Machbarkeit des Helischlepps

[pestw]

Man muss ja auch nicht bei jedem Wetter fliegen. Wenn 30 km/h Gegenwind zu erwarten ist, wird man im Einzelfall abwägen, ob man entweder ruhigeres Wetter abwartet oder die höheren Kosten in Kauf nimmt.

[edgar]

wie edgar das berechnet hat würde mich mal interessieren.

Hab einfach die in 30° Richtung wirkende Kraft von 200 kN in eine horizontal und eine vertikal wirkende Kraft zerlegt, das nennt man, glaub ich, Krafteck.

sin 30° mal 200 kN ergibt 100 kN, cos 30° mal 200 kN ergibt 173,2 kN.

Der Ballon müsste also rund 17 Tonnen schwerer als Luft sein, wenn er in Bodennähe, mit voller Leistung geschleppt werden soll. Ansonsten steigt er nach oben weg, bis die Luft so dünn wird, dass der Auftrieb null wird. Wie weit er steigt, wie hoch dort oben die horizontale Kraft ist, wie viel niedriger der Luftwiderstand, keine Ahnung.
An diesem Punkt hab ich meine laienhaften Überlegungen eingestellt. Habe nicht die Zeit mich mit dem Thema intensiver zu beschäftigen.

[Matthias/Wismar]

grundsätzlich steht fest, das die mi 26 20t "payload" hat

-absolut richtig.

und davonn eine horizontale komponente in das system AC 75 plus aussenlast einleiten kann

-auch unstreitig

diese kraft ist ausreichend, um einen langstreckentransport durchzuführen, ob nun mit 30km/h oder mit 60km/h ist technisch nicht relevant,

wenn die zahlen stimmen die edgar geschrieben hat ist es ebend schon rein physikalisch NICHT möglich das gespann mit 60 km/h durch die gegend zu bewegen. dies bezieht sich auf den reinen luftwiderstand.

[pestw]

Der Ballon müsste also rund 17 Tonnen schwerer als Luft sein, wenn er in Bodennähe, mit voller Leistung geschleppt werden soll. Ansonsten steigt er nach oben weg, bis die Luft so dünn wird, dass der Auftrieb null wird.

Wie? Was? Da kann ich nicht folgen.
Der Ballon wird durch Ballast so eingestellt dass er ca. 2 Tonnen "schwer" ist. Wenn sich aufgrund der Höhe der Luftdruck ändert, treten die Blower bzw. Ventile in Aktion und die Ballonets "atmen", so dass der Innendruck konstant bleibt und damit auch die verdrängte Luftmasse und damit auch der Auftrieb.
Das hat aber nichts mit der Berechnung der benötigten Kraft zu tun. Man braucht sich nur das Foto von heliman anzuschauen, wie das läuft. Der Hubschrauber erzeugt Auftrieb und Vortrieb, dadurch fliegt er leicht schräg vor der Last. Dass der "Houseball" komplett schwerer als Luft ist, tut nichts zur Sache. Um den Aircrane in der Luft zu halten, muss man 2 t Auftrieb erzeugen; um ihn horizontal in Bewegung zu setzen, muss man 100 t Masse beschleunigen. Zusätzlich muss man mit zunehmender Geschwindigkeit (TAS) den Luftwiderstand überwinden.

[Matthias/Wismar]

bei dem AC dürfte aber noch ein weiteres phänomen hinzukommen. der ballon ist 2 tonnen"schwer" eingestellt, d.h. 2 tonnen drücken nach unten. im stillstand hängt das seil samt ac 75 vertikal nach unten. wenn der ballon also jetzt gezogen wird und der luftwiderstand erreicht das äquivalent von 2 tonnen, müsste der ballon im 45 gradwinkel hinter/unter dem helikopter hängen (circa). dieser winkel verändert sich natürlich mit zunehmender geschwindigkeit mit dem luftwiderstand zunimmt. ab möglicher höchstgeschwindigkeit des gespanns dürfte der AC dann fast horizontal HINTER dem hubschrauber hängen?!?!

