DLR-Forscher machen erstmals Ursache von Hubschrauberlärm sichtbar

Dienstag, 7. Januar 2014

Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) aus Göttingen und Braunschweig haben erstmals die Hauptursache für den Lärm eines fliegenden Hubschraubers sichtbar gemacht. Dafür führten sie teils abenteuerliche Flugexperimente durch - zuletzt in einem Steinbruch im Harz. Mit den gewonnenen Erkenntnissen eröffnen sich Möglichkeiten, Hubschrauber künftig deutlich leiser zu machen.

Aufnahmen des Flugexperiments im DLR-Jahresfilm ab Minute 9:35

Dass ein Hubschrauber senkrecht starten und landen kann, verdankt er seinem Rotor. Dieser ist allerdings auch für den Lärm im Flug verantwortlich. "Fast alles, was man von einem Hubschrauber hört, ist aerodynamischer Lärm. Ein großer Teil davon entsteht durch die sogenannten Blattspitzenwirbel", sagt Prof. Markus Raffel, Leiter der Abteilung Hubschrauber im DLR Göttingen. Blattspitzenwirbel entstehen am äußeren Ende eines Rotorblattes. Auf der Oberseite bildet sich ein Unterdruck, auf der Unterseite ein Überdruck.

Luftwirbel erzeugen Lärm

Die Luft wird hierdurch beschleunigt und hinter der Rotorblattspitze entsteht ein konzentrierter Wirbel. "Der Lärm entsteht dadurch, dass der Wirbel eines Rotorblattes mit einem anderen Rotorblatt kollidiert", erklärt André Bauknecht, der die aktuellen Versuche leitete. Diese Wirbel verursachen nicht nur das typische "Teppichklopfer-Geräusch", sondern führen auch zu Vibrationen im Hubschrauber und verringern den Komfort der Passagiere.

Für ihre Untersuchungen nutzten die Forscher ein bekanntes Phänomen: an einem heißen Sommertag fängt die Luft über manchen Straßenstellen an zu flimmern. Grund dafür sind Schwankungen in der Dichte der Luft. Dadurch wird das Licht gebrochen und ist vor einem passenden Hintergrund als Schliere sichtbar. Aus dieser Erkenntnis entwickelte Raffel mit seinen Kollegen die sogenannte Hintergrund-Schlierenmethode (Background Oriented Schlieren Method, kurz BOS). Diese wird heute in aerodynamischen Versuchsanlagen in aller Welt eingesetzt.

Im vergangenen Jahr führten die DLR-Wissenschaftler dann eine Reihe einzigartiger und teils abenteuerlicher Experimente durch, um die neue Messmethode im Flug zu testen. Dabei bedienten sich die Göttinger Forscher eines Tricks: sie nutzten in der Natur vorhandene Hintergrundflächen, um die Rotorwirbel sichtbar zu machen. "Ein passender Hintergrund muss möglichst fein strukturiert und gleichmäßig sein - und wir haben geschaut, wo in der Natur solche Flächen vorhanden sind", sagt Bauknecht.

Alpen und Wiesen als Helfer für moderne Messtechnik

Bei einem Versuch flog ein Hubschrauber vom Typ Cougar der Schweizer Luftwaffe vor einem Jahr vor einem felsigen Hintergrund in den Alpen. Bereits bei diesem Test gelang eine Weltpremiere: erstmals waren auf Bildern eines fliegenden Helikopters die Rotorwirbel so gut zu sehen, dass daraus wissenschaftliche Erkenntnisse gewonnen werden können. Bei anderen Versuchen flog der DLR-Forschungshubschrauber BO 105 über Felder und Wiesen bei Salzgitter und Braunschweig und wurde dabei aus einem Ultraleichtflugzeug fotografiert.

Vor kurzem fand das neueste Experiment statt: die BO 105 flog in einen Steinbruch im Harz - für einen Hubschrauber eine gefährliche Umgebung. Enger Raum und Manöver dicht über dem Boden stellten an die DLR-Testpiloten höchste Ansprüche. Teilweise mussten in lediglich zehn Metern Höhe Wippmanöver geflogen werden. Als Hintergrund diente das lose Geröll des Abraumhanges. Der Aufwand lohnte sich: Zehn Kameras an verschiedensten Positionen lieferten so gute Aufnahmen, dass erstmals ein Großteil der Rotorwirbel eines fliegenden Hubschraubers sogar dreidimensional sichtbar gemacht werden konnten. Die Versuche fanden in dem Kalksteinbruch Winterberg der Fels-Werke GmbH bei Seesen statt.

