Ein Modellhubschrauber ist ein Flugmodell , das einem manntragenden Hubschrauber in Form und Funktion nachempfunden wurde. Dabei ist es deutlich kleiner und kann in den meisten Fällen keine Person tragen. Einige Modelle sind jedoch so ausgelegt, dass sie kleinere Lasten tragen können; so gibt es z. B. spezielle Modellhubschrauber, die mit Kamerasystemen, Meßgeräten, Lautsprechern oder gar Rettungsgerät ausgestattet sind. Modellhubschrauber finden somit also nicht nur im Hobbybereich, sondern auch im professionellen Berufsspektrum Verwendung. Im Gegensatz zum Hubschraubermodell aus Plastik und/oder mit hoher maßstäblicher Detailtreue ist ein Modellhubschrauber flugfähig und wird meistens , muss aber nicht einem großen Vorbild nachempfunden sein. Man unterscheidet zwischen Scalemodellen (originalvorbildliche Nachbildung), Semiscale (originalvorbildliche Nachbildung mit einigen Detailänderungen) und Trainermodellen (Modelle, die es in der Realität so nicht gibt, sondern eine reine Trainings-, Sport- oder Anwendungsfunktion wie beispielsweise Rettung, Kameraführung oder Messungen haben). Der erste kommerziell erhältliche Modellhubschrauber, eine Cobra , wurde 1972 von Dieter Schlüter auf der Spielwarenmesse in Nürnberg präsentiert.
Die Verbreitung von Modellhubschraubern hat in den letzten Jahren einen deutlichen Auftrieb bekommen. Neben der Möglichkeit, einen RC-Helikopter bereits für wenig Geld zu erwerben, führten deutliche Leistungssteigerungen, neue Techniken bei Antrieben und Werkstoffen und mehr Zuverlässigkeit sowie eine leichtere Bedienbarkeit zu diesem Phänomen. Insbesondere die Einführung von Brushlessantrieben und Lithium-Polymer Akkus gaben den Modellen eine hohe Standfestigkeit bei gleichzeitiger Verringerung des Abfluggewichts und stellen ein breites Leistungsspektrum zur Verfügung.
Weiterhin gibt es laufend neue Konstruktionen, eine kostengünstige Massenfertigung in fernöstlichen Ländern wie z. B. China, Korea und Taiwan ermöglicht dies.
Die Technik ist teilweise manntragenden Hubschraubern nachempfunden, wenn sie auch stark vereinfacht umgesetzt wird. Durch die stark vereinfachte Technik in Verbindung mit wesentlich weniger Abfluggewicht ergeben sich neben Beschränkungen aber auch Vorteile gegenüber dem manntragenden Vorbild, die sich wie folgt darstellen: Geringe Größe und Gewicht: relativ stärkerer Einfluss von und Wind. Elektro-Antriebe (Heckrotor, u.a.) sind relativ kostengünstig und effizient, wenngleich bei größeren Modellen recht hohe Kosten für die Akkumulatoren und deren Ladetechnik anfallen können, da der Energiebedarf bei größeren Modellen deutlich höher ist. Gyros, Kreisel und andere Stabilisierungssysteme ermöglichen eine automatische Stabilisierung um eine oder mehrere Achsen. Nutzlast, Transportvolumen und Reichweite spielen meist keine Rolle.
Der Pilot braucht eine hohe motorische Fähigkeit, um bis zu vier Steuerrichtungen gleichzeitig über zwei Steuerknüppel steuern zu können. Kunstflug inklusive Rückenflug (negativer Rotor-Anstellwinkel) ist bei einigen Modellen relativ einfach möglich, was bei manntragenden Hubschraubern nur bedingt bei einigen Typen und nur unter starker Belastung der Mechanik und Rotorblätter möglich ist.
Als Motorisierung kommen entweder einzylindrige Zweitaktmotoren auf Methanol oder Benzinbasis, oder kleine Elektromotoren zum Einsatz.
Bei drehzahlgesteuerten Modellhubschraubern (mit festem Anstellwinkel der Rotorblätter) erfolgt die Steuerung des Auftriebs durch Veränderung der Drehzahl, die bei elektrisch angetriebenen Mini-Modellhubschraubern von einem Steller geregelt wird, der gemeinsam mit dem Empfänger und dem Gyro (s. u.) in einem Modul vereint ist. Diese Bauweise spricht träger auf Steuerkommandos an, als die pitchgesteuerte Variante, hat aber den Vorteil des einfacheren mechanischen Aufbaus, geringeren Gewichts und ist auch weniger sturzempfindlich. Sie hat sich besonders bei kleinen und günstigen Modellen unter 500 g bewährt. Auch gibt es größere Modelle im Bereich 1,5 kg, die besonders robust sind, so dass hier bei einer unbeabsichtigten Bodenberührung weniger Teile zerstört werden.
