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DLR/ONERA Kooperation "Dynamic Stall"

Abb. 1: Hubschrauber Eurocopter EC135

Leistungsverbesserung und Lärmminderung sind zentrale Themen der Forschung an Hubschraubern, Abb. 1. Die Arbeiten in der Abteilung Hochgeschwindigkeitskonfigurationen konzentrieren sich dabei auf die Aerodynamik am Hauptrotor. Von besonderem Interesse ist hierbei die dynamische Ablösung (Dynamic Stall) der Strömung am Rotorblatt, die während der Rückwärtsbewegung des Blattes bei erhöhter Fluggeschwindigkeit des Hubschraubers auftritt. Während des Dynamic Stall kommt es zur Ablösung von Wirbeln auf der Oberseite des Rotorblattes, die neben einer Vergrösserung des Auftriebs auch eine Erhöhung von Widerstand und Nickmoment bewirken.

Zur Untersuchung des Dynamic Stall werden sowohl aufwändige Windkanalexperimente als auch instationäre numerische Strömungssimulationen an schwingenden Rotorblattprofilen durchgeführt. Neben Untersuchungen zum grundsätzlichen Verständnis von Dynamic Stall werden auch Untersuchungen zur Kontrolle der dynamischen Ablösung (Dynamic Stall Control) gemacht. Bei 'Dynamic Stall Control' wird versucht, die dynamische Ablösung derart zu beeinflussen, dass bei gleichbleibendem Auftrieb eine Reduktion von Widerstand und Nickmoment erreicht wird.

Im Rahmen von 'Dynamic Stall Control' werden unterschiedliche Methoden entwickelt und angewendet. Eine dieser Methoden ist die dynamische Verformung eines Rotorblattsegmentes, das sog. 'Nose Droop', durch das die Ablösung günstig beeinflusst bzw. vollständig verhindert werden kann. Abb. 2 zeigt hierzu eine numerisch ermittelte Momentanaufnahme der Umströmung eines Rotorblattabschnittes: Ohne Blattverformung (oben) ist die starke Wirbelablösung vorhanden, die im verformten Zustand (unten) vollständig unterdrückt wird. Als weitere Maßnahmen zur Strömungsbeeinflussung werden u.a. dynamisches Ausblasen und Absaugen (Jets) oder auch sog. LEVoGs (Leading Edge Vortex Generators) untersucht.

Abb. 2: Wirbelstärkeverteilung über dem Profil NACA 23012

Die Arbeiten zum Thema Dynamic Stall werden in Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Partnern durchgeführt. Neben der engen Kooperation mit der französischen ONERA wird u.a. auch eine transatlantische Kooperation mit NASA und US-Army verfolgt. Darüberhinaus werden die Arbeiten mit der deutschen und europäischen Hubschrauberindustrie abgestimmt.

Literatur:

• W. Geißler, G. Dietz, H. Mai, "Dynamic Stall on a Supercritical Airfoil", Aerospace Science and Technology, Vol. 9, 2003, pp. 390-399
• W. Geißler, G. Dietz, H. Mai, B. Junker, T. Lorkowski, "Dynamic Stall Control Investigations on a Full Size Chord Rotor Blade Section", 30th European Rotorcraft Forum, Marseille, Frankreich, 2004
• W. Geißler, G. Dietz, H. Mai, J. Bosbach, H. Richard, "Dynamic Stall and its Passive Control Investigations on the OA209 Airfoil Section", 31st European Rotorcraft Forum, Florenz, Italien, 2005