Reportagen, Videobeiträge

Mit Video: Die Autorotation - ein anspruchsvolles Notverfahren, das Leben retten kann

Blick aus dem Cockpit eines Bell 206 Jet Ranger - Fotos: Huber / Austrian Wings Media Crew

Wenn es bei einem Helikopter während des Fluges zu einem totalen Triebwerksausfall kommt, dann muss der Pilot rasch handeln. Denn die einzige Möglichkeit, diese Situation zu überleben, ist eine möglichst präzise durchgeführte Autorotation. Wir beleuchten dieses lebensrettende Notverfahren, das deshalb jeder Luftfahrzeugführer eines Drehflüglers in der Ausbildung trainieren muss.

Grundlagen des Hubschrauberfluges
Während Flächenflugzeuge starre Tragflächen zur Auftriebserzeugung und ein oder mehrere Antriebe zur Erzeugung des Vortriebes haben, übernimmt bei Hubschraubern der Hauptrotor beide Funktionen: Er liefert sowohl den Auf- als auch den Vortrieb. Um den Rotor in Bewegung zu versetzen und zu halten, verfügen Drehflügler entweder über einen Kolbenmotor oder über eine beziehungsweise zwei Turbinen. Zur Steuerung des Hauptrotors stehen dem Hubschrauberführer im Cockpit im Wesentlichen zwei primäre Bedienelemente zur Verfügung, der so genannte Kollektivverstellhebel, im Englischen auch "Collective" genannt, sowie der Steuerknüppel, in der Fliegersprache auch als "Stick" bezeichnet.

Steuerknüppel für die zyklische Blattverstellung (Stick) in einem EC 135

Der Collective ähnelt vom Aussehen her am ehesten dem Handbremshebel eines Pkw. Hebt ihn der Pilot an, um zu steigen, erhöht sich der Anstellwinkel aller Rotorblätter gleichzeitig - und damit auch deren Luftwiderstand. Um die für den Auftrieb benötigte Drehzahl des Rotors zu halten, muss also gleichzeitig die Leistung des Triebwerkes erhöht werden. Bei Kolbenmotor-Helikoptern oder einfachen Modellen mit Turbinenenantrieb regelt der Pilot die Leistung des Antriebes manuell. Dies geschieht im Regelfall durch einen Drehgriff am kollektiven Blattverstellhebel. Bei größeren, turbinengetriebenen Mustern steigert dagegen die Elektronik die Triebwerksleistung automatisch, sobald der Pilot durch Heben des Collective den Anstellwinkel der Rotorblätter erhöht.

Kollektivverstellhebel (Collective) eines Bell 206 Jet Ranger

Das Einhalten des erforderlichen Drehzahlbereiches ist von großer Bedeutung, denn anderenfalls kann die Strömung am Hauptrotor abreißen, es kommt zum so genannten "Rotor Stall". Dadurch verliert der Helikopter seine Flugfähigkeit. Im schlimmsten Fall kommt es dabei auch zur Berührung des Hauptrotors mit dem Heckausleger, was in der Luft unweigerlich den Absturz des Helikopters und damit fast zwangsläufig den Tod der Insassen zur Folge hat.

Bei Zweiblatt-Rotorsystemen wie sie beispielsweise bei den weit verbreiteten Modellen der US-Firma Robinson eingesetzt werden, birgt ein Rotor Stall eine andere, beziehungsweise weitere, Gefahr: Mast Bumping. Dabei kommt es zur Berührung des Rotorkopfes mit dem Rotormast, wodurch dieser innerhalb kürzester Zeit bricht und der Absturz des Helikopters ebenfalls unvermeidlich wird. Daher verfügten alle Helikopter über eine optische und akustische "Low RPM"-Warnung (in diesem Video ab Sekunde 24 zu sehen und zu hören), die dem Piloten signalisiert, dass sich die (sinkende) Drehzahl des Rotors einem kritischen Bereich nähert. In diesem Video sieht man den Absturz eines Helikopters aufgrund von Auftriebsverlust infolge zu geringer Rotordrehzahl. Ab Sekunde fünf ist der Warnton der "Low RPM-Warning" deutlich bis zum Aufprall zu hören. Natürlich gibt es im Cockpit meist auch eine "High Engine RPM"-Warnung, die dem Piloten eine zu hohe Drehzahl anzeigt.