Da jede Drehzahländerung des Hauptrotors eine Drehmomentänderung bewirkt, muss zwangsläufig auch die Gierachse ständig nachgeregelt werden – was dem Modellpiloten auch deshalb schwerfällt, weil sich die Bezugsachse, anders als bei einem im Cockpit sitzenden Piloten, beim Drehen ändert. Daher werden heute meistens elektronische Kreiselsysteme (sog. Gyro), eingesetzt, die die Gierachse so regeln, dass sich die Orientierung des Rumpfes nicht ändert bzw. sie gleichbehält.
Die Lateral- (vorwärts-/rückwärts- und seitwärts-, auch Rollen und Nicken) Bewegung wird durch eine Taumelscheibe gesteuert, die von mindestens zwei Servos angelenkt wird. Bei ganz einfachen Konstruktionen wird darauf verzichtet, es ist dann nur die Flughöhe und die Richtung steuerbar.
Als Pitch bezeichnet man den Anstellwinkel eines Rotorblattes gegenüber der anströmenden Luft. Die Steuerung des Auftriebs erfolgt dann durch Veränderung des kollektiven Anstellwinkels , die Drehzahl bleibt dabei im Idealfall konstant. Die Ansteuerung erfolgt in den überwiegenden Fällen mit drei Servos an der Taumelscheibe, häufig in 120-Grad-Anordnung, bei der die Kräfte sich gleichmäßig auf die Servos verteilen, deren Bewegungen dann aufeinander abgestimmt werden müssen. Diese Abstimmung der Anlenkungen (Mischung) kann senderseitig durch sogenannte Helimischer oder Taumelscheibenmischer erfolgen. Mittlerweile gibt es aber auch Onboard-Systeme (z. B. das sensorgesteuerte V-Stabi oder andere vergleichbare Systeme), die autark die Taumelscheiben- und Heckrotormischung steuern und darüber hinaus auch ein Dreiachs-Stablisierungssystem enthalten. Diese Systeme sind inzwischen so agil, dass komplett auf die Hilfsrotorebene (Paddel) am Rotorkopf verzichten und “flybarless” (paddellos), also mit rigidem (=starrem) Rotorkopf geflogen werden kann. Dank dieser Systeme sind mittlerweile Fluggeschwindigkeiten von über 230 km/h mit den Modellen möglich, die mit der Hilfsrotorebene nur schwer erflogen werden können, da sich das Modell dabei stark aufschaukeln würde.
Beim Heckrotor kommen Konstruktionen mit gesondertem Heckmotor, mit Antriebswelle und Umlenkgetriebe oder auch mit Zahnriemen zum Einsatz. Bei auf diese Weise mechanisch gekoppeltem Heckrotor wird die Gierachse über Anstellwinkel-Änderung des Heckrotors gesteuert, was ein weiteres Servo bedingt. Da der Heckrotor die Gesamtausrichtung des Modells um die Hochachse steuert, ist hierfür eine besonders schnelle Reaktionszeit gefragt. Aus diesem Grund werden zur Steuerung des Heckrotors im Idealfall schnellere Servos mit kürzeren Reaktionszeiten verbaut.
Koaxialrotor Wirkrichtungsschema: bei Koaxialmodellen erfolgt über 2 gegenläufige Rotoren. Wie bei manntragenden Hubschraubern haben zwei gegenläufige, übereinander angeordnete Rotoren den Vorteil, dass kein Heckrotor zum Drehmomentausgleich gebraucht wird. Vor Allem entfällt damit der bei einem Heckrotor verbleibende Drift, was die Steuerung bei begrenztem Platz und in Innenräumen (indoor, also z.B. Hallen) sehr vereinfacht. Indem die Rotoren über zwei getrennte Elektromotoren elektronisch gesteuert werden, kann der Heckmotor bzw. das Heckservo entfallen, da die Gierachse allein über Drehzahlunterschiede der Rotoren steuerbar ist. Sie reagiert jedoch deutlich träger als bei Modellen mit eigenem Heckrotor, was ein Fliegen bei Wind erschwert. Die Auftriebsregelung erfolgt meistens drehzahlgesteuert und nur der untere Rotor wird via Taumelscheibe zur Nick/Roll Regelung angesteuert. Der konstruktive Aufwand ist damit nicht höher als bei der Heckrotor-Bauweise, allerdings ist die Steuerung schneller zu erlernen. Bei einfachen Konstruktionen wird auf die Taumelscheibe ganz verzichtet und der über einen kleinen, senkrecht wirkenden Heckmotor geregelt. Bei geringer Fluggeschwindigkeit sind damit auch gezielte Flüge möglich, während das Gewicht des Modells (typisch 50 g) dabei recht gering und somit im Outdoorbereich kaum geeignet ist.
Tandem-Modellhelikopter mit Tandemrotor. Auch diese wurde schon im Modellbau eingesetzt. Dabei sind zwei Rotoren meistens hintereinander angeordnet. Dieses bedeutet zwei unabhängige Rotorköpfe mit entsprechend hohem Bauaufwand und hoher Empfindlichkeit. Die Tandem-Bauweise wird meistens nur eingesetzt, um ein Original möglichst realistisch nachzuempfinden.
