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Einen Schritt näher an den sauberen, grünen Hochgeschwindigkeitsdrehflügler von morgen

Drehflügler wie Hubschrauber werden eine wichtige Rolle im ehrgeizigen Ziel der EU spielen, einen kostengünstigen, umweltfreundlichen, sicheren und ungefährdeten Luftverkehr zu gewährleisten. Eine EU-Initiative befasste sich mit verschiedenen Herausforderungen bei der Einführung von Drehflüglern der nächsten Generation.

Verkehr und Mobilität
Grundlagenforschung

Für typische Drehflügler-Missionen wie medizinische Notfälle sowie Suche und Rettung ist Zeit ein kritischer Faktor. Dafür werden Hochgeschwindigkeitshubschrauber erforderlich. Daher wäre die Erweiterung des Flugleistungsbereichs in Richtung höherer Reisegeschwindigkeiten eine wichtige Innovation im Bereich der Drehflügler Das war eine der Grundanforderungen für das EU-finanzierte Projekt FURADO.

Testgelände für Drehflügler mit neuem Konzept

Clean Sky 2, das größte europäische Luftfahrtforschungsprogramm aller Zeiten, widmet sich der Vervollständigung von Flugzeugdemonstratoren und integriert Technologien in tragfähige, innovative konzeptionelle Konfigurationen. Zwei sehr unterschiedliche Arten von Drehflüglern sind in Planung. Einer der Drehflügler wird Rapid And Cost-Effective Rotorcraft (RACER) genannt („schneller und kosteneffizienter Drehflügler“). Dabei wird ein Rotor mit einer zusätzlichen Antriebsform kombiniert, normalerweise mit zusätzlichen Schubmotoren oder Propellern. Die Einführung von Hochgeschwindigkeitsdrehflüglern auf dem zivilen Drehflüglermarkt verspricht eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Drehflüglerkonzepten. Innovation führt direkt zur Etablierung einer industriellen Führungsrolle in Europa. Das Projekt FURADO hat direkt zur Entwicklung des RACER-Demonstrators beigetragen. Der Demonstrator kombiniert die vorteilhaften Eigenschaften von Starrflüglern und Drehflüglern. Er ermöglicht einen schnellen und effizienten Vorwärtsflug und führt kurze oder vertikale Starts und Landungen durch. Aufgrund seiner hohen Reisegeschwindigkeit war die aerodynamische Effizienz eine der größten Herausforderungen bei der Entwicklung des Demonstrators. Der aerodynamische Wirkungsgrad reduziert auch den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen. Stromlinienförmige Rotorkopfverkleidungen können den Luftwiderstand erheblich reduzieren. „Die vollständige stromlinienförmige Verkleidung der Strukturkomponenten vom Rotorkopf bietet insgesamt ein erhebliches Potential zur Verringerung des Luftwiderstands“, erklärt Patrick Pölzlbauer, führender Projektwissenschaftler. „Das Projekt FURADO hat dank eines vollständigen stromlinienförmigen Rotorkopfverkleidungskonzepts, welches fortschrittliche Konstruktionsmethoden und numerische Strömungsmechaniken anwendet, zur Verbesserung der Leistung von nachhaltigen, schnellen und effizienten Hubschraubern beigetragen.“

Automatische aerodynamische Optimierung

Die Projektpartner haben ein vielseitiges Optimierungswerkzeug entwickelt, das mithilfe von numerischen Strömungssimulationen eine vollautomatische aerodynamische Formentwicklung ermöglicht. Sie legten einen Arbeitsablauf für die Optimierung des aerodynamischen Designs von Rotorkopfverkleidungen fest und wandten ihn erfolgreich auf die Entwicklung der RACER-Vollverkleidung an. Das FURADO-Team konzentrierte sich dann auf die Vorentwicklung möglicher vollständiger stromlinienförmiger Rotorkopf-Verkleidungskonfigurationen. Der Schwerpunkt lag auf der vorläufigen Optimierung des aerodynamischen Designs der Rotorblätterverkleidung, der Mütze und der stromlinienförmigen Mastverkleidung für Reiseflüge. Die nächste Entwicklungsphase beinhaltete eine verfeinerte aerodynamische Optimierung vielversprechender vollständiger stromlinienförmiger Verkleidungskonfigurationen unter dem Rotordreheffekt. Man befasste sich auch mit der aerothermischen Risikobewertung der vollständigen stromlinienförmigen Verkleidungskonfiguration des Rotorkopfes. Dazu untersuchten die Teammitglieder den externen Strom des Hubschraubers und den internen Strom durch das RACER-Oberdeck. Die neu entwickelte FURADO-Verkleidung wurde mit der aktuellen RACER-Rotorblätterverkleidung verglichen. Am isolierten Rotorkopf mit abgeschnittenen Rotorblättern wurde eine Verringerung des Luftwiderstandes um 5 % und eine Auftriebssteigerung um 24 % erzielt. Zuletzt hat das Team die entwickelten Softwarepakete in den Arbeitsablauf integriert und eine umfassende Datenbank für das Design und die Analyse des gesamten Verkleidungsrotorkopfs erstellt. „FURADO hat die Reife der vollständigen stromlinienförmigen Verkleidungskonzepte für zukünftige Hubschrauberdesigns vorangetrieben. Die Ergebnisse werden für die Hubschrauberindustrie bei der Unterstützung neuer Lösungen für sehr effiziente Fahrzeuge hinsichtlich Kraftstoffverbrauch, Emissionen und Lärm von großem Wert sein“, schließt Pölzlbauer. „Alle Bemühungen zur Verringerung des Luftwiderstandes werden erhebliche Auswirkungen auf die Entwicklung neuer Hubschrauber haben.“

Schlüsselbegriffe

FURADO, stromlinienförmige Verkleidung, Drehflügler, Aerodynamik, Hubschrauber, Rotorkopf, RACER, Lufttransport

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