Hubschrauber und aktive Rotoren

Aus systemdynamischer Sicht sind Hubschrauber und ihre Rotoren sehr komplex und somit aus wissenschaftlicher Sicht sehr interessant. Wir arbeiten in zwei Richtungen: (a) an der Regelung von Aktiven Rotoren und die Charakterisierung und Optimierung des Flugkomforts und (b) die spezielle Dynamik von ultraleichten Koaxial-Hubschraubern und deren Stabilisierung mit rein elektrischen Aktuatoren.

Im Flugbetrieb bewegt sich ein Rotorblatt während eines Umlaufes  einerseits aus der Rotorebene heraus (Schlagbewegung) und andererseits innerhalb der Rotorebene (Schwenkbewegung). Die Schwenkbewegung ist aufgrund des geringen aerodynamischen Widerstandes nur schwach gedämpft und kann daher zu Phänomenen wie Boden- oder Luftresonanz führen. Um diese Resonanzen zu verhindern, wurde ein Regelungskonzept entwickelt, das Hinterkantenklappen zur Erhöhung der Schwenkdämpfung nutzt. Dieses Konzept wurde auf einem Hubschrauber des Typs EC145 umgesetzt und weltweit erstmalig bei Flugtests gezeigt. Die Maschine mit der die Flugversuche durchgeführt wurden, kann heutzutage vor dem Pfaffenwaldring 27 besichtigt werden. Die originalen Rotorblätter des Flugversuchs lagern bei der Airbus Helicopters Deutschland GmbH in Donauwörth.

Ein Teil der Vibrationen in einem Helikopter kann auf herstellungsbedingte Unterschiede zwischen den Rotorblättern zurückgeführt werden. Diese Unterschiede führen dazu, dass die Rotorblätter sich während einer Rotorumdrehung unterschiedlich bewegen, was zu statischen und dynamischen Unwuchten führt. Diese haben unter anderem Vibrationsbelastungen an der Hubschrauberzelle zur Folge. Um solche Vibrationen zu minimieren, wurde ein Regelungskonzept entwickelt, das die ständige aktive Anpassung der Rotorblattbahnen in jedem Flugzustand beinhaltet. Die Regelung wurde weltweit zum ersten Mal bei Flugversuchen mit einer EC145 erfolgreich demonstriert.

Die Einzelblattansteuerung hat ihr Potential bei verschiedenen Regelaufgaben, wie der Reduktion von Vibrationen und der Erhöhung der Schwenkdämpfung auf einem EC145 (vier Rotorblätter, 3.5 t) bewiesen. Der Rotor des Helikopters war hierbei mit aktiven Hinterkantenklappen bestückt. Aktuelle Arbeiten konzentrieren sich nun auf die Übertragung der Technologie auf andere Hubschrauberkonfigurationen, beispielsweise bzgl. der Rotorblattzahl oder der Hubschraubergröße.

Zum Seitenanfang