Flettnermodelle: Bei solchen Hubschraubern nach dem Flettnersystem sind zwei ineinander kämmende Rotoren nebeneinander, manchmal auf zwei Auslegern, montiert. Diese Modelle sind sehr selten zu finden und in der Regel Selbstkonstruktionen. Das Ineinanderkämmen der Rotoren, das gleichzeitig auch den Drehmoment ausgleicht, wird dabei starr über eine aufeinander abgestimmte Zahnradebene gewährleistet. Der Vorteil eines Flettnermodells ist ein eigenstabiler Flug und eine platzsparende Mechanik.
Einen anderen Ansatz verfolgen Designs mit mehreren Rotoren, üblicherweise vier wie zum Beispiel beim Quattrocopter. Dabei wird die Steuerung aller drei Achsen durch unterschiedliche Drehzahlen der vier Rotoren realisiert. Da diese in der Mitte konzentriert sind, fehlt die Eigenstabilisierung eines Hubschraubers. Zur Lagestabilisierung werden daher meistens elektronische Schaltungen mit Computer-Technik oder auch mehrere Kreisel eingesetzt. Durch schnell reagierende, von einem Computer gesteuerte Elektromotoren kann hier, anders als bei Hubschraubern oder großen Helikoptern , auf empfindliche Rotorköpfe mit Blattverstellung verzichtet werden, was Aufbau, Gewicht und Sturzfestigkeit begünstigt. Diese Bauweise wird zunehmend bei Modellbauern und Tüftlern eingesetzt und findet mittlerweile sogar bei Sicherheitsbehörden wie Polizei und Feuerwehr wie auch im militärischen Bereich Anwendung.
Auch Autogiros werden als Modelle gebaut und geflogen. Es handelt sich dabei nicht um Hubschrauber im engeren Sinne, da der Vortrieb durch einen gesonderten Propeller erfolgt, der aber wie beim Helikopter durch einen Drehflügel erzeugt wird, der durch den Luftstrom in Drehung gehalten wird. Bedingt durch diese Art des Antriebs und durch die mäßige Fluggeschwindigkeit sind Modell-Tragschrauber besonders einfach zu fliegen.
Recht selten anzutreffen sind Einblatthubschrauber (auch engl. Single-Blade-Helicopter), die einen einzigen Rotorkopf haben, an dem auch nur ein einzelnes Rotorblatt angebaut ist. Das Rotorblatt hat eine kleine Verlängerung, die über die Rotorachse der Gegenseite hinausragt und auch mit einem entsprechenden Gegengewicht ausgestattet ist, damit keine Unwucht entsteht und das gesamte System sich beim Starten oder im laufenden Betrieb aufschaukelt.
Das Gewicht eines typischen Elektro-Modellhubschraubers liegt zwischen 150g (Kleinsthubschrauber mit ca. 35 cm Rotordurchmesser) und 5 kg (ca. 1,50 m). Es gibt aber auch miniaturisierte Eigenkonstruktionen und kommerzielle Kleinmodelle aus der Serienfertigung, die flugbereit unter 10 g wiegen. Modelle mit Verbrennungsmotor beginnen bei etwa 2 kg (30er-Motor, ca. 5 cm³, 1,30 m Rotordurchmesser), die weit verbreiteten Modellhubschrauber mit 90er-Motor (15 cm³, 1,60m Rotordurchmesser) wiegen ca. 4-5 kg, Scalemodelle mit vorbildähnlichen Rümpfen liegen oft bei 6-12 kg, turbinengetriebene Modelle auch bis zu 25 kg.
Die Flugzeit bei Elektro-Modellen beträgt je nach verwendetem Akku zwischen 3 und 30 Minuten. Die zur Verbesserung der Flugzeit eingesetzten (LiPo, LiIo aber auch LiFe) haben gegenüber NC bzw. NiMH Akkus eine höhere Energiedichte , aber den Nachteil, dass sie bei gleicher Kapazität erheblich teurer sind, weniger Ladezyklen ermöglichen und sorgsamer behandelt werden müssen.
Zudem ist es ratsam, zwischen zwei Flügen die Antriebsmechanik, Motor und Regler abkühlen zu lassen, da diese in Abhängigkeit vom Flugstil sehr heiß werden können und sich bei Unterlassen potenziell die Gefahr einer Fehlfunktion erhöht.
Flugzeiten bei Modellen mit Verbrennungsmotoren. Bei Verbrenner-Modellen beträgt die Flugzeit typisch 20 Minuten, die aber durch einen größeren Tank erhöht werden kann. Ein höheres Gewicht des Tanks bzw. der mitgeführten Brennstoffmenge kann sich dabei negativ auf die Wendigkeit und damit auf die Kunstflugtauglichkeit auswirken
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