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RACER fliegt schneller mit Rotorkopfverkleidung der TU München

Bei der Entwicklung des neuen Hubschrauber-Demonstrators RACER arbeitet Airbus Helicopters mit verschiedenen Forschungseinrichtungen zusammen. Am Lehrstuhl für Aerodynamik und Strömungsmechanik der Technischen Universität München (TUM) haben sich Wissenschaftler intensiv mit der Auslegung der Rotorkopfverkleidung des Hochgeschwindigkeits-Hubschraubers beschäftigt.

26.02.2021

Wissenschaftler der Technischen Universität München haben eine aerodynamisch optimierte Rotorkopfverkleidung für den RACER entworfen. Sie soll den Energieverbrauch senken und höhere Geschwindigkeiten ermöglichen. © TU München

Auf der Luftfahrtmesse in Le Bourget hat Airbus Helicopters im Juni 2017 das Konzept seines Demonstrators eines neuen Hochgeschwindigkeits-Hubschraubers vorgestellt. Das Projekt mit dem Namen RACER ist in das europäische Forschungsprogramm Clean Sky 2 eingebettet. RACER ist ein Akronym für „Rapid And Cost Effective Rotorcraft“ und basiert auf den Erkenntnissen, die Airbus Helicopters mit seinem eigenfinanzierten X3-Demonstrator gesammelt hat.

Erstflug war ursprünglich für 2020 geplant

Airbus arbeitet bei dem Projekt unter anderem mit den Forschungsinstitutionen DLR und ONERA sowie mit verschiedenen anderen Institutionen wie beispielsweise der Technischen Universität München zusammen. Ursprünglich war geplant, RACER schon im Sommer 2020 in die Luft zu bringen. RACER soll die Leistungsgrenzen für Hubschrauber verschieben. Das von zwei Aneto-Wellenturbinen von Safran Helicopter Engines angetriebene Fluggerät soll eine Geschwindigkeit von 216 Knoten (400 Stundenkilometer) im Vorwärtsflug erreichen und zudem leiser und umweltfreundlicher sein als heutige Hubschrauber. RACER ist nicht nur mit einem Rotor ausgerüstet, sondern auch mit Tragflächen, die aerodynamisch effizient Auftrieb erzeugen und den Rotor entlasten.

Bei der hohen Reisegeschwindigkeit spielt auch die Aerodynamik des Hubschraubers eine signifikante Rolle. Im Projekt FURADO (Full Fairing Rotor Head Aerodynamic Design Optimization) haben Forscher der TU München in Zusammenarbeit mit Airbus Helicopters daher eine aerodynamische Verkleidung für den Rotorkopf entwickelt.

„Die Komponenten, die beim Hubschrauber im Reiseflug den meisten Widerstand verursachen, sind der Rumpf und der Rotorkopf“, erklärt Patrick Pölzlbauer, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Aerodynamik und Strömungsmechanik. Während für den Rumpf schon Geometrien entwickelt wurden, die möglichst wenig Luftwiderstand verursachen, existierte nach Angaben der Universität für den Rotorkopf bisher noch keine aerodynamisch optimierte Vollverkleidung. Die TU München führt das auf die komplexe Aerodynamik des Rotors zurück. Die Drehbewegung des Rotors führe zu einer permanenten Änderung der Anströmbedingungen am Rotorblatt. Neben der laminaren Strömung entstehe auch eine abgelöste Strömung, die einen besonders hohen Widerstand habe.

Abgelöste Strömung bremst RACER

„Eine abgelöste Strömung entsteht, wenn zum Beispiel die Kontur des Körpers mit einer Kante abgeschnitten wird, wie etwa bei einem stumpfen Fahrzeugheck am Auto“, erklärt Professor Christian Breitsamter. „Dann löst die Strömung ab und es gibt Verwirbelungen.“ Auch im Rotorkopfbereich existieren an der Schnittstelle zu den Rotorblättern solche stumpfen Kanten.

Am Lehrstuhl für Aerodynamik und Strömungsmechanik werden Simulationen komplexer aerodynamischer Prozesse mit Hilfe moderner Software und Berechnungsmethoden durchgeführt.

Patrick Pölzlbauer gelang es, die Form des Rotorkopfes so zu designen, dass die Strömung dort möglichst lange anliegend bleibt und nur kleine Verwirbelungen entstehen sollen, teilte die TU München mit. Im Zuge des Projektes entwickelte er eine Optimierungskette für die aerodynamische Gestaltung von Geometrien. Diese könnte theoretisch auch für die Entwicklung von Verkleidungen anderer Rotormodelle angewendet werden.

„Es ist geplant, die entwickelten Rotorkopfverkleidungen zu fertigen und am Flugdemonstrator zu testen“, sagte Pölzlbauer. Die Wissenschaftler warten gespannt auf den ersten Flugversuch des RACER. Denn erst dann wird sich zeigen, ob die Verbesserungen der Aerodynamik auch wirklich den vorab simulierten Ergebnissen entsprechen.

Volker K. Thomalla

 

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Über Volker K. Thomalla

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Volker K. Thomalla ist Chefredakteur von aerobuzz.de. Er wurde 2021 mit dem Aerospace Media Award (Kategorie Business Aviation) ausgezeichnet. Er berichtet seit über 35 Jahren als Journalist über die Luft- und Raumfahrt. Von 1995 bis 2016 leitete er als Chefredakteur die Redaktion aerokurier, von 2000 bis 2016 zusätzlich die Redaktionen FLUG REVUE und Klassiker der Luftfahrt. Thomalla war zwischen 2016 und 2020 Chefredakteur des englischsprachigen Business-Aviation-Magazins BART International. Er hat mehrere Bücher über die Luftfahrt geschrieben und als Privatpilot auch praktische Flugerfahrung gesammelt.

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