Ein aussergewöhnlicher Nachbau der HB-ZKE

Der MD-902 Explorer ist ein achtsitziger, zweimotoriger Helikopter mit Turbinenantrieb des US-amerikanischen Herstellers MD Helicopters. Notar ist ein System der Firma McDonnell Douglas für den Drehmomentausgleich bei Helikoptern ohne die typische Heckrotor-Konfiguration. Die United States Coast Guard nutzt das Modell unter dem Namen MH-90 Enforcer.

Die MD-902 HB-ZKE war von April 2009 bis Juni 2014 bei Fuchs Helicopter in Schindellegi/CH im Einsatz. Einige Male über den Winter war der HB-ZKE an Heli Austria vermietet, versah als «Rettungshelikopter Martin» in Saalbach-Hinterglemm seine Dienste. Enrico Gianni hat aus einem Rumpfbausatz von Vario «Martin» als Full-Scale-Modell nachgebaut.

Die ersten Studien des MD Explorers wurden von McDonnell Douglas im Februar 1988 als Typ MDX vorgestellt. Die Entscheidung zur Entwicklung wurde jedoch erst ein Jahr später getroffen. Die Serienausführung trug anfangs die Bezeichnung MD-900 bzw. MD-901/MD-902, die später in MD Explorer geändert wurde. Der erste Prototyp startete am 18. Dezember 1992 zu seinem Erstflug. Der erste Serienhelicopter startete am 3. August 1994 und erhielt am 2. Dezember 1994 seine FAA-Zulassung. Im selben Monat erfolgte die erste Auslieferung. 1996 folgte die europäische Zulassung. Die erste Maschine des verbesserten Typs MD-902, der mit stärkeren Triebwerken, verbesserter Heizung und einem EFIS ausgerüstet und nachtflugtauglich ist, wurde im Mai 1998 nach Japan geliefert (Erstflug 1997). Im Januar 2000 waren bereits 57 Maschinen der Serie im Einsatz. Inzwischen wird auch eine bewaffnete militärische Variante als MH-90 Enforcer angeboten.

Die Zelle und die fünf gelenklosen Rotorblätter bestehen weitgehend aus Kohlefaserverbundwerkstoffen. Als Antrieb waren anfangs Triebwerke von Turbomeca geplant, was jedoch später zugunsten der gedrosselten, mit einem digitalen Steuersystem (Fadec-Full Authority Digital Engine Control) ausgestatteten Pratt & Whitney PW206A aufgegeben wurde.

Notar (No Tail Rotor; zu Deutsch: kein Heckrotor) ist ein System der Firma McDonnell Douglas für den Drehmomentausgleich bei Helikoptern ohne die typische Heckrotor-Konfiguration. Das Patent befindet sich im Besitz von Boeing.

Erprobungsträger war ein Hughes OH-6, bei dem der Heckausleger verstärkt worden war und ein Mantelpropeller Luft in den Ausleger blies. Diese strömte durch einen Längsschlitz an der rechten Unterseite des Auslegers wieder hinaus. Am Heck war eine verstellbare Düse angebracht, um den Schub zu steuern. Der Erstflug dieses Systems fand am 17. Dezember 1981 statt. Ähnliche Systeme, bei denen meist der Abgasstrom des Triebwerks genutzt wurde, wurden bereits in den 1940er-Jahren bei der Cierva W.9, der Hiller J-5 oder in den 1950er-Jahren bei der Aerotecnica AC-12 Norelle erprobt.

