Mehr Puste für Hubschrauber

Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Göttingen haben eine Möglichkeit gefunden, Hubschrauber manövrierfähiger zu machen. In einem weltweit einmaligen Windkanal-Experiment haben sie durch Löcher in den Rotorblättern Luft ausgeblasen und damit die Strömung aktiv beeinflusst.

Dem Rotor verdankt der Hubschrauber seine besondere Fähigkeit, senkrecht starten und landen zu können. Er bringt aber gleichzeitig aerodynamische Nachteile mit sich. An dem Blatt des Hauptrotors eines Hubschraubers, das sich gerade nach hinten bewegt, reißt im schnellen Vorwärts- oder Manöverflug die Luftströmung ab – es kommt zum „Dynamic Stall“. Dadurch entstehen Wirbel, Auftrieb geht verloren und große Kräfte wirken auf den Rotor. Der Luftwiderstand erhöht sich und die Steuerstangen am Rotorkopf sind enormen Belastungen ausgesetzt. „Das ist, als ob jemand mit einem Vorschlaghammer auf den Rotor schlägt“, erklärt Anthony Gardner vom DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik. Die Folge: Die Höchstgeschwindigkeit und die Manövrierfähigkeit von Hubschraubern werden begrenzt, besonders in großen Flughöhen.

Die Idee der Göttinger Forscher wirkt wie eine Art aerodynamischer Dämpfer für die Hubschrauberrotoren: Durch kleine Löcher im Rotor wird Luft nach außen gedrückt. Dies vermindert die Stärke der schädlichen Verwirbelungen beim Strömungsabriss. Die auf den Rotor wirkenden Nickmomente, die die Leistung einschränken, lassen sich so deutlich verringern.

Die Experimente fanden im Transsonischen Windkanal Göttingen statt, ein in seinem Geschwindigkeitsbereich in Deutschland einmaliger Windkanal. In der 50 Meter langen und zwölf Meter hohen Anlage kann simuliert werden, wie sich Flugzeuge nahe der Schallgeschwindigkeit im transsonischen Bereich und darüber hinaus bis zu mehr als Mach 2,2 verhalten. Für die aktuellen Versuche wurde ein ein Meter großes Segment eines Rotors in den Windkanal eingebaut. Ein kompliziertes Druckluftsystem mit Ventilen bläst die Luft durch 42 Öffnungen mit drei Millimetern Durchmesser hinaus. 74 Sensoren messen bis zu 6000-mal in der Sekunde den Druck am Rotorblatt. Dadurch lässt sich die Luftströmung exakt darstellen. In einem nächsten Schritt sollen die Ergebnisse an einem neuen Rotorprüfstand auch am drehenden Rotor untersucht werden.

Zuvor hatten die Göttinger DLR-Forscher bereits eine passive Strömungsbeeinflussung getestet, bei der die Beulen des Buckelwals als Vorbild dienten. „Erst in jüngster Zeit haben wir die Computerpower um zu berechnen, wie ein solches Windkanalmodell aussehen muss“, erläutert Gardner. Die scheinbar triviale Frage, wie groß Abstand und Größe der Löcher sein müssen, um einen positiven Effekt zu erzielen, ließ sich mit Hilfe der Supercomputer des DLR klären.

DLR / AH