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Rotorversuchstand

ROTEST im DNW

Zur Validierung von modernen Berechnungsverfahren zur Aerodynamik und Akustik von Hubschraubern ist es erforderlich, Windkanaltests mit Hubschraubermodellen durchzuführen. Die gewonnenen Ergebnisse liefern einen wesentlichen Beitrag zur Reduzierung des Entwicklungsrisikos und zur Verringerung von Entwicklungszeit und -kosten neuer Hubschraubersysteme. Weiterhin ist es möglich, mit systematischen Windkanalversuchen eine Optimierung im Hinblick auf Vibrations- und Lärmminderung und zur Erhöhung des Leistungspotentials bereits bestehender und zukünftiger Komponenten und Gesamtsysteme durchzuführen.

Seit 1973 wird im Institut ein Rotorversuchsstand betrieben, der im Laufe der Jahre weiterentwickelt und den jeweiligen Anforderungen entsprechend angepasst wurde. Der Großteil der Versuche findet im großen Niedergeschwindigkeitswindkanal der Deutsch Niederländischen Windkanäle (DNW) in den Niederlanden statt, wobei die Vorbereitung und Kalibrierung der jeweiligen Modelle in der Rotorhalle des Instituts erfolgt. Zur Anwendung kommen hauptsächlich Machzahl- und dynamisch skalierte Rotoren mit einem Durchmesser von bis zu 4,2 m. Diese Größe ermöglicht eine sehr gute Übertragbarkeit der Resultate auf die Großausführung. Es stehen zwei Teststände (MWM - Modulares Windkanal Modell, ROTEST - Rotor Test Stand) zur Verfügung, so dass Vorbereitungen auch parallel durchgeführt werden können.

Steuerpult des Rotorversuchsstandes

Hauptbestandteil beider hydraulisch angetriebener Systeme ist eine 6-Komponenten-Rotorwaage auf Basis von Dehnungsmessstreifen und Piezoaufnehmern zur Messung aller am Rotorkopf angreifenden statischen und dynamischen Kräfte und Momente. Beide Systeme bieten die Möglichkeit, mit verschiedenen Rotorköpfen (gelenkig, gelenklos) versehen zu werden und sind sowohl für Rechts- als auch Linkslauf ausgelegt. Weiterhin können beide Stände je nach Anforderung auch mit unterschiedlichen Waagen für Rumpf, Heckrotor oder Leitwerke erweitert werden, so dass nicht nur Rotoren, sondern auch Gesamtkonfigurationen vermessen werden können.

Mit Hilfe einer einzigartigen Datenerfassungsanlage können gleichzeitig bis zu 350 Kanäle aus dem drehenden und festen System (Waagendaten, Beschleunigungssensoren, Drucksensoren, Dehnungsmessstreifen, Temperaturen etc.) aufgezeichnet, weiterverarbeitet und zur Überwachung des Betriebszustandes des Modells verwendet werden. Zur Steuerung und Überwachung der Modelle dient ein modular aufgebauter Steuercontainer, welcher die Datenerfassungsanlage, ein Steuerpult und die Regelung der Hydraulik beinhaltet.

In den vergangenen Jahren wurden im DNW eine Reihe von Windkanaltests mit zahlreichen internationalen Partnern durchgeführt. In der Kampagne HELIFLOW (2000) stand die Erforschung der Strömungsphänomene, die bei der Interaktion zwischen Haupt-, Heckrotor und Rumpf entstehen, im Vordergrund.

2001 wurde im Rahmen des Projekts HART-II der Einfluss einer höherharmonischen Steuerung (HHC) mittels elektro-hydraulischer Aktuatoren auf das Vibrationsund Lärmverhalten eines BO 105 Rotors untersucht. Als zusätzliche Messtechnik kamen 3-Komponenten-PIV (Particle Image Velocimetry) zur Untersuchung der Blattwirbelstrukturen, eine Mikrofontraverse zur Messung der Akustik unterhalb des Rotors und eine optische Vermessung der Blattdeformation durch SPR (Stereo Pattern Recognition) zum Einsatz.

HeliNoVi

2004 fanden innerhalb des EU-Projekts HeliNoVi Versuche zum Einfluss verschiedener Konstruktionsparameter wie Heckrotorposition, -drehzahl und -drehrichtung, Abstand zwischen Hauptrotor und Rumpf auf das Lärm- und Vibrationsverhalten eines kompletten BO 105 Modells statt.

Für die Entwicklung eines zivilen europäischen Kipprotorflugzeuges wurden zwischen 2006 und 2007 drei Windkanalkampagnen mit einem Halbmodell im DNW durchgeführt, an denen das Team des Rotorversuchsstandes mit der Datenerfassung und Steuerung der Modelle beteiligt war. Die Besonderheiten des Modells sind unabhängig voneinander verstellbare Innen- und Außenflügel, deren Belastungen mit je einer Waage gemessen werden können und die jeweils mit einer zusätzlichen Hinterkantenklappe ausgerüstet sind. In TILTAERO wurde die Rotor-Flügel-Interaktionsaerodynamik untersucht, in ADYN der Einfluss eines optimierten Rotors auf die Akustik und in ADYN II das Flatterverhalten der Flügel-Motorgondel-Kombination.

GOAHEAD

Zur Erstellung einer umfangreichen Datenbasis für die Validierung moderner numerischer Strömungssimulationsprogramme (CFD - computational fluid dynamics) wurde 2008 der Windkanaltest im Rahmen des EU-Projekts GOAHEAD durchgeführt. Die Daten von insgesamt über 130 dynamischen und 300 statischen Druckmessstellen am Rumpf, über 100 dynamischer Blattdrucksensoren, Infrarotmessungen zur Bestimmung von Ablösungen am Rumpf, Heißfilmsensoren, PIV und SPR stehen in den kommenden Jahren zur Auswertung zur Verfügung. In den kommenden Jahren sind Windkanaltests mit einem Gesamtmodell eines Kipprotorflugzeugs (NICETRIP) sowie zur Untersuchung aktiver Rotorsteuerungen mit Hilfe von Hinterkantenklappen (ABC), aktiver Blattverwindung (AcTOR) und einer Mehrfachtaumelscheibe (VAR-META) geplant.