Funktionsprinzip. Prinzipiell muss bei einem Helikopter mit nur einem Hauptrotor das von diesem erzeugte Drehmoment ausgeglichen werden, um einer Drehung des Rumpfes entgegenzuwirken und den Helikopter um die Hochachse (Gierachse) steuern zu können. Üblicherweise wird dies durch den horizontal wirkenden Heckrotor erreicht; das Notar-System erzeugt die Gegenkraft jedoch durch einen gerichteten Luftstrahl (Schub), der durch eine variable Steuerdüse am Ende des Auslegers austritt. Unterstützt wird diese Wirkung durch weitere, nur an einer Seite entlang des Heckauslegers platzierte Auslassdüsen. Die dort ausströmende Luft führt den vom Hauptrotor nach unten strömenden Abwind um die Rundung des Auslegers. Dabei wird der Coandă-Effekt (mit dem Sammelbegriff Coandă-Effekt werden verschiedene ursächlich nicht zusammenhängende Phänomene bezeichnet, die eine Tendenz eines Gasstrahls oder einer Flüssigkeitsströmung nahelegen, an einer konvexen Oberfläche «entlangzulaufen», anstatt sich abzulösen und sich in der ursprünglichen Fliessrichtung weiterzubewegen) ausgenutzt, die Umströmung eines zylindrischen Rohres mit einer einseitigen schlitzförmigen Ausblasung tangential zur Rohroberfläche. Diese erzeugt in Überlagerung mit der Umströmung eine Zirkulation mit Druck- und Saugseite. Dadurch entsteht eine zusätzliche, dem Hauptrotor-Drehmoment entgegengerichtete Kraft, die den Rumpf in Längsrichtung stabilisiert. Die Vorteile des Notar-Systems bestehen in dem geringeren Gefährdungspotenzial für Personen in der Start- und Landezone sowie in geringerer Lärmentwicklung, da der Propeller innen liegt und es keine geräuschintensiven Turbulenzen zwischen Haupt- und Heckrotor gibt.

Leider hat 2017 eine MD-902 in Österreich traurige Bekanntheit erlangt. Bei einem Rettungseinsatz in der Abenddämmerung des 1. August 2017 am Grossglockner knapp unterhalb der Erzherzog-Johann-Hütte beim Start mit einem soeben verladenen Patienten stürzte ein knapp über dem Boden und nahe an einem steilen Felsabfall schwebender MD-902 von Heli Austria ab. Dieser drehte um seine Hochachse, berührte den Boden, kippte zur Seite und schlug sich die Rotorblätter am Boden ab. Pilot, Flugretter und Patient an Bord wurden dabei nicht, der Notarzt ausserhalb und ursprünglich neben der Ladeluke des Helis. leicht verletzt.

Sein ganzes Berufsleben lang, dies 45 Jahre, hatte Enrico Gianni mit Flugzeugen und Helikoptern zu tun. Bei den Flugzeugwerken in Emmen (jetzt Ruag), arbeitete er an Dassault Mirage III S und RS, Aérospatiale ALIII, Bae Hawk, Aérospatiale Super Puma, McDonnell Douglas F/A-18. Er wohnt in der schönen Innerschweiz, genauer gesagt in Obwalden, und gehört seit Jahren der Modellfluggruppe Luzern an, die ihren Platz auf dem Militärflugplatz Emmen hat. Mit dem Modellbauvirus infizierte sich Enrico Gianni im Jahre 2003 anlässlich der Modellflugtage in Hausen. Erste Erfahrung mit Modellhelikoptern sammelte er mit einer Logo 16 von Mikado, und als erstes Scale-Projekt folgte eine EC-135 von Hirobo. Leider liess dieses Modell von der Grösse und Ausführung her kaum Scale-Nachbauten zu. Dies bewegte Enrico, sich nach einem anderen, seinen hohen Bedürfnissen und Anforderungen nachkommenden Modell zu suchen. Auf der Suche wurde er durch Zufall auf die MD-902 von Fuchs Helikopter aufmerksam, die zu diesem Zeitpunkt ihre Dienste im österreichischen Saalbach-Hinterglemm versah, aufmerksam. Genau diese sollte es sein. Schnell hatte er die entsprechenden Unterlagen zusammen, was für einen hundertprozentigen Scale-Nachbau das A und O ist.

Auf der Suche nach einem geeigneten Rumpf, der auch noch über eine gewisse Grösse verfügte, wurde Enrico Gianni bei Vario Helikopter fündig. Von Vornherein war aber für ihn klar, dass in vielen Details die Ausführung des Rumpfes in keiner Weise dem Original entsprach. Mit anderen Worten: Es musste doch noch sehr viel Arbeit in Nachbesserungen oder komplette Änderungen gesteckt werden. Dies erklärt auch die lange Bauzeit von vier Jahren. In diesem Bericht wollen wir auf einige markante Änderungen eingehen, die das Modell zu dem machten, so wie es heute gesehen werden kann.