Rotorkopf eines Robinson R44

Der klassische Steuerknüppel dient für die so genannte zyklische Blattverstellung der Rotorblätter. Durch Betätigen des Stick erfolgt eine Neigung der Hauptrotor-Ebene in die entsprechende Richtung, in welche der Hubschrauber fliegen soll. Drückt der Pilot den Steuerknüppel nach vorne, nimmt der Hubschrauber entsprechend Fahrt auf, wobei als Ausgleichsmaßnahme der Collective gezogen und die Triebwerksleistung erhöht werden muss, um den durch die nach vorne geneigte Hauptrotorebene aufgetretenen Auftriebsverlust zu kompensieren.

Ergänzend zu Stick und Collective stehen dem Piloten die Pedale zur Steuerung des Heckrotors beziehungsweise des NOTAR-Systems zur Verfügung. Durch die Drehung des Hauptrotos entsteht ein entsprechendes Drehmoment, welches der Hubschrauberführer mittels Heckrotor ausgleichen muss, damit der Helikopter geradeaus fliegen kann. Zudem werden die Pedale unterstützend im Kurvenflug verwendet.

Heckrotor eines Bell 206 Jet Ranger

Anders als ein (korrekt getrimmtes) Flächenflugzeug verfügt ein Helikopter allerdings über keinerlei aerodynamische Eigenstabilität. Dies bedeutet in der Praxis, dass der Pilot ständig mit den Füßen und beiden Händen Steuereingaben durchführen muss, um einen stabilen Flugverlauf zu gewährleisten.

Ein Bell 206 Jet Ranger im Flug - dieser Typ steht weltweit im Einsatz, bislang wurden mehr als 6.000 Exemplare gebaut

Verschiedene Arten von Notfällen
Wie bei Flächenflugzeugen auch, können bei Helikoptern verschiedene Arten von Problemen auftreten, die eine rasche Landung erforderlich machen. Man unterscheidet auch hier zwischen einer Sicherheits- und einer Notlandung. So lange das Triebwerk beziehungsweise die Triebwerke funktionstüchtig und die Steuerbarkeit des Hubschraubers gegeben sind, ist der Pilot im Cockpit gegenüber seinen Kollegen im Flächenflugzeug klar im Vorteil. Denn anders als ein Flugzeug benötigt ein Drehflügler keine ausreichend lange (im Idealfall ebene oder asphaltierte) Piste für eine Landung. Schon eine relativ kleine Fläche - zB ein Firmenparkplatz oder ein kleines Flecken Wiese - reicht einem geübten Flieger aus, um sein Fluggerät sicher auf den Boden zu bringen.

Die Autorotation
Zwei spezielle Notfälle erfordern allerdings ein besonderes Verfahren, bei dem es auf das sprichwörtliche perfekte Timing ankommt: die Autorotation. Sie wird einerseits dann angewandt, wenn es beim Helikopter zum Ausfall des Heckrotors kommt und andererseits bei einem (Total-)Ausfall des Triebwerks oder der Triebwerke. Beim Heckrotorausfall würde sich der Hubschrauber aufgrund des nun nicht mehr über die Pedale kontrollierbaren Drehmomentes des Hauptrotors unkontrolliert um die eigene (Hoch-)Achse drehen. Deshalb ist es in einem solchen Fall erforderlich, das Triebwerk auf Leerlauf zu schalten. Um in dieser Situation den eingangs beschriebenen Drehzahlabfall bis hin zum Rotor Stall zu vermeiden, muss der Pilot parallel dazu umgehend den Collective absenken und eine Autorotation einleiten. Bei einem Triebwerksausfall wiederum würde der gleiche Effekt - die gefährliche Drehzahlabfall - aufgrund der fehlenden Antriebsleistung eintreten. Grundvoraussetzung für die erfolgreiche Autorotation ist allerdings eine ausreichende Flughöhe über Grund, da der Rotor ansonsten nicht genügend kinetische Energie durch den Sinkflug aufnehmen kann.

