Bessere Rotorblätter vom Buckelwal abgeschaut

• 30. January 2012

Bei der Suche nach einer Möglichkeit, den Strömungsabriss bei Hubschraubern zu vermeiden, sind Forscher des DLR Göttingen bei Meeressäugern fündig geworden.

Buckelwale sind für ihre große Schnelligkeit und Akrobatik bekannt. Dies verdanken sie ihren ungewöhnlich großen Brustflossen, die an der Vorderseite charakteristische Beulen aufweisen. Die Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR)  haben dieses Element zur Verringerung des Strömungsabrisses auf den Hubschrauberrotor übertragen und getestet.

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, 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. Die Folge: Höchstgeschwindigkeit in großer Flughöhe und insbesondere die Manövrierfähigkeit von Hubschraubern sind begrenzt. Außerdem schränken dadurch auftretenden Vibrationen der Passagierkomfort eingeschränkt.

Bei der Suche nach einer Möglichkeit, den Strömungsabriss bei Hubschraubern zu vermeiden, sind Forscher vom DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik in Göttingen beim Buckelwal fündig geworden. Ihre Untersuchungen haben gezeigt, dass durch die Beulen an ihren Brustflossen der Strömungsabriss unter Wasser deutlich später auftritt und der Auftrieb höher ist. Die DLR-Mitarbeiter haben die Idee auf den Hubschrauberrotor übertragen und sich als Leading-Edge Vortex Generators (Levogs) patentieren lassen. Strömungsphänomene sind im Wasser wie in der Luft vergleichbar und lassen sich skalieren. Darum sind die künstlichen Beulen auf den Rotorblättern kleiner als beim Buckelwal. Sie haben einen Durchmesser von sechs Millimetern und wiegen nur 0,04 Gramm. Experimente im Windkanal waren vielversprechend. Jetzt fand im Rahmen des DLR-Projekts Simcos (Advanced Simulation and Control of Dynamic Stall) auch ein Flugversuch mit dem DLR-Forschungshubschrauber Bo 105 in Braunschweig statt. Dazu wurden auf jedem der vier Rotorblätter 186 LEVoGs aus Gummi geklebt.

Schon die Piloten hätten bereits ein anderes Verhalten der Rotorblätter festgestellt. Nächster Schritt sei ein Flug mit einer speziellen Messanlage, um die Effekte genau erfassen zu können. Sollte sich die Idee als erfolgreich erweisen, ließen sich Hubschrauber ohne größeren Aufwand nachrüsten. Bei Neubauten würden Konturen von vornherein in die aus Titan bestehende Blattvorderkante gefräst.

DLR / OD