Als vollsymmetrisches Profil ist das Seitenleitwerk im Baukasten ausgeführt, in Wirklichkeit aber beim Original nur als halbsymmetrisches. Das Seitenleitwerk ist zweiteilig, also ein oberes und unteres, die an einem Support am Höhenleitwerk angebaut sind. So kann der Anstellwinkel verstellt werden. Im oberen Teil des Leitwerkes sind beim Original vier vertikale Stabilisatoren, nicht nur drei wie beim Modell aus dem Bausatz, aber auch die Form dieser aufgebrachten Stabilisatoren. Der Scale-Umbau erforderte ein Aufschneiden des Höhenleitwerkes, um die Form (neues negatives Flügelprofil) zu korrigieren. Auch ein Verlängern um 70 mm war notwendig, da die Seitenleitwerke weiter aussen positioniert sind als im Bausatz vorgesehen. An den Seitenleitwerken oben wurden die vertikalen Stabilisatoren innen und aussen entfernt, um durch solche ersetzt zu werden, die der Form und auch der Anzahl dem Original entsprechen. Gleichzeitig mit diesem Umbau musste das Mittelstück links und rechts neu konstruiert werden (eine spezielle verwundene Form). Dies bedeutete erstmal, eine entsprechende Negativform bauen, um die neuen GFK-Bauteile zu fertigen. In die neuen Seitenleitwerkträger wurde je ein Kohlestab integriert, welcher als Aufnahme des Seitenleitwerks dient. An der Höhenleitwerksaufnahme am Auslegerrohr, wurden die Revisionsdeckel entsprechend dem Vorbild, nachgebaut. Für diese Deckel wurden auch neue Negativformen hergestellt.

Ein weiterer, etwas grösserer Umbau war für den Anschluss des Heckauslegers am Rumpf nötig. Beim Original wird der Heckausleger mit einem massiven Aussenspant/Support an den Rumpf angeschraubt. So muss das auch aussehen – das war der Wunsch des Erbauers. →

Um den Aussenspann anbringen zu können, musste am Rumpfeinde eine Fläche geschaffen werden, d.h.: das für die Aufnahme des Heckauslegers schon eingeharzte GFK-Rohr ausbauen, Rumpf um 10 mm kürzen, GFK-Rohr neu positionieren und wieder einharzen!

Der Spant: Zuerst wurde der Aussenspannring, nach dem Ausmessen am Vorbild, im richtigen Massstab zu Papier gebracht. Aus einer 1,5 mm dicken GFK-Platte wurde dieser Ring ausgeschnitten sowie auch aus GFK das Rohr mit einem Durchmesser von 80 mm gefertigt. Um die Verbindungselemente Ring/Rohr richtig platzieren zu können, musste ein Hilfswerkzeug hergestellt werden. 24 M2-Schrauben werden in den Spant eingeschraubt, welche auch für den festen Halt des Auslegers am Rumpf sorgen. Wie viele Arbeitsstunden dies gebraucht hat, konnte nicht mehr in Erfahrung gebracht werden. Dass bereits der erste hergestellte Ring passte, sei hier auch noch erwähnt.

Im Gegensatz zur MD-900 ist das Heckrohr der MD-902 hinter dem Höhenleitwerk verlängert worden. Gegenüber dem Vorbild ist der Heckausleger im richtigen Massstab 70 mm zu kurz. Diese fehlenden 70 mm mussten im Eigenbau gefertigt werden.

Damit auch die Optik am Rumpf stimmt, wurden rund 2800 Nieten angebracht. Mit 0,7-mm-Bohrungen wurden diese Nieten, jede einzeln und an ihrem Platz, angebracht. Die dem Baukasten beiliegenden Scheiben sind leider zu klein und auch die Wölbungen bei einem Teil der Scheiben fehlen. Auch sind die Scheiben zu den Ausschnitten zu klein. Um auch hier dem Original sehr nahe zu kommen, beschloss Enrico Gianni, selber Formen herzustellen, um die Scheiben herstellen zu können. Die dem Bausatz beigelegten Scheiben wurden benutzt, um das Positiv abzuformen, um nach einiger Nacharbeit die neuen Scheiben tief zu ziehen. Ein grosser Aufwand, der sich aber in jedem Fall gelohnt hat.

