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Eurocopter EC 135 ACT/FHS

Hubschrauber-Simulator vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Der fliegende Hubschrauber-Simulator ACT/FHS der DLR basiert auf dem Serienhubschrauber des Eurocopter EC 135, der für die Verwendung als Forschungs- und Versuchsgerät erheblich modifiziert wurde. Der Umbau zum ACT/FHS wurde in enger Kooperation von Eurocopter Deutschland (ECD), Liebherr Aerospace Lindenberg (LLI), dem Bundesamt für Wehrtechnik und Beschaffung (BWB) sowie dem DLR geplant und realisiert. Am 7. November 2002 wurde der Fliegende Hubschrauber Simulator (FHS) am Standort des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Braunschweig offiziell übernommen und steht seither für die Nutzer bereit.

Der FHS unterscheidet sich vom Standard EC 135 durch folgende Änderungen:

Optische und elektronische FBW/FBL-Steuerung

Bordseitiges Rechnersystem, mit dem sich die Flugeigenschaften von anderen – real existierenden oder virtuellen – Fluggeräten simulieren lassen. Somit liefert es bereits in einem sehr frühen Stadium der Entwicklung wichtige Hinweise für die operationelle Bewertung eines Hubschraubers. Diese Fähigkeiten werden auch in der Grundlagenforschung zu Flugeigenschaften genutzt.

Modulares Experimental-System: Das System besteht aus Flugreglungsrechnern, Datenmess- und Aufbereitungssystemen, Displays und zusätzlichen Ausrüstungs- und Bedienelementen im Cockpit. Zu dem System gehören auch eine Datenauswertestation und eine Simulationsanlage zur Versuchsvorbereitung.

Rumpflänge	12,20 m
Höhe	3,51 m
Rotordurchmesser	10,20 m
Sitzplätze	3
Gewicht	maximal 2.835 kg
Zuladung	bis zu 740 kg
Triebwerke	2 x Turbomeca

Typ	Arrius 2B1
Leistung	je 415 kw
Flughöhe	bis zu 6000 m
Reichweite	bis zu 440 km in Meereshöhe
Geschwindigkeit	maximal 254 km/h
Flugdauer	bis zu 2:30 Stunden
Kraftstoffmenge	615 Liter

Modifikation für die Versuche:

Ein Hubschrauber vom Typ Eurocopter 135 (EC 135) wurde grundlegend umgebaut. Das mechanische Steuerungssystem wurde durch ein elektrisches und optisches (fly-by-wire/fly-by-light) Primärsteuersystem ersetzt, das höchste Sicherheitsanforderungen erfüllt. Damit ist der FHS der erste Hubschrauber mit diesem zukunftsweisenden Steuerungssystem.

Die Fly-by-Light-Steuerung ist ein bahnbrechend neues System, bei dem im Gegensatz zu Fly-by-Wire die Steuersignale zwischen den Bedienelementen, dem Flugführungsrechner und den Stellantrieben für die Rotorblattsteuerung nicht elektrisch, sondern optisch über Lichtwellenleiter übertragen werden. Die Vorteile gegenüber der elektrischen Datenübertragung liegen in der hohen Übertragungsbandbreite, der großen Betriebszuverlässigkeit sowie in einem geringen Gewicht. Das Fly-by-Light-Steuerungssystem besteht aus einem vierfach redundanten Rechner. Zusätzlich ist noch ein mechanisches Notsteuersystem vorhanden. Statt Steuerstangen übertragen elektrische Kabel und Glasfaser-Lichtleitkabel die Steuerkommandos. Zusätzlich ist noch ein mechanisches Notsteuersystem vorhanden. Statt Steuerstangen übertragen elektrische Kabel und Glasfaser-Lichtleitkabel die Steuerkommandos.

Eine umfangreiche Ausrüstung mit Sensoren und Anlagen zur Datenaufzeichnung und -verarbeitung an Bord liefern die Basisdaten für die speziellen Flugversuchsaufgaben. Damit stehen den Nutzern und Ingenieuren für die Analyse zahlreiche Messdaten sowohl an Bord als auch am Boden (über Telemetrie) zur Verfügung.

Das Cockpit wurde für die Arbeitsplätze eines Sicherheitspiloten (links) und eines Versuchspiloten (rechts) modifiziert. Anstelle der Passagiersitze wurde der Arbeitsplatz eines Flugversuchsingenieurs eingerichtet. Der übrige Raum und der Laderaum werden weitgehend für das Experimentalsystem und zusätzliche Sensoren für den Versuchsbetrieb genutzt.

