Tiltrotoren: eine beispiellose Fähigkeit

Aug 06, 2023

Dr. Joetey Attariwala sammelt aus erster Hand Flugerfahrungen mit einem Tiltrotor und entdeckt, was ihn für Spezialmissionen zu einer hervorragenden Alternative zu Hubschraubern oder Starrflüglern macht

Tiltrotor-Flugzeuge sind erstaunliche Plattformen, die die vertikalen Start- und Landefähigkeiten (VTOL) eines Hubschraubers mit der Geschwindigkeit, Reichweite, Dienstgipfelhöhe und dem Komfort eines Turboprop-Flugzeugs kombinieren. Einfach ausgedrückt handelt es sich bei der Tiltrotor-Technologie um eine Transformationstechnologie, die den Bedienern eine unglaubliche Vielseitigkeit in praktisch allen Betriebsbedingungen bietet, ob streng oder nicht.

Heute gibt es zwei Hauptakteure, die Tiltrotor-Plattformen vermarkten – Bell und Leonardo; und es gibt eine Reihe von Startups, die an ihrer eigenen Tiltrotor-Technologie arbeiten; Allerdings befinden sich die meisten dieser Bemühungen noch in der Konzeptphase.

Eines der wichtigsten Verkaufsmerkmale von Tiltrotor-Flugzeugen ist ihre Unabhängigkeit von herkömmlichen Landebahnen. Diese Fähigkeit eröffnet ein erhebliches Potenzial für den Einsatz von Tiltrotor-Flugzeugen in einer Reihe von militärischen und medizinischen Notfalldiensten (EMS). Diese Flugzeuge sind auch in der Lage, zahlreiche Missionen wie Offshore-, VIP-/Firmentransporte, Such- und Rettungseinsätze (SAR) und halböffentliche Einsätze für private, kommerzielle und staatliche Nutzer neu zu definieren.

Man kann sich die Vorteile von Tiltrotor-Flugzeugen leicht vorstellen, aber der Beweis liegt auf der Hand: Da ich mit einem Tiltrotor – einer MV-22 Osprey des US Marine Corps – geflogen bin, kann ich aus erster Hand über die unglaubliche Leistungsfähigkeit sprechen, die sie bieten. Der Flug, an dem ich teilnahm, startete vom Flugplatz Farnborough aus, und was mir sofort klar wurde, war die Vielseitigkeit und beeindruckende Leistung der Tiltrotoren.

Durch einfaches Betätigen des Daumenschalters eines Piloten wechselt ein Tiltrotor zwischen den Flugmodi. Beim V-22 schalten Sie nach vorne und die Proprotoren sorgen für Geschwindigkeit, was nichts mit dem Erlebnis eines Hubschraubers oder Starrflüglers zu tun hat, da es, getreu der Tiltrotor-Fähigkeit, beides ist. Im „Flugzeugmodus“ gewinnt der Tiltrotor an Effizienz, da seine Stummelflügel für Auftrieb sorgen und die Triebwerke das Flugzeug auf Starrflügelgeschwindigkeit antreiben.

Warum gibt es dann noch nicht überall Tiltrotoren? Die einfache Antwort lautet: Kosten, und Originalgerätehersteller (OEMs) sind sich bewusst, dass sich dies ändern muss, wenn Tiltrotoren erfolgreich sein sollen.

„Man kann die Kosten oder Ausgaben eines Tiltrotors nicht einzeln mit denen eines Hubschraubers oder eines Tiltrotors mit einem Starrflügel vergleichen“, sagte Kurt Fuller, Vizepräsident und Programmdirektor für die V-22 bei Bell. „Sie müssen sich wirklich den Vergleich der Missionsfähigkeiten ansehen und dann Ihre Ausgaben betrachten.“

Die V-22 Osprey ist das weltweit erste serienmäßig hergestellte Tiltrotorflugzeug und wird in einem 50/50-Joint Venture zwischen Bell Textron und Boeing hergestellt. Mit über 700.000 Flugstunden in der gesamten Flotte hat sich die V-22 als äußerst vielseitige Plattform erwiesen, die mithilfe interner Treibstoff- und Luftbetankungsfunktionen überall auf der Welt selbstständig eingesetzt werden kann.

Die V-22 wurde erstmals beim US Marine Corps in Dienst gestellt, das seine MV-22-Variante als Angriffstransporter für Truppen, Ausrüstung und Vorräte einsetzt; Diese Flugzeuge sind für den Einsatz von Schiffen oder Expeditionsflugplätzen an Land optimiert.

