Abschlussbericht Innovative Rotorsysteme (INROS)

Abstract

Aufgeteilt in die drei Arbeitspakete „Innovative Rotorkopfsysteme“, „Innovative Rotorblätter“ und „Innovative Rotorsteuerung“ beschreibt der Bericht die Arbeiten zur Untersuchung spezieller Rotorkopf-Technologien und Konfigurationen, welche durch verminderten Leistungsbedarf und höhere Fluggeschwindigkeiten zu einer Erweiterung des Einsatzspektrums zukünftiger Hochleistungshubschrauber beitragen. Zu diesem Zweck wurde im Vorhaben das Potential verschiedenerer Ansätze wie z.B. Rotoren mit gesteuerter Schwenkbewegung (Prinzip Derschmidt) oder voll kardanisch angeschlossene Rotornaben untersucht und im Hinblick auf eine Realisierung bewertet. Die Erweiterung der Programmpakete HOST und SIMPACK erlauben dabei Untersuchungen zu Gimbal-Rotoren, zum Einfluss von Zelle und steuerbaren Leitwerken sowie zur gesteuerten Schwenkbewegung. Grundlage für den innovativen Rotor ist das Thema Profiloptimierung. Neben der Profiloptimierung für stationäre Strömungszustände ist vor allem die Optimierung unter Berücksichtigung instationärer aerodynamischer Effekte ein wesentliches Thema. Ausgangspunkt ist die Erfahrung von Eurocopter mit den von DLR und Onera entwickelten Rotorprofilen der Serien DM HX und OAXXX, die in allen modernen Hubschraubern von Eurocopter Verwendung finden. Durch den Einsatz sogenannter High Fidelity CFD Verfahren für den Profilentwurf, die auch die instationäre Simulation schwingender Profile oder eines vollständigen Rotors erlauben, ist ein deutlicher Schritt in Richtung verbesserter Rotorblattprofile. Ziel war es dabei, das instationäre Verhalten der Profile, und hier im Besonderen deren instationäres Überziehverhalten (Dynamic Stall) und das Nickmoment während des gesamten Blattumlaufes, den Einsatzanforderungen entsprechend anzupassen ohne dabei an aerodynamischer Leistung, ausgedrückt durch Gleitzahl, Widerstand und Maximalauftrieb, zu verlieren. Bei der Innovativen Rotorsteuerung geht es um die Modellierung, Modifikation und Simulation innovativer Steuerungskonzepte für den Hubschrauber mit dem Simulationsprogramm HOST (Helicopter Overall Simulation Tool). Ein besonderes Augenmerk wird dabei auf die dezentrale, individuelle Rotorblattsteuerung gelegt (Blattwurzelsteuerung, Blattklappensteuerung), wobei primär auf die Fragestellung der Steuerwirkung und Primärsteueraufteilung eines kombinierten Steuerungssystems bestehend aus aktiver Blattwurzel- und Blattklappensteuerung eingegangen wird. Mit Hilfe von Optimierungsrechnungen werden Klappenparameter derart ausgelegt, dass eine möglichst große Klappenwirkung bei gleichzeitig minimaler Stellleistung der aktiven Blattwurzelsteller und möglichst ebenfalls geringer Gesamtrotorleistung erreicht wird. Die erzielten Ergebnisse werden maßgeblich die Machbarkeit einer dezentralen, individuellen Rotorblattsteuerung beeinflussen, indem sie die Beherrschbarkeit und den positiven Nutzen der Aufteilung der Steuerwirkung zwischen Blattwurzel und Blattklappe aufzeigen.