Erweiterung einer Hubschraubersimulation um ein Abwind-Interaktionsmodell

Abstract

Im Kontext fortwährend steigender Ansprüche einer Vielzahl an sich im Widerspruch stehender Optimierungsparameter wie u. a. Maximalgeschwindigkeit im Horizontalflug, Schwebeflugverhalten, Zuladekapazität, Wendigkeit sowie Autorotationsverhalten, gewinnt eine präzise Abbildung der Interaktions- und Interferenzaerodynamik während des Hubschrauber-Entwicklungsprozesses zunehmend an Bedeutung. Begründet liegt dies in der Tatsache, dass die Komponenten eines Hubschraubers, wie Hauptrotor, Rumpf oder Heckausleger, eine räumliche Nähe zueinander aufweisen und sich dadurch aerodynamisch sowie strukturmechanisch gegenseitig beeinflussen. Diese gegenseitigen Einflüsse bereits im Bereich des Hubschraubervorentwurfs zu identifizieren ist eine Herausforderung. Eingebettet in das Projekt "Versatile Aeromechanics Simulation Tool" (VAST) beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), thematisiert diese Arbeit die Implementierung einer Interaktionsalgorithmik und die damit in Zusammenhang stehenden Grundlagen. Zunächst erfolgt eine Einführung in die grundlegenden Methoden der Aerodynamik und Flugmechanik von Drehflüglern, woraufhin die in diesem Kontext gängigen Modellierungsmethoden diskutiert werden. Durch die intensive inhaltliche Auseinandersetzung mit den bereits in das Simulationsframework implementierten Modellen, werden Anforderungen an potenzielle Interaktionsalgorithmen abgeleitet. Durch Berücksichtigung der durch den Hauptrotor verursachten Abwinde ändern sich die Anströmverhältnisse und Strömungszustände an Rumpf- und Leitwerkskomponenten teilweise stark. Die daraus resultierenden Effekte werden durch die implementierten Methoden in VAST erstmalig abgebildet. So werden Effekte wie u. a. "Pitch-Up" in den Simulationsergebnissen sichtbar, was für eine Erhöhung der Ergebnisqualität sorgt. Die berechneten Ergebnisse werden validiert, ehe in einem Folgeschritt weitere durchgeführte Optimierungsansätze beleuchtet werden. Abschlie- ßend werden in der Zusammenfassung sowie Diskussion der zentralen Ergebnisse potenzielle Anknüpfungspunkte für die weitere Forschung erörtert.