Hubschrauber haben neben allen Vorteilen eine große Schwäche: sie sind sehr laut. Diesen Nachteil zu reduzieren, ist Ziel eines Forschungsprojektes namens AROSYS des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Zusammenarbeit mit der Industrie. Der konstruktive Ansatz liegt im Einsatz verstellbarer Rotoren, die durch einen adaptive Steuerung stets ein optimales aerodynamisches Verhalten der Rotorflügel erlauben und so die Vibrationen und die Lärmentwicklung minimieren. Als willkommener Nebeneffekt ermöglicht die genaue Steuerung des Anstellwinkels auch eine Leistungssteigerung. Die auf die Aktuatoren einwirkenden Kräfte sind allerdings enorm, weshalb mit Hilfe nichtlinearer Simulationsrechnungen die Rotoren optimiert werden sollen. Ursache für die Vibrationen und die Lärmentwicklungen sind die sich auch im konstanten Geradeausflug durch die Drehung ständig mit hoher Frequenz ändernden Anströmgeschwindigkeiten. Die dadurch angeregten Schwingungen führen zu starken Vibrationen und damit zu einer großen mechanischen Belastung der Systeme. Im Sinkflug treten durch das Durchqueren der selbstverursachten Wirbel der Rotorblätter zusätzliche Lärmemissionen auf. Zwei Konzepte werden für die adaptiven Rotorblätter untersucht: zum einen die Installation von Hinterkantenklappen in den Rotorblättern, zum anderen die direkte Verwindung des gesamten Rotorblattes. Das erste Konzept könnte die mechanischen Anforderungen an die Aktuatoren drastisch vermindern und damit auch deutlich weniger Gewicht auf die Rotoren bringen (das aufwendig konstruktiv kompensiert werden müßte). Piezoelektrische Materialien könnten in unmittelbarer Nähe der Klappen installiert werden und schwere Mechanik oder Hydraulik ersetzen. Die kleinen Klappen verursachen weniger Nachlaufwirbel und könnten auch nachträglich in bestehende Rotoren eingebaut werden. Bei der aktiven Verwindung der Rotorblätter, beispielsweise realisiert durch eine in die Haut eingebaute schraubenförmige Wicklung mit geringen Aktuatorwegen ist das Problem zusätzlicher Nachlaufwirbel geringer. Dafür muß zum Erhalt der Steifigkeit des Rotors eine Entkopplung der aerodynamischen Blatthaut und der tragenden Blattholme in Längsrichtung erfolgen. Eine Nachrüstung ist hierbei nicht möglich. Beide Konzepte haben in ersten praktischen Versuchen ihre prinzipielle Eignung bewiesen und ermutigen zu weiteren Forschungen.
Hubschrauber: Leiser, komfortabler, leistungsfähiger. Verstellbare Rotoren können Lärm und Vibrationen vermindern und die Fuggeschwindigkeit steigern
DLR-Nachrichten ; 97 ; 30-33
2000
4 Seiten, 2 Bilder
Article (Journal)
German
Hubschrauber mit Muskeln. Aktive Rotorblätter reduzieren Lärm und Vibrationen
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