Flugphysikalische Modellierung und Simulation von Drehflüglern
Die Modellierung und Simulation von Drehflüglern ist ein essenzieller Forschungsbereich, der durch den hochmodularen Forschungscode MAECOsim® vorangetrieben wird. Dieser Code ermöglicht präzise aeromechanische Analysen klassischer und innovativer Rotor-Konfigurationen und erfüllt die zunehmenden Anforderungen an Vorhersagegenauigkeit in der Luftfahrt. Die enge Zusammenarbeit zwischen Forschungseinrichtungen und Industriepartnern fördert Fortschritte in der Rotortechnologie und unterstützt die Entwicklung effizienter Entwurfskonzepte.
Modellierung und Simulation von Drehflüglern
Für die Simulation und die Bewertung von Drehflüglern wird der hochmodulare Forschungscode MAECOsim® entwickelt, mit dem klassische Hubschrauberkonfigurationen mit Haupt- und Heckrotor, aber auch ungewöhnliche Konfigurationen mit mehreren Rotoren für Auf- und Vortrieb sowie Windenergieanlagen aeromechanisch simuliert werden können. Die Entwicklung, an der mehrere DLR-Institute und mittlerweile auch einige Universitäten beteiligt sind, geschieht in enger Kooperation mit dem Industrieunternehmen Airbus Helicopters Deutschland, um dem ständig wachsenden Bedarf an hoher Vorhersagegenauigkeit im Bereich der Simulation gerecht zu werden und die Grenzen der derzeitigen umfassenden Simulation von Drehflüglern zu erweitern. MAECOsim® impliziert eine Vielzahl von Disziplinen wie zum Beispiel Flugmechanik, Strukturdynamik inklusive Mehrkörpersimulation sowie Aerodynamik, und ist für ein breites Spektrum an Genauigkeit für beispielsweise konzeptionelle und vorläufige Entwürfe, Echtzeit-Flugsimulatoren, Kopplung mit High-Fidelity-Methoden oder detaillierte aeromechanische Simulationen ausgelegt.
Rotortechnologie
Mit Beginn der Entwicklungen von Hubschraubern wurden verschiedenste Rotorsysteme und -technologien konzipiert und in die Luft gebracht. Angefangen mit am Rotorkopf gelenkig angeschlossenen Rotorblättern aus Holz oder Metall, um die immensen Kräfte und Momente im drehenden System unter Kontrolle zu bringen, wurde mit fortschreitender technologischer Entwicklung auf dem Gebiet der Materialforschung erst das gelenklose und später dann das lagerlose Rotorsystem moderner Rotoren mit Blättern aus faserverstärkten Kunststoffen entwickelt. Um die verschiedenen Rotortechnologien simulieren und bewerten zu können, sind Modelle für die unterschiedlichen Rotorsysteme für die aeromechanische Simulation erforderlich, die neben dem dynamischen Schwingungsverhalten der elastischen Blätter und der Primärsteuerung des Hubschraubers auch Sekundärsteuerungen wie zum Beispiel die aktive Rotorsteuerung zur Vibrations- und/oder Lärmbeeinflussung abdecken. Sämtliche Modelle werden in der Regel mit Hilfe von Ergebnissen aus Versuchen (Windkanal, Flugversuch) validiert.
Integrierter Entwurf von Drehflüglern
Mit dem integrierten Entwurf wird eine multidisziplinäre Modellgenerierung von Drehflüglern durchgeführt, um so konkrete Leistungs- und Missionsanforderungen zu erfüllen. Das Institut für Flugsystemtechnik hat als federführendes Institut in diesem Bereich zwei Aufgaben. Zum einen sind dies die flugmechanische Modellierung, die Berechnung und der regelbasierende Aufbau einer beliebigen virtuellen Konfiguration innerhalb der Prozesse. Dazu gehört auch die Weiterentwicklung der DLR-eigenen Simulationswerkzeuge. Die zweite Aufgabe ist die Gesamtarchitektur und die Integration der diversen Disziplinen. Neben der Flugmechanik und Modellierung kommen ebenfalls Methoden der Aerodynamik, Triebwerkstechnik (Verbrennung und elektrisch), strukturellen Integrität und Kabinenkonzepte zur Anwendung. Die Entwurfskonfigurationen reichen von konventionellen Hubschraubern für die Luftrettung über progressive Mehrrotorkonfigurationen bis hin zu leistungsstarken Hochgeschwindigkeitshubschraubern.
