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Rotorvarianten
Man unterscheidet Einrotorsysteme, Doppelrotoren und vier Rotoren (Quadrocopter). Mit Ausnahme des Blattspitzenantriebs wird der Rotor stets durch einen Antrieb im Rumpf in Drehung versetzt. Somit entsteht beim gebräuchlichsten Einrotorsystem an der Rotorachse ein Drehmoment (Giermoment), das eine entgegengesetzte Drehung des Rumpfes bewirkt. Um dies zu vermeiden, gibt es mehrere Möglichkeiten:
- Erzeugung eines seitlichen Gegenschubs durch einen Heckrotor, auch gekapselt als Impeller beim Fenestron oder durch Schubdüsen beim NOTAR System. Einzig beim Fairey Gyrodyne von 1946 wurde ein in Flugrichtung wirkender Propeller eingesetzt.
- Zwei gegenläufige Hauptrotoren, deren Giermomente sich ausgleichen – durch Anordnung übereinander auf derselben Achse (Koaxialrotor) oder auch hintereinander (Tandem-Konfiguration) oder nebeneinander. Eine weitere Variante sind die ineinander greifenden Rotoren mit nahe zusammen liegenden, zueinander schräg gestellten Drehachsen beim Flettner-Doppelrotor.
- Verwendung von vier Rotoren beim Quadrocopter, die allein durch Verstellung von Pitch oder Drehzahl eine Steuerung um alle drei Achsen ermöglichen.
- Nur selten (Cierva W.11), in der Planung (Mi-32) oder im Modellbau (Tribelle) traten Dreifach-Rotoren auf, bei denen das Drehmoment durch leichtes Kippen der Rotorhochachsen ausgeglichen wird.
Ein System mit zwei Rotoren ist zwar technisch die effizientere Konstruktion, da alle Rotoren zum Auf- und Vortrieb genutzt werden. In der Praxis hat sich aber weitgehend das Einrotorsystem mit einem Heckrotor durchgesetzt. Ökonomisch schlagen hier die niedrigeren Bau- und Wartungskosten bei nur je einem Rotorkopf und Getriebe ins Gewicht, da diese die beiden aufwändigsten und empfindlichsten Baugruppen eines Hubschraubers sind. Bei zwei Rotoren sind zudem auch zwei Motoren samt Kopplungsgetriebe notwendig, um die nicht aussteuerbare Unsymmetrie des Auftriebs bei Ausfall eines der beiden Rotorantriebe zu verhindern.
Helikopter K-Max mit gegenläufigem Flettner-Doppelrotor
Heckrotoren gibt es in Ausführungen mit zwei bis fünf Blättern. Um den Lärm zu verringern, werden teils vierblättrige Rotoren in X-Form eingesetzt. Eine besonders leise Variante ist der Fenestron, ein ummantelter Propeller im Heckausleger mit bis zu 18 Blättern.
Meist wird der Heckrotor aus dem Hauptgetriebe über Wellen und Umlenkgetriebe angetrieben, so dass seine Drehzahl stets proportional zu der des Hauptrotors ist. Der Schub zur Steuerung um die Gierachse wird dann mit den Pedalen über den Einstellwinkel der Heckrotorblätter geregelt, analog der kollektiven Verstellung des Hauptrotors.
Während des Reiseflugs wird bei vielen Konstruktionen der Heckrotor dadurch entlastet, dass ein Seitenleitwerk das Giermoment weitgehend kompensiert. Dies ist meist durch Endscheiben an der horizontalen Dämpfungsfläche realisiert, die zur Rumpflängsachse schräg gestellt sind; bei einer einzelnen Seitenflosse in der Regel zusätzlich durch ein asymmetrisches Profil.
Sollte der Antrieb ausfallen, können Hubschrauber trotzdem noch landen. Sie gehen dann in einen steilen Sinkflug über, wobei der freilaufende Rotor durch die nun in umgekehrter Richtung, von unten nach oben, strömende Luft in Drehung gehalten wird – eine Autorotation wie beim Tragschrauber. Ein Giermomentausgleich ist dabei nicht notwendig; eine solche Landung ist daher auch beim Ausfall des Heckrotors möglich, zum Beispiel bei Bruch der Antriebswelle, des Winkelgetriebes oder des ganzen Heckauslegers. Kurz vor dem Aufsetzen wird nun der kollektive Einstellwinkel vergrößert und damit der Auftrieb erhöht, um möglichst weich aufzusetzen. Der Verlust der Steuerung um die Hochachse und die Notwendigkeit, den richtigen Moment genau zu treffen, da die kinetische Energie des Rotors nur für einen Versuch ausreicht, macht dieses Manöver jedoch stets riskant.