TICS-Tip Clearance Sensor, Entwicklung eines Sensors zur Erfassung des Blattspitzenabstands bei Koaxialhubschraubern

Kurzfassung

Hubschrauber gehören mit zu den komplexesten Fluggeräten. Sie verhalten sich im Vergleich zu einem Flächenflugzeug instabil, tendieren also immer dazu, in eine Richtung wegzukippen. Es gibt sie in vielen verschiedenen Bauformen. Neben den klassischen Hubschraubern mit einem Haupt- und einem Heckrotor gibt es auch Systeme, die mit zwei Rotoren arbeiten. Auch hier gibt es verschieden Bauformen, z.B. die ineinander kämmenden oder koaxial angeordnete Rotoren. Ein Rotorsystem der letzteren Art wird in dieser Arbeit behandelt. Dabei sind zwei Rotoren übereinander angeordnet. Diese drehen zwecks Ausgleichs des Drehmoments gegensinnig zueinander, was einen Heckrotor überflüssig macht. Da beide Rotoren jeweils ein zentrales Schlaggelenk aufweisen und sich die einzelnen Rotorblätter zudem elastisch verformen können, ist es möglich, dass sich in bestimmten Flugsituationen die Blattspitzen des oberen und des unteren Rotors nahekommen. Um eine Kollision zu vermeiden, müssen die Rotoren mit einem entsprechend großen Abstand zueinander angeordnet werden. Zudem gibt es aktuell keine Möglichkeit, den Blattspitzenabstand im Betrieb zu erfassen und ihn dem Piloten im Cockpit anzuzeigen. Das hat zur Folge, dass der Pilot die Maschine nicht in ihren Grenzbereiche fliegen kann. Um den Blattspitzenabstand erfassen zu können und somit die Sicherheit im Flugbetrieb zu erhöhen, soll ein Sensor entwickelt werden, welcher die Unterschreitung eines Mindestabstands der Blattspitzen dem Piloten meldet. Neben der dadurch erhöhten Sicherheit kann auch eine Verringerung des konstruktiven Abstands in Betracht gezogen werden. Ein solcher Sensor ist zurzeit nicht auf dem Markt verfügbar. Vom DLR wurde ein Patent für ein entsprechendes Sensorprinzip angemeldet und eingetragen [1]. Im Rahmen dieser Arbeit soll nun mit Hilfe von Simulationen, Berechnungen und Messungen zuerst die Machbarkeit eines solchen Sensors geprüft und bei Erfolg dieser entwickelt werden. Dazu wird zu Beginn der Verlauf einer induzierten Spannung simuliert. Es wird versucht, diesen mit den Messwerten in Einklang zu bringen. Daneben finden Messungen statt, um verschiedene Parameter und deren Einfluss auf die Induktionsspannung darstellen und bestimmen zu können. Nach Auswertung der Daten können alle Parameter soweit notwendig skaliert oder zumindest im relevanten Bereich beschrieben werden. Eine einfache Form des Abstandsensors kann bereits experimentell eingesetzt werden.