Aerodynamische Untersuchung des Wirbelnachlaufs eines Hubschrauberrotors mit einem Panel-Verfahren

Abstract

In dieser Arbeit werden numerische Simulationen mit der DLR Free Wake Unsteady Panel Method für einen Vierblattrotor mit verschiedenen Testfällen durchgeführt, um die Machbarkeit der Simulation des Strömungszustandes am Rotorteststand Göttingen zu untersuchen. Das Simulationsprogramm basiert auf einem potentialtheoretischen Ansatz, und hinsichtlich der Annahme einer inkompressiblen, reibungs- und ablösungsfreien Strömung erfolgt die Simulation unter einem geringeren Rechenaufwand im Vergleich zu Computational Fluid Dynamics (CFD)-Simulationen. Mit Hilfe der Simulation eines Rotors mit Spinner wird die Integration des Prüfstandaufbaus in die Simulation untersucht. Im Rahmen einer Konvergenzstudie werden die notwendige Auflösung der Rotorblattgeometrie für hinreichend genaue Simulationsergebnisse bestimmt sowie der Einfluss von Parametern zum Generieren des Wirbelnachlaufes dargelegt. Auf Basis dieser Studie werden stationäre Strömungssimulationen bei Einstellwinkeln zwischen 18° <= alpha <= 30° und instationäre Simulationen mit alpha = 24° - 6° · cos(psi) durchgeführt und mit CFD-Simulationen sowie mit Messungen am Prüfstand verglichen. Durch die Auswertung des berechneten Schubbeiwertes, der Zirkulation und der Entwicklung des Blattspitzenwirbels wird die Güte der Unsteady Panel Method bestimmt. Ferner gibt der Vergleich mit zusätzlichen Simulationsergebnissen einer fortschrittlichen Blattgeometrie Aufschluss über die Einsatzmöglichkeit des Simulationsprogramms zur Optimierung zukünftiger Rotorblattgeometrien.