Das US Air Force Special Operations Command war der zweite Betreiber der Osprey; Die CV-22-Variante wird für die Infiltration, Exfiltration und Versorgung unkonventioneller Spezialeinheiten über große Entfernungen eingesetzt. Die CV-22 verfügt über mehr internen Treibstoff und ist ein Flugzeug mit mehr Sensoren, das zusätzlich über ein Multimode-Radar und eine integrierte, aktive elektronische Kriegsführungssuite verfügt, die ihre Rolle bei Spezialoperationen erleichtert.

Die neuesten Betreiber der Osprey sind die US Navy, deren CMV-22-Variante in der Carrier Onboard Delivery (COD)-Mission eingesetzt wird; und Japan, das der erste internationale Betreiber der Osprey ist – seine Flugzeuge sind weitgehend auf die Marine Corps-Variante abgestimmt.

Die V-22 verfügt über ein zweisitziges Cockpit und eine offene Passagier- und Frachtkabine mit einer Heckladerampe für einfachen Zugang. Das Flugzeug ist mit dreifach redundanten Fly-by-Wire-Flugsteuerungen, einem dreifach redundanten Hydrauliksystem und dreifach redundanten Hydraulikmotoren ausgestattet, die die Aktuatoren antreiben, die die Triebwerksgondeln neigen.

© Joetey Attariwala

In jeder Gondel befindet sich ein Rolls-Royce AE 1107C-Motor mit einer Leistung von 6.150 PS. Diese Motoren teilen viele Teile und Funktionen mit den Motoren der AE 2100-Serie der Lockheed-Martin C-130J. Dieser gemeinsame Kernansatz bietet dem V-22 Leistungs- und Erschwinglichkeitsvorteile durch eine gemeinsame Ersatzteilversorgung, gemeinsame Erkenntnisse, Schulungen, Wartungsverfahren und Werkzeuge. Beide Motoren sind über eine Verbindungsantriebswelle miteinander verbunden. Bei normalem Doppeltriebwerksbetrieb wird nur eine geringe Leistungsmenge über die Verbindungsantriebswelle auf die Antriebskomponenten des Mittelflügelgetriebes übertragen. Wenn ein Motor ausfällt, wird die Leistung vom verbleibenden Motor über die Verbindungsantriebswelle auf beide Proprotoren verteilt.

Die US Air Force führt derzeit ein Programm zur Gondelverbesserung durch, um die Einsatzbereitschaft, Zuverlässigkeit und Wartbarkeit der CV-22 zu erhöhen. Fuller beschrieb die Initiative wie folgt: „Als wir etwa 400.000 Flugstunden Tiltrotor-Betrieb hatten, erhielten wir eine Fülle von Daten, um noch einmal zu prüfen, was wir im Hinblick auf die Wartbarkeit verbessern können, und das konzentrierte sich wirklich auf die V-22-Gondeln.“ . Wir haben einen Großteil der Verkabelungsarchitektur und -konstruktion neu gestaltet und einige strukturelle Verbesserungen vorgenommen. Wir sind derzeit mit der Air Force dabei, diese Modernisierungsmaßnahme durchzuführen – wir haben bisher etwa 20 Prozent ihrer Flotte erneuert, indem wir diese Flugzeuge zurück nach Amarillo bringen, die Gondeln abnehmen, sie aufrüsten und dann brandneue Gondeln darauf setzen Flugzeuge und bringen sie dem Benutzer zurück.“

Zahlreiche Kabinen- und Frachtsysteme wurden für die V-22 entwickelt und stehen für eine Reihe von Missionsaufgaben zur Verfügung. Die Kabine und die Heckrampe können Frachtpaletten oder Container aufnehmen, und das nutzbare Kabinenvolumen von 739 Kubikfuß ist für den internen Transport von bis zu 20.000 Pfund ausgelegt. Der Kabinenboden ist mit Wenderollen und einer Winde für den Umschlag palettierter Ladung ausgestattet. Der Standard-Truppentransporter verfügt über absturzsichere Sitzplätze in der Kabine für ein Flugbesatzungsmitglied und 24 Soldaten mit voller Ausrüstung – das Entladen der Truppen kann innerhalb von 15 Sekunden nach dem Öffnen der Ausgänge erfolgen. Das Flugzeug verfügt über Vorkehrungen für die flugmedizinische Evakuierung von bis zu 12 Würfen.

