Experimentelle Untersuchung der Schallemission eines Kleinrotors

Kurzfassung

Kleinrotoren werden sowohl in unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs) als auch in Flugtaxis eingesetzt. Da UAVs und Flugtaxis vermehrt im urbanen Raum eingesetzt werden sollen, hängt die Akzeptanz dieser Fluggeräte wesentlich von deren Lärmemission ab. Im Rahmen des Projekts „Urban Rescue“ wurde daher am Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik des DLRs in Göttingen sowohl die Aerodynamik als auch die Aeroakustik kleiner Rotoren experimentell und numerisch untersucht. Dieser Beitrag fokussiert sich auf die Präsentation der Ergebnisse der akustischen Untersuchungen. Die akustischen Messungen werden mit einem neuartigen Mikrofonarray bestehend aus 512 MEMS-Mikrofonen durchgeführt. Dabei werden im Windkanal sowohl der Schwebeflug, als auch der Vorwärtsflug mit variierender Anströmgeschwindigkeit, Rotordrehzahl und Rotorneigungswinkel untersucht. Durch Anwendung von Beamforming-Algorithmen können aus den akustischen Messungen die Schallentstehungsgebiete des emittierten Breitbandlärms lokalisiert werden. Die Analyse zeigt, dass im Schwebeflug der Hinterkantenlärm bei 80% des Rotorradius die dominante Quelle des Breitbandlärms ist. Im Vorwärtsflug hängt die Emission des Breitbandlärms stark vom Betriebszustand des Rotors ab. Insbesondere bei einer Neigung des Rotors entgegen der Flugrichtung (Bremsmanöver) kommt es im vorderen Bereich des Rotors zu einer erhöhten Schallemission. Die Anwendung der optischen background-oriented schlieren Messtechnik zeigt, dass die Interaktion der Rotorblätter mit den Blattspitzenwirbeln im Rotornachlauf für die erhöhte Schallemission verantwortlich ist.