Viele weitere kleinere und grössere Umbauten am Rumpf wie Lufteinlässe oder die Formanpassung im vorderen Dom-bereich machen dieses Modell zu einem fast hundertprozentigen Nachbau.

Beim Rumpf von Vario ist vorgesehen, dass die Führungen für die Schiebetüren aussen angebracht werden. Auch das musste geändert werden. Genau wie beim Vorbild wurden sie am Rumpf ausgeschnitten und die neu aus ABS-Profil gefertigten Schienen oben und unten eingepasst, auf welchen nun die aus Alu gefrästen Türführungen laufen. Bei den funktionalen Abdeckungen über den Triebwerken sind die Scharniere aus ABS im Eigenbau, nicht einmal die Fokernadel fehlt. Die zahlreichen kleinen Winkel (Fortex-Effekt) am Heckausleger wurden mit viel Aufwand dem Vorbild entsprechend erstellt. Die Auftrittsstufen an den Landekufen wie auch die Kunststoffverbinder zwischen Bügel und Kufen wurden realistisch aus Alu gefräst und aus Alublech geformt. Natürlich fehlt bei diesem Nachbau auch nicht der Dämpfer hinten, oberhalb der Kufe, und der Einsinkschutz.

Von Anfang an stand für Enrico Gianni fest, dass Antrieb und Lüfter für das Heck eine Einheit bilden müssen. Aber auch der Antrieb sollte auf Elektro basieren. Bei diesen Überlegungen und Abklärungen, die im Jahre 2011 über die Bühne gingen, gab es von Vario erst die Benzinmechanik. Dies war aber in keiner Art und Weise eine Option. Bei ausführlichen Recherchen entstand ein Kontakt zu Sandy Jaffy in den USA. Dieser experimentierte bereits mit einer Elektromechanik, bei welcher auch der Lüfter für die Hecksteuerung bereits in einer Einheit war. Das war der Startschuss zur Eigenbau-Elektro-Mechanik. Mit dem Wissen von Sandy im Hintergrund, ging Enrico an die Konstruktion der Eigenbaumechanik. Das Getriebe ist 2-stufig. Die 1. Stufe vom Motor auf die 2. Stufe erfolgt über einen Zahnriemen und von dort auf die Rotorwelle ein Zahnradgetriebe. Der Radial-Lüfter, von Vario, wird von der Antriebsachse des Motors getrieben. Das Zahnriemen-Pully wird mittels angeflanschter Welle auf der Rückseite des Motors angetrieben. Diese Möglichkeit bot der Motor RS 435-30 von Strecker. Die Lufthecksteuerung wird vom Lüfter über einen Kanal ins Heckrohr gedrückt. Angesteuert von einem Analog-Servo, wird die Klappe zur Dosierung der Luft für die Hecksteuerung aktiviert. Die Ausschnitte für die drei Futaba-Servos wurden seitlich an der Mechanik so eingeplant, dass eine direkte und gerade Anlenkung zur Tauselscheibe gegeben ist. Als Regler kommt ein Kontronik Jive 120 PRO HV zur Anwendung. Als Lagestabilisierungssystem dient der 3SX von bavarian Demon.

Nach der Fertigstellung des Modells und auch der Montage aller Komponenten, entschloss sich der Erbauer, da doch viele und zum Teil einschneidende Änderungen am Rumpf vorgenommen wurden, den Erstflug im Rohbau vorzunehmen. Die Tatsache, dass einschneidende Änderungen am Höhen- und Seitenleitwerk, in der Länge des Heckauslegers, aber auch an der Zelle zu diesem Schritt bewegten.

Doch die Bedenken waren unbegründet und das Modell, mit seinen zehn Kilogramm, lag wie ein «Brett» in der Luft. Auch Leitwerke und Domoberteil waren ohne ersichtliche Vibrationen. Auch die Heckwirkung war mehr als zufriedenstellend; ein präzises und schnelles Heck war von Anfang an die Realität. Aus gemachten Erfahrungen bezüglich Motor und Reglerkühlung waren die gemessenen Temperaturen im normalen Bereich. Grund dafür ist der angebaute Kühlkörper des Reglers, der sich direkt im Luftstrom des Radial-Lüfters befindet. Auch der Motor wird durch diesen Luftstrom zusätzlich gekühlt.