Auf dem Weg zu leiseren und komfortableren Hubschraubern

In einem nächsten Schritt sollen Flugversuche mit einem mit Messtechnik ausgestatteten Hubschrauber stattfinden. Dann könnten die aufgenommenen Wirbel direkt mit den Steuereingaben des Piloten abgeglichen werden. Bereits jetzt ist absehbar, dass die DLR-Messtechnik Potential hat, ein wichtiges Hilfsmittel für die Industrie zu werden. Blattspitzenwirbel und ihre Kollision mit nachfolgenden Rotorblättern könnten durch anders geformte Rotorblätter oder eine geänderte Rotorsteuerung verringert werden. "Hubschrauberhersteller könnten dann verschiedene Rotorblätter unter realistischen Bedingungen vergleichen und das leisere auswählen", sagt André Bauknecht. So werden neue Möglichkeiten eröffnet, künftige Hubschrauber leiser und komfortabler zu machen.

Zuletzt geändert am: 07.01.2014 10:58:45 Uhr

URL dieses Artikels

  • http://www.dlr.de/dlr/desktopdefault.aspx/tabid-10204/296_read-9113/

Kontakte

Jens Wucherpfennig
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Kommunikation, Göttingen

Tel.: +49 551 709-2108

Fax: +49 551 709-12108
Fritz Boden
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik, Experimentelle Verfahren

Tel.: +49 551 709-2299
André Bauknecht
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik, Hubschrauber

Tel.: +49 551 709-2574
Christian Wolf
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik, Hubschrauber

Tel.: +49 551 709-2173

Im Fokus der Kameras

DLR_BOS_7566.jpg

Zehn Kameras nahmen den Hubschrauber BO 105 aus verschiedenen Perspektiven auf.

Ursache für Hubschrauber-Lärm sichtbar gemacht

Inflight_BOS.jpg

Blattspitzenwirbel sind als dunkle Linien während einer vollen Umdrehung des Hauptrotors sichtbar. Außerdem sind die Abgasstrahlen des Hubschraubers als verrauschte Fläche hinter dem Hubschrauber zu erkennen. Auch das Wirbelsystem des Heckrotors ist zu sehen (schwarze kreisförmige Linien am Heckrotor). Der Hubschrauber führt gerade eine Wippbewegung aus.

BO 105 vor Geröll

DLR_BOS_7556.jpg

Um die Rotorwirbel sichtbar zu machen, bedienten sich die Göttinger Forscher eines Tricks: sie nutzten das lose Geröll des Steinbruchs als Hintergrund für ihre Messmethode.

BO 105 im Flug im Steinbruch

DLR_BOS_1431.jpg

DLR-Forschungshubschrauber BO 105 fliegt über einem See in einem Steinbruch.

Gefährliche Umgebung

DLR_BOS_7520.jpg

Ein Steinbruch ist für einen Hubschrauber eine gefährliche Umgebung.

Blattspitzenwirbel des Hauptrotors aus vier verschiedenen Perspektiven zeitgleich aufgenommen

Inflight_BOS_Mosaik.jpg

Der Hubschrauber befindet sich im vertikalen Steigflug im Moment der Aufnahmen. Die Wirbel sind als dunkle Linien abgebildet und maximal eine volle Umdrehung sichtbar. Außerdem sichtbar sind die Abgasstrahlen des Hubschraubers, die als verrauschte Fläche hinter dem Hubschrauber zu erkennen sind.

Kameras im Einsatz

DLR_BOS_1361.jpg

Zehn Kameras nahmen den Hubschrauber BO 105 aus verschiedenen Perspektiven auf.

Höchste Ansprüche an die Piloten

DLR_BOS_7586.jpg

Enger Raum und Manöver dicht über dem Boden stellten an die DLR-Testpiloten Sebastian Soffner und Uwe Göhmann höchste Ansprüche. Teilweise mussten in lediglich zehn Metern Höhe Wippmanöver geflogen werden.

Kalksteinbruch Winterberg

DLR_BOS_1435.jpg

Die jüngsten Versuche fanden in dem Kalksteinbruch Winterberg der Fels-Werke GmbH bei Seesen statt.

Fliegen nach genauen Vorgaben

DLR_BOS_7553.jpg

Die Manöver des Hubschraubers mussten eng mit den Kameraaufnahmen koordiniert werden.

Artikel zum Thema

  • Eurocopter BO 105
    (http://www.dlr.de/dlr/desktopdefault.aspx/tabid-10203/339_read-270/)

Links

  • DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
    (http://www.dlr.de/as)
  • Hubschrauberforschung
    (desktopdefault.aspx/tabid-10612)