Demonstration einer erfolgreichen Autorotation - Video: V-I-P.tv

Hier wiederum ist der Flächenflieger gegenüber dem Hubschrauberpiloten im Vorteil. Denn während der Flächenpilot, sofern er in einer großen Höhe fliegt, mit der besseren Gleitzahl seiner Maschine etwas mehr Zeit hat, sich eine geeignete Landefläche zu suchen, geht es beim Hubschrauber nach Senken des Collective sofort rasch bergab. Der Vorteil, sofern man in einem Notverfahren überhaupt davon sprechen kann, ist aber dass dem Hubschrauber - wie bereits erwähnt - eine kleine ebene Fläche zur Beendigung der Autorotation genügt.

Korrekte Durchführung
Durch die Autorotation ist es - ausreichend Höhe vorausgesetzt - möglich, einen Helikopter sicher zu landen, wobei der Hauptrotor während dieses Manövers nur durch die durch ihn von unten nach oben durchströmende Luft in Bewegung gehalten wird. Die Autorotation - sie ist die ultima ratio, zu der es dann meist keine Alternative mehr gibt - wird beim Auftreten eines Triebwerksausfalles durch unverzügliches Absenken des Collective eingeleitet.

Dadurch wird aerodynamisch der Anstellwinkel der Rotorblätter verkleinert, wodurch der Luftwiderstand reduziert wird. In der Folge kommt es zu einem Sinkflug mit hoher Sinkrate (unterschiedlich, je nach Muster, beim EC 135 etwa 2.000 bis 3.000 Fuß pro Minute),. Durch die Einhaltung der sog. Rotationsgeschwindigkeit (ebenfalls typenabhängig) kommt es zur Durchströmung der Luft von unten nach oben, die den Rotor  in Bewegung hält. Die im Herbst vom Baum fallenden Blätter veranschaulichen manchmal diesen Effekt. Die Kunst des Piloten ist es, dabei die richtige Drehzahl und Geschwindigkeit zu halten. Auch sie ist abhängig vom jeweiligen Muster und liegt beispielsweise beim Robinson R44 laut Flughandbuch im Bereich 60 bis 70 Knoten, für den Bell 206 Jet Ranger bei 52 bis 69 Knoten, für den EC 135 bei 60 bis 90 Knoten. Diese Vorwärtsgeschwindigkeit wird mit dem Stick geregelt, mit dem Collective steuert der Pilot die Drehzahl des Hauptrotors.

In dieser Konfiguration steuert der Luftfahrzeugführer seinen Notlandeplatz an. Weil ein Aufsetzen mit einer derart hohen vertikalen Sinkgeschwindigkeit allerdings fatal wäre, muss der Pilot zum optimalen Zeitpunkt (etwa 30 Fuß über dem Boden) vor dem Touch down sowohl die Vorwärtsgeschwindigkeit als auch die Sinkrate seines Fluggerätes schlagartig reduzieren (Flare). Dazu wird durch Heben des Collective und nach hinten Ziehen des Sticks ein Ausschweben sowie ein - optiomalerweise - sanftes Aufsetzen des Helikopters mit möglichst wenig Vorwärtsgeschwindigkeit ermöglicht, wobei im Idealfall unmittelbar vor dem Bodenkontakt der Stick wieder leicht nach vorne gedrückt wird, um den Anstellwinkel der Zelle zu reduzieren und eine Kollision des Heckauslegers samt Heckrotor mit dem Boden zu vermeiden. Wichtig ist es auch, das Manöver gegen den Wind zu fliegen, da ein (zu starker) Rückenwind beim Ausflaren die Rotordrehzahl und damit den Auftrieb zusammenbrechen lassen kann - die Folge wäre ein unkontrolliertes Durchsacken des Hubschraubers.