Einer der vielen Bereiche, in denen der Fischadler glänzt, sind Rettungsdienste und humanitäre Hilfe. Bei keinem Ereignis wurde diese Fähigkeit stärker unter Beweis gestellt als bei der Operation Unified Response nach dem Erdbeben in Haiti. Als Reaktion auf diese Naturkatastrophe mobilisierte das US Marine Corps zahlreiche V-22-Flugzeuge, da diese schnell über weite Strecken fliegen und dann mithilfe ihrer Sensoren oder visuell durch die Besatzung eine Suchposition einnehmen können. Diese V-22 waren zur Durchführung ihrer Operationen nicht auf Start- und Landebahnen oder Flugplätze angewiesen und wurden in einer Vielzahl von Rollen eingesetzt: von der Standortvermessung bis hin zur Flugplatzüberwachung. Luftaufklärung von Bevölkerungszentren und Infrastruktur; Nachschub; Evakuierung von Unfallopfern; und Transport, um nur einige zu nennen.

Die Osprey verfügt außerdem über Vorkehrungen für eine Rettungswinde, die am Heck des Flugzeugs in der Decke vor dem Leitwerksschott befestigt werden kann. Der Rettungsaufzug wird als Bausatz installiert und ermöglicht die Rettung und/oder den Ein-/Ausstieg von Personen, wenn eine Landung nicht praktikabel oder erwünscht ist. Das Hebesystem ist in der Lage, Geräte wie eine Stokes-Trage, ein Zwei-Mann-Rettungsteam, einen Drei-Mann-Forest-Penetrator oder eine Stokes-Trage mit angeschlossenem Schwimmgerät in die Kabine zu heben. Die Rettungswinde hat eine Tragfähigkeit von 600 Pfund, eine stufenlos regelbare Geschwindigkeit von bis zu 225 Fuß pro Minute und eine maximale Entfernung von 250 Fuß unter dem Flugzeug. Die maximale Belastungsgrenze des Kabels beträgt 2.100 Pfund.

„Wenn man sich eine Tiltrotor-Medevac-Mission anschaut, kombiniert man die Fähigkeiten eines VTOL, das Landebahnunabhängigkeit bietet, mit der Reichweite und Geschwindigkeit eines Starrflüglers“, sagte Fuller. „Das haben wir kürzlich bei einem Marineeinsatz der USS Carl Vinson gesehen. Sie hatten einen verletzten Matrosen, aber das Schiff befand sich außerhalb der Reichweite eines Hubschraubers, um vom Schiff ans Ufer zu gelangen. Die Verletzung war so groß, dass das medizinische Personal der Meinung war, dass der Patient einen Katapultschuss vom Flugzeugträger nicht überleben könnte, also setzten sie ein CMV-22-Flugzeug ein, das losfuhr, den Patienten vom Flugzeugträger abholte und ihn direkt zu einem flog Krankenhaus."

© Joetey Attariwala

Die US-Armee hat kürzlich die Bell V-280 Valor als Lösung für ihr Future Long-Range Assault Aircraft (FLRAA)-Programm ausgewählt, das Teil der Future Vertical Lift-Initiative der Armee ist. Die Auszeichnung basierte auf dem Tiltrotor von Bell, der im Rahmen des 2013 gestarteten Joint Multi-Role Technology Demonstrator (JMR TD)-Programms entwickelt und getestet wurde.

Zum Zeitpunkt des Schreibens hat Sikorsky formellen Protest gegen die Entscheidung der Armee eingelegt, sodass Bell nicht in der Lage war, direkt über die V-280 zu sprechen; Sie sprachen jedoch über das JMR TD, auf dem es basiert.

Bell erklärte, dass sie den JMR TD auf der Grundlage der Erkenntnisse aus dem V-22 entwickelt hätten. Über diesen Prozess sprach Frank Lazzara, Director, Sales and Strategy, Advanced Vertical Lift Systems, V-280 Valor/FLRAA: „Die Führung bei Bell sagte dem Team hier, dass wir die Kosten des nächsten Tiltrotors berücksichtigen müssen, weil wir es müssen.“ Machen Sie es erschwinglich und herstellbar, und wir müssen ein Flugzeug bauen, das im Feld mit hoher Verfügbarkeit gewartet werden kann.“

Der V-280 ist mit Seitentüren ausgestattet, die etwa 1,80 m breit sind, und die Kabine bietet etwa 300–400 Kubikfuß mehr Platz als ein Black Hawk.