Beschreibung der Versuche:

Im November 2002 wurde beim DLR in Braunschweig der neue Forschungs- und Versuchshubschrauber FHS (= Fliegender Hubschrauber-Simulator) in Betrieb genommen. Nach intensiver Zusammenarbeit von ECD, LLI, BWB und DLR zur Planung und Entwicklung hat der Hubschrauber, der auch als Demonstrator für aktive Steuerungstechnologie dient, nun seine ersten Nutzungsprogramme mit Erfolg durchgeführt.

Das Steuerungssystem besteht aus zwei Anteilen, dem Kernsystem und dem Experimentalsystem. Durch diese Architektur werden 2 wesentliche Bedingungen erfüllt:

Die Sicherheit wird durch das 4-fach redundante Kernsystem gewährleistet. Es überwacht alle Steuereingaben bevor sie zu den hydraulischen Stellantrieben geleitet werden und erfüllt die hohen Sicherheitsanforderungen für eine zivile Zulassung.

Die Flexibilität wird durch das Experimentalsystem erreicht. Es erlaubt eine einfache Anpassung an die jeweiligen Nutzerwünsche, so dass der FHS für vielfältige Zwecke verwendet werden kann.

Vorteile der “fly-by-light“ Technologie:

Die digitale optische Signalübertragung wird erstmalig und konsequent in einem Hubschrauber verwendet. Sie hat drei wesentliche Vorteile:
Hohe Immunität gegen Störungen durch elektromagnetische Einwirkungen (z.B. Rundfunk-Sender),
Sichere Übertragung grosser Datenmengen (hohe Bandbreite).
Geringeres Gewicht im Vergleich zu bisherigen Systemen.

Mit dem FHS werden grundlegende Erfahrungen mit dieser Technologie im operationellen Betrieb gewonnen. Dies betrifft u.a. die Zuverlässigkeit aller Komponenten (Kabel, Stecke), die Handhabung, Testmöglichkeiten und Fehlererkennung.

Grundsätzliche Fähigkeiten des FHS:

Fliegende Simulation:

Simulation des Flugverhaltens anderer Hubschrauber unter realen Umgebungsbedingungen.
Realisierung und Test unterschiedlicher Flugführungs- und Regelsysteme

Versuchsträger für neue Technologien:

Variabel einsetzbarer Experimental-Bordrechner.
Frei programmierbare Multifunktionsdisplays („Glascockpit“).
Untersuchungen zu neuen Sensoren und aktiven Steuerungen (side stick).
Leistungsstarke Datenverarbeitung und -aufzeichnung.
Mobile Infrastruktur.
Flyby-light Technology.
Intelligente Stellantriebe (smart actuators).

Einsatz des FHS für Technologie-Entwicklung und -Demonstration:

Entwicklung von adaptiven Reglern für effektive Aufgabenerfüllung und erhöhte Missionsleistung, Pilotenunterstützung und Flugbereichswarnung, fortschrittliche Autopilotenfunktionen und Flugmanagementsysteme.
Integration und Test neuer Sensoren, Displays und Display-Formate. Untersuchungen zu aktiven Steuerorganen und weiteren Komponenten und Funktionen aktiver Steuerungstechnik.

Allg. Beschreibung des EC 135: leichter 2-motoriger Vielzweck-Hubschrauber

Die EC 135 ist ein leichter 2-motoriger Vielzweck-Hubschrauber, eine Gemeinschaftsentwicklung aus Deutschland und Frankreich. Bei der Bundeswehr wird der EC 135 u.a. als Schulungsflugzeug in der fliegerischen Grundausbildung eingesetzt. Grunsätzlich kann er auch anderen Aufgaben dienen, z. B. beim ADAC als Rettungshubschrauber.

Entwicklungsgeschichtlich stammt die EC 135 direkt von der erfolgreichen MBB BO 105 ab. Auf deren Basis entwickelte man in den 80er Jahren das Modell BO 108, das ursprünglich nur als Demonstrationsmodell für neue Technologien dienen sollte. Hier ist vor allem die Fly-by-Wire-Steuerung und ein neuer gelenk- und lagerloser Hauptrotor hinzu gekommen, der die störenden und materialermüdenden Vibrationen auf ein Minimum reduziert, dabei agil reagiert und verhältnismäßig leise ist. Die Gelenke konnten durch verwindungsfähige GFK-Blätter eingespart werden. Bemerkenswert ist außerdem, dass die Zelle des Hubschraubers EC 135 zum grössten Teil aus CFK gefertigt ist.

MBB brachte den BO 108-Prototypen in das 1992 gegründete Unternehmen Eurocopter mit ein. Inzwischen sah man für einen auf der BO 108 basierenden Helikopter gute Marktchancen, so dass man die alten Konstruktionspläne wieder aus den Schubladen holte. Der französische Teil von Eurocopter (ehem. Aerospatiale) steuerte den neuen Fenestron-Heckrotor bei, der nochmals eine deutliche Geräuschreduzierung und einen Sicherheitsgewinn versprach, da keine freistehenden rotierenden Teile vorhanden sind.

