Untersuchung von innovativen Helikopterkonfigurationen am Modellversuch

Abstract

In dieser Arbeit wurden drei verschiedene Hubschrauber-Konfigurationen zur Verzögerung des dynamischen Strömungsabrisses untersucht. Ein Hubschrauber besitzt einen konventionellen Heckrotor, der an einem Ausleger am Heck zur Kompensierung des Giermoments angebracht ist. Die anderen zwei Modelle haben jeweils einen um 45° bzw. 90° zur Längsachse gedrehten Heckausleger in Tragflügelform, der auf der rücklaufenden Rotorseite positioniert ist. Mittels des seitlichen Flügels soll der Hauptrotor auf der rücklaufenden Rotorseite entlastet und der dynamische Strömungsabriss hinausgezögert werden. Dazu sind die vorhandenen Mess- und Windkanaldaten der Seitenwindversuchsanlage in Göttingen untersucht worden. Diese bestehen aus Kraft- und Momentenmessungen, die mittels einer Piezo-Waage aufgenommen wurden, sowie aus Blattspitzenbildern bei Psi = 90° und 270°. Des Weiteren wurden die Steuereingaben der Funkfernbedienung ausgewertet. Die Versuche wurden für Kanalgeschwindigkeiten zwischen 0 – 30 m/s durchgeführt. Mit einer Rotordrehzahl von 1250 min^-1 und einem Rotorradius von 0,78 m ergibt sich ein maximaler Fortschrittsgrad von mu = 0,29 m. Mittels der Rekonstruktion der Blatteinstellwinkel aus den Funkfernbedienungsdaten und der Blattspitzenbilder konnte eine Reduktion des Anstellwinkelwinkels um bis zu 25 % im Vergleich mit dem konventionellen Hubschrauber bewiesen werden. Für den realen Hubschrauberflug wird mit der Unterdrückung des dynamischen Strömungsabrisses eine höhere Fluggeschwindigkeit realisierbar und weitere Effekte wie Vibrationen reduziert. Weiter zeigt sich anhand der Steuerung, dass der um 45° gedrehte Heckausleger aufgrund seiner Position die Trimmausschläge in Längs- und Querrichtung unterstützen kann. Der Vortrieb wird durch den zusätzlichen Strömungswiderstand durch den Flügel reduziert, weshalb ab 25 m/s für den Hubschrauber mit 90°-Ausleger kein stationärer Flugzustand erreicht werden kann. Die Flügel sind kleiner oder die Schubpropeller am Ende des Flügels größer zu dimensionieren.