Angetrieben wird der V-280 vom Rolls-Royce AE 1107F Turbowellentriebwerk, das den AE1107C-Triebwerken des V-22 sehr ähnlich ist. Beide Turbowellenmotorvarianten sind Teil der AE-Motorenfamilie und ihres gemeinsamen Kerns. Das V-280-Design ist so konzipiert, dass sich nur die Proprotoren bewegen, im Gegensatz zur gesamten Gondel wie bei der V-22. Dadurch können Passagiere sicher durch die Seitentüren ein- und aussteigen, ohne sich mit einer herunterhängenden Gondel oder deren heißen Abgasen auseinandersetzen zu müssen.

„Die Größe und Effizienz der V-280-Tiltrotor-Plattform hat es uns ermöglicht, dieses kampferprobte Triebwerk mit reduzierter Leistung zu nutzen und so eine längere Einsatzdauer zu ermöglichen“, sagte Jena Wright, Senior Vice President, Strategic Campaigns, Rolls-Dr. Royce-Verteidigung. „Dies ermöglicht auch ein inhärentes Wachstum, um ausreichend Leistung zu liefern, wenn die Kapazität oder der Bedarf des Flugzeugs steigt. Darüber hinaus vereinfacht die ebene, nicht rotierende Konfiguration der Triebwerksgondel im V-280 die Installation und sorgt so für eine verbesserte Wartbarkeit und Zuverlässigkeit. Unsere Entwicklung der „End-to-End“-Lösung mit Bell umfasst die Verwendung eines Einlasssperrfilters, der die Betriebslebensdauer des Motors erheblich verlängert. Dadurch können wir eine Leistungssteigerung ohne Terminrisiko erreichen.“

Lazzara fügte seine Sicht auf das Design des Flugzeugs hinzu und sagte: „Der Flügel ist völlig anders konstruiert als der V-22, um die Herstellungskosten und die Kosten des Flugzeugs zu senken.“ Die Proprotorblätter sind deutlich einfacher herzustellen und kostengünstiger. Ansätze wie diese finden sich im gesamten Flugzeug, da der Schwerpunkt der Konstruktionsbemühungen darauf lag, die Kosten zu senken und die Nachhaltigkeitsziele zu erhöhen, ohne Kompromisse bei der Leistung oder Leistungsfähigkeit einzugehen.“

Bell hat den V-280 unter Berücksichtigung von Größe, Gewicht und Leistung (SWAP) sowie Modularität entwickelt, um verschiedenen Missionssätzen gerecht zu werden. In Bezug auf das Potenzial der medizinischen Evakuierung sagte die Organisation, dass sie mit drei Unternehmen zusammengearbeitet habe, um Lehren aus zivilen Anwendungen von Medevac-Konfigurationen zu ziehen. „Wir haben das getan, um sicherzustellen, dass wir nicht versehentlich etwas daraus entwerfen“, sagte Lazzara.

Als erster ziviler Tiltrotor, der zertifiziert wird, stellt der Leonardo AW609 eine potenzielle Revolution im Punkt-zu-Punkt-Lufttransport dar. Der AW609 hat eine Kapazität für zwei Besatzungsmitglieder und neun Passagiere und benötigt dank seiner großen Reichweite (700 Seemeilen) und hohen Reisegeschwindigkeit (270 kt) weniger Stützpunkte, um die gleiche Abdeckung wie herkömmliche Hubschrauber zu bieten. Diese Fähigkeit, zusammen mit einer unter Druck stehenden Verbundwerkstoffzelle, einem Fly-by-Wire-Flugsteuerungssystem und einem robusten Eisschutzsystem, macht die AW609 ideal für eine Vielzahl von Missionen, darunter VIP- und Führungskräftetransporte, halböffentliche, medizinische und Rettungsdienste, Heimatschutz und andere mehr.

Laut Bill Sunick, Head of Tiltrotor Marketing bei Leonardo, ist der AW609 bereit, eine revolutionäre Funktion für den EMS-Markt bereitzustellen, da er die Transferzeit zwischen Krankenhäusern verkürzt und gleichzeitig einen größeren Abdeckungsbereich gewährleistet. Gleichzeitig wird ein hohes Maß an lebensrettender Versorgung durch ein reibungsloses Flugprofil mit einer Druckkabine gewährleistet, die für eine effiziente Reise auf 25.000 Fuß ausgelegt ist.

© Leonardo

Eine medizinisch ausgestattete AW609 kann bis zu fünf medizinische Besatzungsmitglieder und einen Patienten auf einer Trage an Bord bringen. Die niedrige Kabinenbodenhöhe ermöglicht ein einfacheres Be- und Entladen von Patienten aus dem Flugzeug.

