Untersuchungen zur Wirbeldynamik von Helikoptern im Schwebeflug in turbulenter Umgebung

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Joachim Kähler; Professor Dr.-Ing. Markus Raffel
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 568659470

Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens besteht darin, verschiedene Einflussgrößen auf die Aerodynamik von Rotorsystemen sowie die aerodynamische Analyse grundlegender Rückkopplungsmechanismen des Blattspitzenwirbelsystems zu identifizieren und zu charakterisieren. Es wird erwartet, dass sich aus den gewonnenen Daten und Erkenntnissen längerfristig Modelle entwickeln lassen, die zu einem besseren Verständnis der Phänomene und zu einer besseren Vorhersagefähigkeit führen können. Um das übergeordnete Ziel zu erreichen, ist das Erreichen folgender Einzelziele notwendig. Ziel 1: Der Zusammenhang zwischen dem möglichst homogenen Turbulenzgrad im Fernfeld der Einströmung und in der durch das Rotorblatt beschleunigten Zuströmung kurz vor dem Rotorblatt soll gemessen und modelliert werden. a. Es soll zudem gemessen und modelliert werden, wie dies mit dem Grenzschichtübergang zur Turbulenz bzw. der Grenzschichtablösung und schließlich mit den Belastungen auf das Luftfahrzeug zusammenhängt. b. Es soll geklärt werden, ob sich die zuvor gewonnenen Erkenntnisse auf den Vorwärtsflug übertragen lassen. Ziel 2: Der Zusammenhang zwischen dem Turbulenzgrad im Fernfeld und der Wirbelpaarung soll geklärt und modelliert werden. Dies soll durch Vergleiche mit Berechnungen und Messungen bei möglichst homogener Anströmung für verschiedene Betriebszustände (Schaufelzahl, Schub) erfolgen. c. Eine Variation der Anströmturbulenz und eine absichtliche Verstimmung der Rotorblatteinstellwinkel soll die Stärke des Effekts hervorheben und so eine Analyse vereinfachen bzw. erst ermöglichen. d. Das Verständnis der Physik dieser beiden Phänomene im Vergleich zur Theorie soll eine Anleitung für die Behandlung von Turbulenzgraden in Berechnungsprogrammen liefern. Am Ende des Projekts werden Referenzdaten und Vorgehensweisen für die Rotorströmung einschließlich Grenzschichtübergang und laminarer Ablösung unter Turbulenzeinfluss vorliegen. Zusätzlich werden Referenzdaten und Modellierungsmethoden für Wirbelpaarung und Wirbelzerfall für Rotoren im Modell- und Originalmaßstab entwickelt und bereitgestellt für zukünftige Analysen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Privatdozent Dr.-Ing. Anthony Gardner; Dr.-Ing. Rainer Hain