ABSCHLUSSBERICHT - Skalierbarkeit und Risikominimierung von Technologie bei innovativem Design (SKAT)

Kurzfassung

Das Hauptziel der DLR-FT-Aktivitäten in Zusammenarbeit mit Airbus Helicopters Deutschland (AHD) war es, das Potential der Übertragung von am 4-Blatt Rotor erforschten IBC-Steuerungsverfahren zur Lärm-, Leistungs- und Vibrationsreduktion auf einen 5-Blattrotor zu untersuchen und zu bewerten. Dabei sollten insbesondere die Effektivität von Einzelblatt-Tracking (manuell und geregelt), Higher Harmonic Control (HHC), Individual Blade Control (IBC) sowie Localized Pitch Control (LPC) bezüglich Lärm, Vibrations- und Leistungsreduktion untersucht werden. Ein weiteres Ziel des DLR war es, in Windkanalversuchen die Fähigkeit der META zu demonstrieren, auch bei einer asymmetrischen Verteilung der Blattansteuerung auf die verwendeten Taumelscheiben (jeweils 2 bzw. 3 Blätter pro Taumelscheibe) ihr IBC-Potential voll auszuschöpfen. Die Ergebnisse sollten AHD dabei unterstützen, für die Helikopterentwicklung eingesetzte Tools neu bzw. weiter zu entwickeln, um so Designprozesse und Auslegungsverfahren für aktive Rotorsteuerungen auf zukünftige Helikoptergenerationen (größere Helikopter, neue Konfigurationen) skalieren und erfolgreich transferieren zu können. In der ersten Phase des DLR-Beitrages zum Verbundvorhaben stand die Weiterentwicklung und Erweiterung der Mehrfachtaumelscheibe (META) um eine blattindividuelle Ansteuerung von fünf Rotorblättern durch die META zu gewährleisten. Neben einem neuen Rotorkopf auf Basis des vorhandenen Bo-105 Rotorkopfes umfasste dies auch die Konstruktion und Fertigung neuer Taumelscheiben sowie eines zusätzlichen Modellrotorblattes, um den bereits im Vorgängerprojekt FTK-META-WK gemeinsam mit AHD konstruierten und gefertigten FTK-Modellblattsatz zu ergänzen. In einer zweiten Phase wurden die bisher verwendeten Steuer- und Regelgesetze für die META sowie das bis dahin verwendete Sicherheitskonzept überarbeitet und erweitert. Dazu zählen unter anderem eine Neuauslegung der Aktuatorregelung sowie der Einsatz einer individuellen Pitchwinkelregelung zur Verbesserung der Steuergenauigkeit. Nach Abstimmung des Testprogrammes mit AHD und Vortests in der Rotorhalle des DLR wurde die META im Rahmen einer Windkanalmesskampagne mit 9 Belegungstagen im Niedergeschwindigkeits-Windkanal (LLF) des DNW in den Niederlanden erprobt. Dabei konnten sowohl die IBC-Fähigkeit der META an einem fünfblättrigen Rotor sowie signifikante Reduktionen der Rotorleistung, des Vibrationsniveaus und des Blattwirbelinteraktionslärms durch die Anwendung von HHC, IBC und LPC sowie eines adaptiven Vibrationsreglers in unterschiedlichen Flugzuständen nachgewiesen werden.