Der AW609 wird von zwei Turbowellenmotoren PT6C-67A von Pratt & Whitney Canada angetrieben. Der Motor der PT6-Serie ist bekannt für seinen Einsatz in zahlreichen Flugzeugen und Hubschraubern, wobei diese Variante zu den leistungsstärksten zählt. Darüber hinaus wurde der Motor für den Einsatz im AW609 sowohl für den Betrieb in horizontaler als auch vertikaler Ausrichtung qualifiziert.

Der Zeitpunkt der Zertifizierung steht noch nicht fest, aber Sunick teilte Folgendes mit: „Wir spekulieren nicht über den genauen Zeitpunkt der Zertifizierung, obwohl wir nach mehr als 1.900 Flugstunden definitiv das Licht am Ende des Tunnels sehen können.“ Tatsächlich sind Piloten der Federal Aviation Administration (FAA) kürzlich zum ersten Mal mit der AW609 geflogen, um sich auf die Genehmigung zur Typprüfung vorzubereiten, bei der weitere FAA-Flüge stattfinden werden, während das Programm in die Endphase des Zertifizierungsprozesses übergeht.“

Es besteht kein Zweifel, dass Tiltrotor-Flugzeuge erstaunliche Fähigkeiten bieten. Was ihre Akzeptanz eingeschränkt hat, waren die Kosten, die man bei einer neuen Transformationsfähigkeit erwarten würde. Mittlerweile ist die Funktionalität jedoch ausgereift und Unternehmen wie Bell und Leonardo konzentrieren sich darauf, ihre Plattformen erschwinglicher zu machen.

„Tiltrotoren sind keine so aufstrebende Sache mehr. Es ist da, es ist ausgereift und seine Leistungsfähigkeit hat sich absolut bewährt“, sagte Lazzara. „Wird der V-280 zugänglicher sein als der V-22? Ich denke, die Antwort ist absolut ja, und ich denke, das verändert die Diskussion wirklich, denn der Grund, warum die Welt keine V-22-Flugzeuge fliegt, ist, dass es eine ziemlich teure Fähigkeit ist, sie zu bekommen, und wenn sie es nicht wäre, würde es jeder tun danach, weil die Fähigkeit bewiesen ist.“

Betreiber wie die US-Küstenwache haben Interesse an der Tiltrotor-Technologie bekundet; Kosten und Größe sind jedoch Faktoren, die den Dienst vermutlich davon abgehalten haben, diese Funktion zu übernehmen. Vor diesem Hintergrund eignen sich Tiltrotor-Fähigkeiten wunderbar für den Einsatz der Küstenwache, wie Fuller beschrieb: „Aus der SAR-Perspektive muss man Menschen schnell bergen, also bieten Tiltrotoren die Geschwindigkeit eines Starrflüglers, aber dann kann man sie in den Helikoptermodus umwandeln.“ und rette die Leute, die gerettet werden müssen. Die richtige Plattform hängt von der Mission ab; Der V-22 ist vielleicht zu groß, aber etwas Kleineres wie ein V-280 könnte eine tolle Lösung sein.“

In der Zwischenzeit wird die Forschung und Entwicklung für Tiltrotor-Plattformen fortgesetzt. Bell forscht an seiner High Speed ​​VTOL (HSVTOL)-Initiative, die der nächsten Generation von Kampfflugzeugen Landebahnflexibilität sowie verbesserte Geschwindigkeit, Reichweite und Überlebensfähigkeit bieten soll. Diese Technologie verbindet die Schwebefähigkeit eines Hubschraubers bei geringem Abwind mit der Geschwindigkeit (>400 Knoten), Reichweite und Überlebensfähigkeit eines Kampfflugzeugs.

„Die HSVTOL-Flugzeuge von Bell sind Originaltechnologie der nächsten Generation und in der Lage, vertikale Auftriebsgeschwindigkeit, Reichweite und Überlebensfähigkeit zu bieten. „Die Flugzeuge sind darauf ausgelegt, die Reaktionszeit bei Rettungseinsätzen und das Einsatzrisiko erheblich zu verkürzen, indem sie den Zugang zu umkämpften Gebieten mit höherer Geschwindigkeit ermöglichen und die Überlebensfähigkeit der Flugzeuge verbessern“, sagte Lee Anderson, Director, Innovation, Bell.

Dr. Attariwala hat eine Ausbildung zum Arzt und hat sich als hoch angesehener Journalist etabliert, der für verschiedene Veröffentlichungen in den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Ausbildung und Simulation sowie Strafverfolgung auf der ganzen Welt schreibt. Er schreibt regelmäßig Beiträge für das Magazin AirMed&Rescue.