Abteilung Hubschrauber

Forschungsgebiete

Auch aus Sicht der Aerodynamik gehört der Hubschrauber/Drehflügler mit zu den kompliziertesten Luftfahrzeugen. Aufgrund der drehenden Rotoren ist die Umströmung eines Hubschraubers grundsätzlich instationär und von einer Vielzahl unterschiedlicher aerodynamischer Phänomene geprägt. So sind z.B. am Rotor transsonische Effekte auf dem vorlaufenden Rotorblatt, Rückanströmung und dynamische Strömungsablösungen am rücklaufenden Blatt sowie starke Wechselwirkungen der Rotorblätter untereinander zu beobachten.

Anders als beim Transportflugzeug ist die Rotorbewegung nicht nur von aerodynamischen Kräften bestimmt, sondern auch von Trägheits-Kräften und -Momenten sowie der Steuerung der Blatteinstellwinkel. Blattbewegung und Blattverformung sind daher ein wichtiger Bestandteil einer aerodynamischen Simulationsrechnung und müssen durch Kopplung der aerodynamischen Simulationsverfahren mit Struktur- und Trimmverfahren mit berücksichtigt werden.

Ziel der Abteilung Hubschrauber ist die aerodynamische und aeroakustische Optimierung von Hubschraubern und einzelner Hubschrauber-Komponenten. Dadurch lassen sich zum einen die Lärm- und Abgas-Emissionen reduzieren und zum anderen die Effizienz und Leistungsfähigkeit dieses besonderen Luftfahrzeugs steigern.

Arbeitsgebiete der Abteilung:
Strömungsphysik von Rotoren
Rotormesstechnik
Aerodynamische Analyse
Entwurf und Optimierung
Aeroakustik für Hubschrauber

Neben den Aktivitäten zum Kernthema „Hubschrauber“ gibt es noch zwei weitere Arbeitsgebiete:
Fluglärmberechnungsverfahren und Fluglärmprognose
Aerodynamische Analyse und Optimierung von Windkraftrotoren

Schlagworte

Strömungsanalyse, Leistungsbewertung, Rotorblattprofile, Strömungsabriss, Rotorblatt, Dynamic Stall, Rotorblattspitzelwirbel, Strömungskontrolle, Fluglärm, Lärmimmissionsprognose, Hubschrauber

Areas of research

The aerodynamics of helicopters is highly complex. Due to the rotation of the rotors the flow is always unsteady and it features various flow phenomena. For a helicopter in forward flight the flow on the advancing rotor blade experiences transonic effects, while on the retreating blade dynamic stall may occur. The wakes of the rotor blades interfere significantly with the other rotor blades. The flow about the fuselage and the empennage of the rotorcraft has a high impact on flight performance and handling characteristics.

The objective of the department helicopters is to study the physics of helicopter flows as well as to optimize the aerodynamic and aeroacoustic characteristics of helicopters. The research contributes to increasing the performance of the helicopters and to reducing their environmental footprint in terms of exhaust and noise emissions.

Research areas of the department:

Flow physics of rotors
The research contributes to the understanding of the relevant flow phenomena of unsteady, rotating flows

Measurement techniques for rotors
Development and adoption of modern measurement techniques for aerodynamic experiments in wind tunnel and flight tests.

Aerodynamic analysis
Extension and validation of the CFD solvers under development at the Institute for Aerodynamics and Flow Physics to helicopters. A focus is the highly accurate prediction of the flow about rotors and complete helicopter configurations. A multidisciplinary simulation approach with high-fidelity simulation methods including a Fluid-Structure-Trim-coupling is mandatory to resolve the relevant flow features and to consider the significant motion of the rotor blades. The motion of the rotor blades is not only prescribed by the pilot, but is also affected significantly by the aerodynamic forces, the rotor's dynamic behavior and the elastic deformations of the blades.

Design and optimization
Aerodynamic Design and Optimization of helicopters to increase flight performance and to reduce drag. The challenge in helicopter design is to consider all the various flight states of helicopters with partly contradicting design requirements for example hover and forward flight. The development of multidisciplinary multipoint design- and optimization-tools is therefore an important part of the research.

Helicopter aeroacoustics
The research in helicopter aeroacoustics aims at understanding the noise sources of helicopters and developing technologies to reduce the noise emission of helicopters. The research includes the development and application of numerical methods for the acoustic analysis and design as well as flight tests.

Next to the activities for rotorcrafts the department helicopters is involved in two additional research activities:

Prediction of aircraft noise emission and imission
Research aims at procedures for the prediction of aircraft noise pollution and the development of computer models which can be used as part of these procedures. In addition the group acts in an advisory capacity to public authorities, the aviation industry and interest groups as well as providing general advice about aircraft noise questions.

Aerodynamic analysis and optimization of wind turbines
Research for wind turbines aims at improving their aerodynamic efficiency and at increasing the reliability of load prediction. This requires to consider the realistic operational conditions, for example the realistic atmospheric inflow, the elastic deformation of the rotor blades, and the controller. The development of highly accurate, multidisciplinary simulation and optimization chains is therefore an important part of the research.

Keywords

Flow Analysis, Performance, Assessment, Pitching, Rotor Blade Airfoils, Dynamic stall, rotor blades, Rotor Tip Vortices, Flow Control, Helicopter, Prediction noise immission

Kontakt

Ansprechpartner/-in

Herr Prof. Dr. Markus Raffel
Funktion:
Abteilungsleitung
Telefon:
0551/709-2817
Telefax:
0551/709-2404

Forschungseinrichtung

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR), Göttingen
Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
Abteilung Hubschrauber
Hausanschrift:
Bunsenstraße 10
37073 Göttingen
Stand: 14.07.2017