[pestw]

Klingt auf Anhieb durchaus plausibel. Macht aber nichts. OK - direkt auf gleicher Höhe wird man die Last nicht fliegen lassen, aber gegen einen - sagen wir - Sechziggradwinkel wird nichts einzuwänden sein.
Übrigens - das mit dem cw-Wert von 0,45 glaube ich noch nicht so ganz. Ich meine, etwas von 0,35 in Erinnerung zu haben. Ab 60 km/h wird die Luftströmung aber turbulent und der Widerstand steigt überproportional an.

Wie auch immer - die Sache ist im Prinzip machbar und die Details brauchen wir hier jetzt nicht zu klären.

[Matthias/Wismar]

der cw-wert von 0,45 gilt für eine GLATTE kugel, der AC dürfte duch div. seile ect. sogar einen etwas höheren cw-wert haben. 0,35 wird für eine halbkugel angegeben.

[edgar]

Der Ballon müsste also rund 17 Tonnen schwerer als Luft sein, wenn er in Bodennähe, mit voller Leistung geschleppt werden soll. Ansonsten steigt er nach oben weg, bis die Luft so dünn wird, dass der Auftrieb null wird.

Wie? Was? Da kann ich nicht folgen.
Der Ballon wird durch Ballast so eingestellt dass er ca. 2 Tonnen "schwer" ist. Wenn sich aufgrund der Höhe der Luftdruck ändert, treten die Blower bzw. Ventile in Aktion und die Ballonets "atmen", so dass der Innendruck konstant bleibt und damit auch die verdrängte Luftmasse und damit auch der Auftrieb.

Mit "Auftrieb" hatte ich den vertikalen Teil der Hubkraft des Helis gemeint. Zugegeben, das war missverständlich.

Der Heli zerrt bei voller Leistung mit 200kN, 30° schräg nach oben. Diese Kraft habe ich in eine senkrecht nach oben - und eine waagerecht in Flugrichtung wirkende Kraft aufgeteilt.

Diese Kräfte werden mit zunehmender Flughöhe geringer.

Hat der Ballon 2 Tonnen Übergewicht, schafft der Heli z. B. 4000 Meter Flughöhe, bei 10 Tonnen Übergewicht eventuell 1000 Meter, bei 17 Tonnen vielleicht 200 Meter (ausrechnen kann ich es nicht), bei 25 Tonnen Übergewicht schleift er den Ballon über den Boden.

Mit 2 Tonnen Ballon - Übergewicht kann er auch in 200 Meter Höhe fliegen, aber nicht mit voller Leistung.

[k.moestl]

der cw-wert von 0,45 gilt für eine GLATTE kugel, der AC dürfte duch div. seile ect. sogar einen etwas höheren cw-wert haben. 0,35 wird für eine halbkugel angegeben.

Der Widerstandsbeiwert ist keine wirkliche Konstante. Er er ist nur in einem größeren Bereich für die Reynoldszahl nahezu konstant (für die Kugel etwa 0,4). Bei großen Werten für die Reynoldszahl, wie sie bei großen Geschwindigkeiten oder großen Objekten auftreten, ändert sich der Widerstandsbeiwert stark mit der Reynoldszahl. Fur den CL 75 ist die Renoldzahl
Re = rho*d*v / eta
mit d = 2r, Durchmesser der Kugel
rho=1,29 kg/m³ Dichte der Luft
v = Relativgeschwindigkeit zwischen Luft und Ballon
eta = 0,0000172 Pa s Viskosität der Luft
etwa 40.000.000
Da ist der Widerstandsbeiwert etwa 0,25. Bei diesen großen Werten für Re dürfte die Oberflächenrauhigkeit durch die Seile nicht zu einer Erhöhung der cw-Wertes führen, eher im Gegenteil zu einer Erniedrigung, weil die auftretenden Wirbel zu einer Ablösung der den Ballon umgebenden ruhenden Luftschicht führt. Diese Möglichkeit nutzt man übrigens beim Golfball: Die Dellen führen bei den hohen Fluggeschwindigkeiten zu einer Verringerung des Widerstandsbeiwertes, ermöglichen also weitere Flugweiten.

Klaus Möstl

[Frodo Baggins]

Ein schöner Vergleich mit dem Golfball, Klaus.

Was mit bei der ganzen Diskussion hier allerdings fehlt, ist ein Statement zur Massenträgheit.

