Abteilung Hubschrauber (AS-HEL)



Auch aus Sicht der Aerodynamik gehört der Hubschrauber/Drehflügler mit zu den kompliziertesten Luftfahrzeugen. Aufgrund der drehenden Rotoren ist die Umströmung eines Hubschraubers grundsätzlich instationär und von einer Vielzahl unterschiedlicher aerodynamischer Phänomene geprägt. So sind z.B. am Rotor transsonische Effekte auf dem vorlaufenden Rotorblatt, Rückanströmung und dynamische Strömungsablösungen am rücklaufenden Blatt sowie starke Wechselwirkungen der Rotorblätter untereinander zu beobachten.

Anders als beim Transportflugzeug ist die Rotorbewegung nicht nur von aerodynamischen Kräften bestimmt, sondern auch von Trägheits-Kräften und -Momenten sowie der Steuerung der Blatteinstellwinkel. Blattbewegung und Blattverformung sind daher ein wichtiger Bestandteil einer aerodynamischen Simulationsrechnung und müssen durch Kopplung der aerodynamischen Simulationsverfahren mit Struktur- und Trimmverfahren mit berücksichtigt werden.

Ziel der Abteilung Hubschrauber ist die aerodynamische und aeroakustische Optimierung von Hubschraubern und einzelner Hubschrauber-Komponenten. Dadurch lassen sich zum einen die Lärm- und Abgas-Emissionen reduzieren und zum anderen die Effizienz und Leistungsfähigkeit dieses besonderen Luftfahrzeugs steigern.

Arbeitsgebiete der Abteilung:

 

Strömungsphysik von Rotoren

Erweiterung der strömungsphysikalischen Erkenntnisse für instationäre rotierende Strömungen.

Rotormesstechnik

Entwicklung und Anpassung moderner Messtechniken für aerodynamische Untersuchungen an Hubschrauberrotoren in Flugversuch und Windkanal

Aerodynamische Analyse

Anpassung der am Institut entwickelten numerischen Simulationswerkzeuge auf Basis der instationären Navier-Stokes-Gleichungen für die Strömungsberechnung von Hubschraubern. Hierzu ist es notwendig, die Verfahren zur Berechnung der Aerodynamik mit geeigneten Verfahren zur Berechnung des Rotortrimms und der Blattdeformationen zu koppeln. Diese Arbeiten erfolgen in enger Kooperation mit der Abt. CASE, der Universität Stuttgart und der deutschen Hubschrauberindustrie.

Entwurf und Optimierung

Aeroakustik für Hubschrauber

Neben den Aktivitäten zum Kernthema „Hubschrauber“ gibt es noch zwei weitere Arbeitsgebiete:

Fluglärmberechnungsverfahren und Fluglärmprognose

Neu- und Weiterentwicklung von Verfahren und Computermodellen zur Fluglärmberechnung. Das Spektrum dieser Modelle reicht von einfacheren praxisorientieren Varianten bis zu Ausführungen mit hochwertigen Schallquellen- und Ausbreitungsmodellen für den wissenschaftlichen Einsatz.
Neben diesen Tätigkeiten befasst sich die Gruppe vor allem mit den interdisziplinären Aspekten der Fluglärmforschung. Schwerpunkt bildete hier die Koordinierung des Projekts „Leiser Flugverkehr“ in den Jahren 1999 bis 2007.

Einen dritten Schwerpunkt der Gruppe bilden beratenden Funktionen für Behörden, Luftfahrtindustrie und Interessenverbände sowie allgemeine Beratung in Fluglärmfragen. Daneben beteiligt sich die Arbeitsgruppe im Rahmen von Gremienmitarbeit an den Aktivitäten verschiedener nationaler und internationaler Organisationen.

