausprobiert. 1970 erhielt MBB für die Bo105A die deutsche Musterzulassung. Nach 4-jähriger Erprobungsphase durch die Bundeswehr entstand 1975 die Bo1O5P als Panzerabwehrhubschrauber erster Generation (PAH-1). Die in Zusammenarbeit mit Boeing-Vertol entwickelte Modifikation wurde anschließend von MBB für die Versionen Bo 105 CS CBS /LS übernommen. In den folgenden Jahren wurden die Maschinen im Hinblick auf neuere Waffentechniken immer wieder modifiziert. Als Folge des Zusammenbruchs des Warschauer Paktes wurde dann aber auf den BSH-1 und ein geplantes Kampfwertsteigerungsprogramm für den PAH-1 verzichtet. Der Bedarf hatte sich geändert.

1992 wurde der Bo 105 mit dem Zusammenschluß der Drehflüglerbereiche von DASA (ehem. MBB) und Aerospatiale, Teil der großen Hubschrauber Typenreihe von EUROCOPTER. Er wird heute noch produziert.

Allison 250: Zweiwellentriebwerk der Bölkow BO-105

Allison 250 - Bölkow Bo-105
Bölkow Bo 105 - Antriebsturbine

Allison 250: Zweiwellentriebwerk

Bei der Allison 250 - militärische Bezeichnung Allison T63 - handelt sich um ein Zweiwellentriebwerk, das ab 1958 aufgrund einer militärischen Anforderung von Allison für den Einsatz in Hubschraubern entwickelt und ab 1961 gebaut wurde. Nach der Übernahme von Allison im Jahre 1995 durch Rolls-Royce wird das Triebwerk heute als Rolls-Royce M250 bezeichnet. Der Verdichter bestand aus einer Kombination von axialen und radialen Verdichterstufen. Bis 2018 wurden vom wirtschaftlich sehr erfolgreichen Triebwerk über 31.000 Einheiten ausgeliefert. Von 1979 bis 1983 wurde das Triebwerk in der Variante 250-C20B auch in Deutschland bei MTU für die militärische Variante der hier abgebildeten Bölkow Bo 105 gefertigt.

Das Triebwerk ist modular aufgebaut und besteht aus den 4 Hauptbaugruppen: Verdichter, Brennkammer, Getriebe, Turbine. Für diese 4 Module sind jeweils eigene Lebensdauergrenzwerte definiert. Das heißt, wenn ein Modul schadhaft ist, braucht nicht das gesamte Triebwerk zur Instandsetzung eingeschickt zu werden.

Technische Daten des Triebwerks Allison 250 C20B (MTU)

  • Triebwerksleistung:   298 kW
  • Gewicht:   70 kg
  • Länge:   1036 mm
  • Dürchmesser:   485 mm
  • Krafstoffverbrauch:   ca. 85 kg/h
  • Drehzahlen:
    • Gaserzeugerturbine:   50.970 U/min.
    • Arbeitsturbine:   33.290 U/min.
    • Abtrieb:   6.016 U/min.
Bölkow Bo 105 - Triebwerk Allison 250 C20B

Das Hauptgetriebe (FS 110) der BO 105:
(
FS = Flugsondergetriebe, 110 = 2 x 55 kpm Eingangsleistung)

Funktion:

  • Leistungsübertragung von Triebwerk auf Hauptrotor / Heckrotor und Nebenaggregate
  • Reduzierung der Drehzahl für die einzelnen Antriebe
  • Aufnahme und Weiterleitung der Rotorkräfte /-momente

Technische Daten:

  • Eingangsleistung: 2 x 313 KW
  • Eingangsdrehzahl: 6.016 U/min
  • Drehzahl Rotormast: 425 U/min
  • Gewicht: 154,3 kg
  • Schmierölmenge: 13,25 Liter
  • Öldruck: 4 bar
  • Öltemperatur: 60°C
  • Abmessungen: Durchmesser 775 mm x 1.310 mm
  • Übersetzung zum Hauptrotor: 14,155 : 1
  • Übersetzung zum Heckrotor: 2,449 : 1

Aufbau / Funktionsweise:

  • 1. Getriebeoberteil > Gehäuse
  • Planetenträger mit 5 Planetenrädern
  • Rotormast
  • Getriebeflansch
  • Stützrohr
  • Taumelscheibe
  • 2. Getriebemittelteil > Gehäuse
  • Heckrotorabtrieb:    2.456 U/min
  • Aggregatabtrieb:    4.216 U/min
  • Lüftergetriebe (Übersetzung von 4.216 U/min auf 8.432 U/min)
  • 3. Getriebeunterteil > Gehäuse
  • 2 Kegelradwellen mit Freiläufern:    6.016 U/min
  • 2 Zwischenwellen mit Kegelrädern + Ritzel:    3.953 U/min
  • Sammelwelle mit Sammelrad + Sonnenrad:   1.661 U/min
Bölkow Bo 105 - Hauptgetriebe Bo 105
Bölkow Bo 105 - Hauptrotorkopf

Der Hauptrotorkopf der Bo 105:

Funktion:

  • nimmt die vier Hauptrotorblätter auf
  • überträgt die Drehbewegungen des Rotormastes auf die Blätter
  • nimmt die an den Rotorblättern entstehenden Kräfte auf und leitet sie weiter
  • ermöglicht eine Verstellung des Einstellwinkels der Blätter

Technische Daten:

  • Drehzahl: 425/min
  • Gewicht: 84 kg
  • Durchmesser: 935 mm
  • Höhe: 300 mm
  • Schmierölfüllung: 1,8 Liter

Aufbau / Funktionsweise:

  • Der Rotorstern ist vierarmig und aus Titan gefertigt. Er ist innen hohl und wird mit 12 Titanstiftschrauben auf dem Flansch des Rotormastes befestigt.
  • Die Innenhülse ist das drehende Element zwischen Stern und Blatt und ermöglicht die Einstellung des Blattwinkels.
  • Die Außennüsse leiten die Fliehkraft an die Bendixknochen weiter.
  • Die Bendixknochen übertragen die Fliehkräfte von der Außennuss auf die Vierfachnuss.
  • Die Heißöse ist auf den Zentralbolzen aufgeschraubt. Mit ihrer Hilfe kann der Rotorkopf angehoben werden.
  • Der Zentralbolzen hat die Aufgabe, den gesamten Mittelteil zu zentrieren.
Bölkow Bo 105 - Hauptrotor

 

Copyright © Flugzeuglexikon von Wolfgang Bredow

 

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