Optimierung der segmentweisen Ansteuerung eines aktiven Verwindungsrotors zur Vibrations- und Leistungsbedarfsreduzierung im Vorwärtsflug

Kurzfassung

Die Mehrzahl der bisher gebauten Modellrotorblätter mit aktiver Verwindung hatten mehrere Aktuatorsegmente pro Blatt, die jedoch nur einheitlich kontrolliert werden konnten. Das Ziel dieser Arbeit ist es, das Konzept der aktiven Verwindung für unterschiedliche radiale Bereiche zu untersuchen. Schwerpunkt soll hier die Optimierung der Steuerparameter bezüglich einer Vibrations- und Leistungsbedarfsreduzierung sein. Die Untersuchungen in dieser Arbeit werden an einem Modellrotorblatt mit sechs über den Radius verteilten, separat ansteuerbaren Piezo-Aktuatoren durchgeführt. Für die Durchführung der theoretischen Studien wird das am DLR entwickelte Rotorsimulationsprogramm S4 verwendet. Die aktive Verwindung wird dabei über eine implizite Winkelformulierung in der Simulation berücksichtigt. Es wird zunächst eine manuelle Parameterstudie für die Steuerfrequenzen 2-7/rev und den gesamten Autoritätsbereich der Aktuatoren durchgeführt. Um die Anzahl der Rechenfälle begrenzt zu halten, werden lediglich monofrequente Einsteuerungen zusammenhängender Segmentbereiche untersucht. Anschließend wird eine automatische Optimierung der Steuerparameter durchgeführt. Dabei werden zum einen, die in der manuellen Parameterstudie als optimal identifizierten Steuergesetze für Vibration und Leistung nachgerechnet und verfeinert und zum anderen nicht zusammenhängende Aktuatorbereiche mit individuellen Steuerphasen für jedes Segment sowie eine multifrequente Einsteuerung mit 2+3/rev berücksichtigt. Um die Plausibilität der gefundenen Ergebnisse zu überprüfen und um die aktive Verwindung mit anderen aktiven Steuerungskonzepten ins Verhältnis setzen zu können, werden die als optimal gefundenen Steuergesetze mit Simulationsrechnungen für eine aktive Hinterkantenklappe und der individuellen Blattwurzelsteuerung verglichen.