Die Steuerung eines Hubschraubers ist außerordentlich kompliziert, nicht nur für den Piloten, der seine zwei Steuerknüppel ständig bedienen und zusätzlich mit Pedalen steuern muss. Kompliziert ist auch die Technik und hier vor allem die "Taumelscheibe".

Kernelement Taumelscheibe

Betrachtet man den Rotorkopf, an dem die Rotorblätter eines Helikopters montiert sind, so sieht man eine Vielzahl mechanischer Bauteile. Entscheidend für den Flug ist der Einstellwinkel der Rotorblätter. Beim Start wird durch eine stärkere Schrägstellung der Blätter der Auftrieb erhöht. Damit hebt der Hubschrauber ab und steigt, bis durch eine flachere Einstellung ein stabiler Schwebezustand in der gewünschten Höhe erreicht ist.

Um nun vorwärts zu fliegen, muss die gesamte Ebene, in der die Rotorblätter umlaufen, schräg gestellt werden. Dazu verändert sich der Einstellwinkel jedes einzelnen Rotorblatts im Verlauf jeder Umdrehung. Diese Verstellung wird über die Taumelscheibe gesteuert.

Vibrationen und Lärm

Bisher ist die Taumelscheibe ein kompliziertes mechanisches Bauteil, unterstützt durch Hydraulik. Der Rotor ist die hauptsächliche Quelle für den Lärm, den jeder Helikopter erfahrungsgemäß erzeugt. Die konventionelle Bauform der Taumelscheibe ermöglicht zwar das sichere Manövrieren des Hubschraubers, kann aber die erheblichen Vibrationen und Geräusche, die den Komfort des Fluges beeinträchtigen, nicht verhindern.

Die ZF Luftfahrttechnik GmbH in Calden befasst sich in Zusammenarbeit mit mehreren Forschungseinrichtungen und Industriepartnern seit mehr als zehn Jahren mit der Rotorsteuerung. Im Rahmen eines vom Bundeswirtschaftsministerium geförderten Projekts entwickelt sie ein völlig neuartiges Gerät. Die Entwickler setzen vollständig auf elektrische Bauteile. Damit entfällt die aus einer festen und einer sich drehenden Scheibe bestehende Mechanik vollständig.

Einzeln gesteuert

Der besondere Vorteil des neuen Ansatzes ist, dass jedes Rotorblatt einzeln über Elektromotoren im Anstellwinkel eingestellt werden kann und dies in sehr viel höherer Frequenz als bisher. Kam es bisher zu einer Winkelverstellung pro Umdrehung des Rotors, so kann es jetzt mehrere Veränderungen bei jeder Umdrehung geben. Die Forscher sprechen von Individual Blade Control (IBC). Die Rotorblätter lassen sich optimal auf die Strömungsbedingungen der Luft einstellen.

Nach Experimenten im großen Windkanal in Ames, südlich von San Francisco, erprobten die Entwickler ein zunächst hydraulisches IBC-System. Dabei zeigten sich erhebliche Verbesserungen. So gelang es, die Vibrationen um bis zu 90 Prozent zu verringern. Der Lärm wird deutlich geringer. Die Forscher gehen zunächst von einer Reduzierung von mindestens drei Dezibel aus. Auch der Energieverbrauch sinkt nach derzeitigen Schätzungen um mindestens sechs Prozent.

Elektrik statt Mechanik

Darüber hinaus hoffen die Entwickler auf einen geringeren Wartungsaufwand, da aufwändige Mechanik sowie die hydraulischen Bauteile entfallen. Uwe Arnold, der Leiter des Projekts, vergleicht dies mit der Entwicklung beim Auto. Auch hier übernehmen zunehmend elektrische und elektronische Bauteile Aufgaben, die früher mechanisch gelöst wurden. Ein gutes Beispiel ist die Servolenkung, die früher elektrohydraulisch funktionierte, heute überwiegend mit Elektromotoren.

Noch gibt es keinen Helikopter, der mit der neuen Technik ausgestattet ist. Das wird noch einige Jahre dauern, so Arnold. Allerdings wird weiter mit Hochdruck geforscht und bald können die Ergebnisse wieder im Windkanal überprüft werden.