Einflüsse von Starrflügeln auf die Längsdynamik und Flugleistungen von Tragschraubern

Abstract

In dieser Arbeit wird eine theoretische Betrachtung vorgestellt, die beleuchtet, welche Leistungseinsparungen durch die Verwendung eines Tragflügels am Tragschrauber erreicht werden können. Weiterhin werden Flugbereichsgrenzen, welche durch die Kombination von Tragflügel und autorotierendem Rotor entstehen, untersucht. Es werden analytische Formulierungen hergeleitet, die Aspekte der Kombinationstragschrauberflugmechanik beleuchten. Um die theoretischen Erkenntnisse zu untermauern, wird ein Flugversuchsträger aufgebaut, im Windkanal vermessen und im Freiflug getestet. In den Flugversuchen wurden spezifische Flugbereichsgrenzen offenbar, die auch mit Hilfe der theoretischen Betrachtungen und Simulationsmodelle reproduziert werden können. Um die Erkenntnisse weiterhin praktisch nutzbar zu halten, werden einfache Designregeln vorgeschlagen, mit denen sich Ambitionen zur Effizienzsteigerung und zur Wahrung von ausreichendem Abstand zu bekannten Flugbereichsgrenzen für zukünftige Entwürfe gemeinsam realisieren lassen. This work presents theoretical approaches to investigate possible performance gains caused by the hybridization of a gyrocopter and a fixed wing aircraft. Furthermore, possible envelope limitations caused by the combination of a fixed wing and an autorotating rotor are examined. Analytical formulations describing several aspects of compound gyrocopter are deduced. To substantiate the theoretical findings a flight demonstrator is built, measured in wind tunnel and tested in free flight. During flight test specific envelope limitations were found, which can be reproduced using simulation models and theoretic approaches. To make practical use of the results found, simple design considerations are proposed. Those may be considered to realize future compound gyrocopter designs combining ambitions to increase the flight performance with the demand to ensure sufficient margin to the flight envelope limitations