Experimentelle Untersuchung des dynamischen Strömungsabrisses an einem Rotor mit axialer Zuströmung

Abstract

Der dynamische Strömungsabriss (Dynamic Stall) am rücklaufenden Blatt des Hauptrotors führt zu erhöhten Lasten und Vibrationen, die die Flugenvelope von modernen Helikoptern einschränken. In dieser Arbeit wird ein Rotorteststand entwickelt, um den Dynamic Stall unter optimierten Randbedingungen zu untersuchen. Durch die Konstruktion des Teststandes werden der Betrieb im Bodeneffekt verhindert, Rezirkulationen des Rotornachlaufes reduziert und eine gute optische Zugänglichkeit des gesamten Rotorumlaufes gewährleistet. Der Rotor mit einem Durchmesser von 1.3 m wird bei einer Drehfrequenz von 23.6 Hz betrieben, was bei 75% Radius eine Machzahl von 0.21 und eine auf die Profiltiefe bezogene Reynoldszahl von 353 000 ergibt. Für eine zyklische Blattansteuerung mit einer Amplitude von 6.2° und einem mittleren Steuerwinkel von 16.9° bei 75% Radius zeigen optische Strömungsfeld- und Infrarotmessungen sowie Strömungsvisualisierungen und Oberflächendruckdaten eine Strömungsablösung für die Hälfte des Rotorumlaufes. Die stark dreidimensionale Ablösung wird bei 84% Radius initiiert und breitet sich von dort zur Blattspitze und -wurzel aus. Während der Ablösung spielen Zentrifugalkräfte eine dominante Rolle im Rezirkulationsgebiet. Der Dynamic Stall verursacht eine starke Aperiodizität in Strömungsfeld- und Oberflächendruckdaten.