Ein CL75 mit Last hat doch über 100t Masse. Wenn die erstmal in Bewegung ist und das noch relativ reibungsfrei in der Luft, braucht man da überhaupt noch viel Schubleistung?

BTW: Wie bremst man das ganze eigentlich?

Gruß aus Nürnberg
Roland

[heliman]

natürlich kommt zum bremsen auch nur der hubschrauber selbst in betracht, hier muss vorauss. einige flugminuten vor dem zielort die horizontalgeschwindigkeit allmählich reduziert werden, um dann am absetzpunkt bei nahe null anzukommen, das fixieren des ballons mit der last erfolgt dann über seile...

[Roland Grün]

ich habe das mal ein bisschen durchgerechnet, die Verhältnisse bei einem horizontal schleppenden Hubschrauber:

Bei einem Eigengewicht von 40 Tonnen und einer maximalen senkrechten Tragkraft von 20 Tonnen komme ich auf eine maximale horizontale Zugkraft von 44 Tonnen, bei einem Neigungswinkel des Hubschraubers von 48 Grad.

Wie komme ich darauf: Ich zerlege die Kraft von 40 plus 20 gleich 60 Tonnen, mit der der Rotor längs seiner Achse zieht, in eine Komponente von 40 Tonnen senkrecht nach unten und eine horizontale Komponente F, welche gesucht ist. Also gilt nach Pythagoras:

(40 Tonnen) zum Quadrat plus F zum Quadrat gleich (60 Tonnen) zum Quadrat.

Der Kosinus des Neigungswinkels ist 40 Tonnen geteilt durch 60 Tonnen.

Diese 44 Tonnen kann der Hubschrauber aber nur in dieser extremen Schräglage aufbringen. Wenn das nicht zulässig ist, dann ist nicht die Tragkraft der begrenzende Parameter, sondern die maximale Schräglage.

Ich weiß nicht - glaubt jemand, dass die Horizontalkraft auf jeden Fall kleiner sein muss als die senkrechte Tragkraft? Dem ist nicht so.
Vielleicht hilft ein Extremfall zur Einsicht: Bei einer Tragkraft von 1 Tonne, und einem Eigengewicht von 1 Million Tonnen, ist die Zugkraft doch sicher mehr als 1 Tonne, oder?



Roland

[Frodo Baggins]

Hallo Namensvetter,

ich weiß nicht so ganz, ob solche Berechnungen hier angewendet werden können.
Ich erinnere mich daran, dass auf der letzten HV der Cargolifter AG gesagt wurde, ein einzelner Mensch könne den schwebenden CL75 bewegen, wenn er kräftig dagegen drückt.

Überleg mal, mit 40 Tonnen Schubkraft startet ein 100t Flugzeug bei 300km/h...
Ich würde mal sagen, selbst ein kleiner Heli kann den AC75 problemlos bewegen. Irgedwann pendelt sich dann eine Maximalgeschwindigkeit ein, wenn Schub und Luftwiderstand gleich sind. Meine ich zumindest <grübel>.

Gruß
Roland

[Matthias/Wismar]

Ich erinnere mich daran, dass auf der letzten HV der Cargolifter AG gesagt wurde, ein einzelner Mensch könne den schwebenden CL75 bewegen, wenn er kräftig dagegen drückt.

[pestw]

@Roland Grün
Ich weiß nicht, ob man bei einem Hubschrauber so einfach rechnen darf, Eigengewicht plus Nutzlast wirkt entlang der Achse. Die Mi-26 kann 20 t Nutzlast aufnehmen und kann damit immer noch die zugelassenen Flugmanöver ausführen. Zum Beispiel Streckenflug mit Maximalgeschwindigkeit. Das heißt z.B. nicht, dass sie mit jeder Tonne mehr nicht mehr vom Boden abheben kann. Sie hat vielmehr bei maximaler Zuladung immer noch genügend Kraft übrig für Horizontalflug. Wie viel Kraft die Maschine für den Vortrieb aufbieten kann, lässt sich m.E. nur durch einen Blick ins Betriebshandbuch feststellen.
@Frodo
Beim Schieben des AirCrane in der Halle hast du nur einen vernachlässigbaren Luftwiderstand zu überwinden. Da brauchst du die Kraft nur zum Beschleunigen der Masse. Beim Helischlepp sieht es ganz anders aus.