Bei einem weiteren Testflug wurde ein Überblick über Leistung und Stärke eruiert. Erstaunliches kam hier zutage – so verbraucht der Lüfter 60% der Leistung. Für das Fliegen aber lediglich 40%. Die Stromstärke liegt konstant zwischen 55 und 60 Ampère.

Mit diesen Erfahrungen und Resultaten konnte getrost die Lackierung und der Scale-Ausbau in Angriff genommen werden.

Nach dem Anbringen der letzten Scale-Teile am Modell konnte das Modell gefiltert und grundiert werden. Das Design wurde von einer Seitenansicht eines Fotos des Originals kopiert, in die richtige Grösse konvertiert und alsdann auf einem Plotter geschnitten.

Aufwendig war das Abdecken und das jeweilige korrekte Positionieren der Klebefolie.

Zuerst wurde die graublaue Metallic-Farbe des Filets gespritzt, welches dann nach Fertigstellung der Farbgebung die Silber-Metallic-Ornamente umgibt. Dann die Anthrazit-Metallic-Farbe und nachfolgend das Silber-Metallic.

Beschriftungen, Details und Immatrikulation rundeten die Lackierarbeiten vor dem Klarlack ab. Aber auch die Aufschrift «Martin», die beim Einsatz in Österreich angebracht war, ist aufgebracht. Zum Zeitpunkt, als Enrico Gianni die Fotodokumentation im Jahre 2010 machte, war diese noch angebracht. So durfte auch diese in keinem Falle fehlen.

Ohne Cockpit und Anbauteile, wie Antennen, Scheinwerfer und Beleuchtung, ist ein Modell nur ein halbes Modell. Auch beim Cockpit hat der Erbauer nichts dem Zufall überlassen. So zum Beispiel sind die Fusspedale voll funktionsfähig. Aber auch auf dem Cockpit sind alle Schalter und Bildschirme dem Original HB-ZKE entsprechend am richtigen Ort und in der richtigen Farbgebung ausgeführt. Die Beleuchtung ist mit allen Leuchten und Scheinwerfern genau dem Vorbild nachempfunden. Das Highlight ist der Suchscheinwerfer, welcher nebst der Aus-Ein-Fahrfunktion auch links-rechts geschwenkt werden kann. Luxeon-Emitter der neusten Generation sorgen für den nötigen Effekt des Lichtes. Aber auch an der Aussenhülle sind viele und auch kleine Details, so zum Beispiel die DZUS®-Schnellverschlüsse, Antennen in allen Variationen oder auch Schiebefenster in der Pilotentüre, angebracht.

Nach der Fertigstellung des Modells stand der zweite Erstflug bevor. Aber dass es hier nun zu Problemen kommen sollte, war nicht vorauszusehen. Das Gewicht vom Rohbau von 11,5 Kilogramm hat nach der Fertigstellung auf knappe zwölf Kilogramm zugenommen. Das Mehrgewicht von 1½ Kilogramm erforderte im Schweben einen Pitchwert von plus 7° und eine max. Drehzahl des Hauptrotors mit einem Durchmesser von 1,60 Meter auf rund 1550 U/Min.

Ein Pitchwert im Schweben von 7° ist zu hoch. Aber was nun?

Nach langem Rechnen und Recherchieren konnten mit diversen Optimierungen wie neuer Rotorkopf (Einschrauben Blattaufnahme), 5-Blattsatz von M-Blades, Motor von Scorpion und Anpassen des Getriebes die anfänglichen Probleme behoben werden. Wichtig ist dabei das Zusammenspiel Akku-Spannung, Übersetzungsverhältnis, Motordrehzahl U/min. und bei der MD-902 besonders wichtig, der erzeugte Luftstrom für die Hecksteuerung.

In rund vier Jahren hat Enrico Gianni ein einmaliges Modell der MD-902 geschaffen. Zum Teil unrealisierbare Details wurden zu 100% realisiert. Auf die Frage, ob er das Modell nochmals bauen und diese Strapazen auf sich nehmen würde, antwortet Enrico ohne zu zögern: «Ja, auf jeden Fall. Es gäbe da schon noch das eine oder andere, was bei einem erneuten Nachbau noch gemacht werden könnte. Aber auch noch das eine oder andere kleine Detail, das bei dem Modell weggelassen wurde, könnte dann realisiert werden.»