Für die EC 135 stehen zwei 2-motorige Varianten mit vollautomatischer elektronischer Triebwerkssteuerung (FADEC) nach dem neuesten Stand der Technik zur Wahl. Vom Anlassen bis zum Abschalten des Triebwerks gewährleistet das FADEC-System maximale Leistung und Sicherheit sowie optimalen Kraftstoffverbrauch. Beide Varianten (EC 135 T2i mit Turbomeca Arrius 2B2 und EC 135 P2i mit Pratt & Whitney PW206B2) zeichnen sich aus durch optimale Notleistungswerte (OEI) bei Ausfall eines der Triebwerke – für jeden Betreiber ein zusätzliches Plus an Sicherheit.

Für das Cockpit dieses neuen allwetterfähigen Militär-, Polizei- und Rettungshubschraubers hat das deutsch-französische Gemeinschaftsunternehmen Eurocopter ein unter technologischen und ergonomischen Aspekten völlig neues Konzept entwickelt. Dabei werden die im klassischen Hubschrauber gewohnten Cockpit-Instrumente zusammengefasst und mit weiteren, für die Allwetter-Tauglichkeit des Systems erforderlichen Informationen über Displays dargestellt.

Am 15. Februar 1994 hob die auf den neuen Heckrotor umgebaute BO 108-A1 als erster Hubschrauber der neuen Bauserie EC 135 in Ottobrunn zu ihrem Erstflug ab. 1996 lief dann die Serienproduktion an. Der Helicopter ist mit 86 dB nur geringfügig lauter als der EC 130.

Der 2-motorige Leichthubschrauber zeichnet sich vor allem durch hohe Sicherheit und Manövrierfähigkeit aus. Er soll der kostengünstigste seiner Klasse sein.

Um den Wünschen militärischer Kunden gerecht zu werden, wird mit der EC 635 auch eine Version als leichter Kampf-, Transport- und Beobachtungshubschrauber angeboten.

Ein Fenestron (= Fenster) ist ein umschlossener Heckrotor eines Hubschraubers. Er dient zum Ausgleich des Drehmoments des Hauptrotors und ist als Mantelpropeller in den Heckausleger versenkt eingebaut. Während herkömmliche Heckrotoren maximal 6 Rotorblätter besitzen, haben Fenestrons zwischen 8 und 18 Blättern. Dadurch wird der Betriebslärm über mehrere Frequenzen verteilt und wirkt damit insgesamt leiser.

Vorteile:

Größere Bodenfreiheit des Heckauslegers und eine geringe Anfälligkeit gegenüber Fremdkörpern, bei militärischen Hubschraubern auch gegenüber Beschuss
Geräuschentwicklung wird stark reduziert, da die Blattspitzen nicht frei umlaufen.
Durch die höhere Blattanzahl bewirkt dies auch geringere Vibrationen

Nachteile:

Höheres Gewicht durch die Kapselung, daher eignet es sich eher nur für kleinere und mittelgroße Typen, es wäre bei großen Hubschraubern schon zu schwer
Höherer Bauaufwand
Höherer Energiebedarf

Airbus Helicopters und das Vorläuferunternehmen Eurocopter setzten diese Technologie bisher am häufigsten ein. Der Fenestron wurde erstmals von Sud Aviation aus Frankreich zum Einsatz gebracht.

Umbenennung von Eurocopter (EC) zu Airbus Helicopters (H):

Airbus Helicopters hat die Mehrheit seiner Produkte im Jahr 2015 umbenannt, um ein schlüssiges und leicht verständliches Angebot für seine Kunden zu erreichen und das von den Kunden erwartete Maß an Spitzenleistungen in der Hubschrauberindustrie zu realisieren.

Airbus Helicopters, von 1992 bis 2013 Eurocopter, ist ein europäischer Hersteller von Hubschraubern, der 1992 aus den Hubschrauber-Sparten der DASA und der französischen Aérospatiale entstand. Airbus Helicopters ist eine hundertprozentige Tochter des europäischen Luft- und Raumfahrtkonzerns Airbus Group (früher EADS). Airbus Helicopters ist weltweit führend am zivilen und halbstaatlichen Markt für Hubschrauber bei einem Marktanteil von 50% im Jahr 2017. In 2016 waren insgesamt etwa 12.000 Hubschrauber von etwa 3.000 verschiedenen Betreibern im Einsatz.

Folgende Produkte stehen derzeit im Angebot von Airbus Helicopters: (Stand: 2020)