Einfluss eines hohen Fortschrittsgrads auf die Aerodynamik und Blattdynamik eines verlangsamten Hubschrauberrotors

• Antragsteller: Dr.-Ing. Andre Bauknecht
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 383968368

Luftrettungsdienste müssen zukünftig in der Lage sein, auch entlegene Einsatzorte innerhalb einer kritischen Reaktionszeit von weniger als einer Stunde zu erreichen. Innovative "Compound"-Hubschrauber mit zusätzlichen Propellern, wie der Prototyp X³ von Airbus Helicopters, sind prädestiniert für derartige Rettungseinsätze, da sie die Fähigkeit zum Senkrechtstart mit hohen Fluggeschwindigkeiten verbinden. Um den Einfluss der hohen Fluggeschwindigkeit auf das vorlaufende Rotorblatt zu reduzieren, wird der Hauptrotor eines Compound-Hubschraubers mit reduzierter Drehzahl betrieben. Dadurch wird das rücklaufende Blatt jedoch aus Richtung der Hinterkante angeströmt, was als Rückströmung bezeichnet wird und negative Auswirkungen auf die Leistung und Stabilität des Hubschraubers hat. Innerhalb dieses Projekts soll das Rückströmungsgebiet im Detail untersucht werden, um das Verständnis der Aerodynamik von Compound-Hubschraubern zu verbessern und dadurch künftig eine schnellere medizinische Notfallversorgung zu ermöglichen.Der negative Einfluss der Rückströmung auf die Rotorleistung und -lasten wurde bereits experimentell erforscht. Als Grundlage für die Entwicklung effektiver Maßnahmen gegen diese Effekte soll in diesem Projekt das Rückströmungsfeld und dessen Einfluss auf die Blattverformungen gemessen werden. Rückströmung tritt bei einem hohen Fortschrittsgrad auf, dem Verhältnis aus Flug- und Blattspitzengeschwindigkeit. Durch Variation des Fortschrittsgrads ist dessen Einfluss auf die Umströmung und die instationäre Blattdeformation eines verlangsamten Rotors experimentell bestimmbar. Basierend auf diesen Messergebnissen können aerodynamische Rotorsimulationstools verbessert werden, die im Vorentwurf von Compound-Hubschraubern eingesetzt werden und aktuell die komplexe Strömungsphysik des Rückströmungsfeldes ungenau wiedergeben.Das beantragte Projekt wird in Kooperation mit dem Alfred Gessow Rotorcraft Center und dem Jones Aerodynamics Laboratory der University of Maryland durchgeführt werden. Ein vierblättriger Modellrotor soll bei hohem Fortschrittsgrad im Glenn L. Martin Windkanal getestet werden. Das Rückströmungsgebiet und die Verformungen des rücklaufenden Rotorblatts sollen hierbei mittels zeitaufgelöster stereoskopischer Particle Image Velocimetry und Stereo-Photogrammetrie gleichzeitig erfasst werden. Für das Forschungsprojekt stehen exzellente Versuchsbedingungen, eine vollständig finanzierte Windkanalmesskampagne und solide Forschungserfahrung zur Verfügung, die essenziell für die erfolgreiche Untersuchung der Rückströmung an einem verlangsamten Rotor und die Verbesserung zukünftiger Compound-Hubschrauber sind.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: USA
• Gastgeberinnen / Gastgeber: Professor Dr. Inderjit Chopra; Professorin Dr. Anya Jones