Aerodynamische Analyse und Optimierung von Windkraftrotoren

Die Windenergie stellt eine der tragenden Säulen der Energiewende dar. Damit die Energieerzeugung aus Windenergie zu vertretbaren Kosten sichergestellt werden kann, ist eine technologische Weiterentwicklung heutiger Windkraftanlagen erforderlich. Insbesondere durch die stetige Zunahme des Rotordurchmessers nehmen die Herausforderungen an die Blattauslegung aufgrund der während eines Umlaufs stark variierenden Anströmbedingungen deutlich zu. Dadurch vergrößert sich die Unsicherheit bei der Vorhersage der zu erwartenden Belastungen mittels einfacher Verfahren. Eine verbesserte Berechnung der tatsächlich auftretenden Belastungen durch die instationäre Umströmung des Rotors lässt sich durch die Anwendung der RANS-Gleichungen erreichen. Ziel ist es, die Auswirkungen von Geometriemodifikationen auf die Leistungsabgabe des Rotors mit verbesserter Genauigkeit vorhersagen zu können. Die aerodynamische Analyse hierzu ist im Projekt MERWind eingebettet, das neben der Aerodynamik auch Effekte aus Akustik, Aeroelastik, Strukturauslegung und Fertigung berücksichtigt. Darüber hinaus forscht das Institut auch an aktiven Technologien zur Strömungsbeeinflussung im Rahmen des Projekts SmartBlades. Ziel ist es, durch Klappen und Vorflügel, die Leistungsausbeute der WKA zu erhöhen sowie die Lasten zu reduzieren. 

 


Kontakt
Dr.-Ing. Thorsten Schwarz
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
, Hubschrauber
Tel: +49 531 295-2040

Fax: +49 531 295-2320

E-Mail: Thorsten.Schwarz@dlr.de
Beate Seyfried
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
, Hubschrauber
Tel: +49 531 295-2041

Fax: +49 531 295-2320

E-Mail: BEATE.SEYFRIED@DLR.DE
Prof. Dr.-Ing. habil. Markus Raffel
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
, Hubschrauber
Tel: +49 551 709-2817

Fax: +49 551 709-2404

E-Mail: Markus.Raffel@dlr.de
Elisabeth Winkels
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
, Hubschrauber
Tel: +49 551 709-2449

Fax: +49 551 709-2404

E-Mail: Elisabeth.Winkels@dlr.de
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Texte zu diesem Artikel
Experimentelle und numerische Simulation und Analyse der Strömung um Rotoren und Rotorprofile (http://www.dlr.de/as/desktopdefault.aspx/tabid-192/402_read-28560/usetemplate-print/)
Strömungskontrolle an Rotorblättern (http://www.dlr.de/as/desktopdefault.aspx/tabid-192/402_read-28558/usetemplate-print/)
Experimentelle Untersuchung der Rotorblattspitzenwirbel (http://www.dlr.de/as/desktopdefault.aspx/tabid-192/402_read-28562/usetemplate-print/)
Aerodynamische Simulation von Hubschrauberrotoren und Gesamthubschrauber-Konfigurationen mit numerischen Verfahren (http://www.dlr.de/as/desktopdefault.aspx/tabid-192/402_read-39546/usetemplate-print/)
Vorhersage der laminar-turbulenten Transition an Rotorblättern (http://www.dlr.de/as/desktopdefault.aspx/tabid-192/402_read-39547/usetemplate-print/)
Aerodynamische Optimierung von Hubschrauberrotoren (http://www.dlr.de/as/desktopdefault.aspx/tabid-192/402_read-39548/usetemplate-print/)
Aerodynamische Optimierung von Hubschrauberrümpfen (http://www.dlr.de/as/desktopdefault.aspx/tabid-192/402_read-39549/usetemplate-print/)
Numerische Simulation der Schallquellen am Hubschrauber (http://www.dlr.de/as/desktopdefault.aspx/tabid-192/402_read-39550/usetemplate-print/)
Entwicklung lärmarmer Flugprozeduren für Hubschrauber auf Basis numerischer Vorhersagemethoden (http://www.dlr.de/as/desktopdefault.aspx/tabid-192/402_read-39551/usetemplate-print/)
Dynamischer Strömungsabriss am Rotorblatt (Dynamic Stall) (http://www.dlr.de/as/desktopdefault.aspx/tabid-192/402_read-28561/usetemplate-print/)
Untersuchungen zum Fluglärm (http://www.dlr.de/as/desktopdefault.aspx/tabid-192/402_read-1633/usetemplate-print/)
Entwicklung eines rechnergestützten Vorentwurfsverfahrens für Hubschrauber (http://www.dlr.de/as/desktopdefault.aspx/tabid-192/402_read-39552/usetemplate-print/)