Die effiziente koordinierte Bedienung von Stick (im Bild der Steuerknüppel eines Bell 206 Jet Ranger) und Collective ist das A und O bei der Durchführung der Autorotation

Und genau diese Sequenz ist der anspruchsvollste Teil der Autorotation, die daher viel Training und Erfahrung erfordert, weshalb sie bereits in der Grundausbildung zum Hubschrauberpiloten intensiv geübt wird. Berufspiloten müssen auch bei späteren Proficiency Checkflügen regelmäßig das Beherrschen dieses Notfallmanövers unter Beweis stellen. Denn fängt der Luftfahrzeugführer den Helikopter zu hoch ab, fällt der Hubschrauber anschließend unkontrolliert wie ein Stein zu Boden. Leitet er den so genannten "Flare" hingegen zu spät ein, erfolgt das grundsätzlich kontrollierte Aufsetzen mit viel zu hoher Sinkgeschwindigkeit.

Beide Situation führen unweigerlich zu erheblichen Schäden bis hin zur totalen Zerstörung des Helikopters und in den meisten Fällen auch zu schweren bis tödlichen Verletzungen bei den Insassen.

Auf den richtigen Moment kommt es an
Das richtige Timing für das Einleiten des Abfangvorganges ist daher von absolut entscheidender Bedeutung. Vor dem Hintergrund, dass sich der verantwortliche Luftfahrzeugführer in so einem Moment auch in einer außergewöhnlichen Stresssituation befindet, wird ersichtlich, weshalb die Autorotation ein besonderes herausforderndes Notverfahren darstellt - für das es eben auch keinen zweiten Versuch gibt. Es ist schlichtweg die letzte Chance, einen Absturz zu verhindern, weshalb sie ein Pilot gewissermaßen "wie im Schlaf" beherrschen muss.

Selbst bei annähernd optimaler Durchführung des Manövers - wie im Fall eines Bell 206 Long Ranger 2018 in Deutschland, oder bei der erfolgreichen Autorotation eines R44 heuer in Niederösterreich - lassen sich (teure) Schäden an der Zelle des Helikopters oft nicht vermeiden.

Kein Absturz, sondern ein Notverfahren
So lange allerdings die Insassen nach einer Autorotation den Helikopter unverletzt oder lediglich mit leichten Blessuren verlassen können, ist nach einhelliger Fachmeinung jedenfalls von einer erfolgreichen Notlandung zu sprechen.

Zur Verdeutlichung: Die deutsche Bundesstelle für Flugunfalluntersuchungen klassifizierte etwa die per Autorotation durchgeführte Notlandung eines BO 105 nach doppeltem Triebwerksausfall in einem Fluss im Jahr 1999 noch nicht einmal als Flugunfall, sondern lediglich als "schwere Störung" des Flugbetriebes.

Keinesfalls ist eine derart erfolgreich durchgeführte Autorotation allerdings ein Absturz, wenngleich das unglücklicherweise immer noch manche Vertreter der schreibenden Zukunft fälschlicherweise so nennen - augenscheinlich in Ermangelung entsprechender Fachkenntnis oder einfach aufgrund schlampiger Recherche.

Denn in amtlichen Veröffentlichungen werden - aus gutem Grund - mit dem Terminus "Absturz" lediglich jene Flugunfälle bezeichnet, bei denen die Maschine ihre Flugfähigkeit verliert (wie zum Beispiel bei diesem Crash geschehen) und deshalb nicht mehr kontrolliert gelandet werden kann, wobei als Ausnahmen "Controlled Flight into Terrain" Unfälle gelten, bei denen ein voll steuerbares Luftfahrzeug von der Besatzung gegen die Erdoberfläche oder gegen ein Hindernis geflogen wird, ohne das sich die Crew des bevorstehenden Zusammenstoßes (rechtzeitig) bewusst war.

Auch das trifft auf eine Autorotatons-Notlandung im Regelfall nicht zu, denn sie ist das genaue Gegenteil eines Absturzes: im Notfall die letzte Maßnahme, um einen Crash und den Verlust von Menschenleben doch zu vermeiden.

Text: HP