Technologie

Schnell und leise durch die Lüfte

26.06.2020 - Konzept für Hochgeschwindigkeits-Hubschrauber Racer zeigt überzeugende Kombination von Eigenschaften.

Er fliegt schneller, weiter und effektiver als bisherige Hubschrauber: der Demonstrator Racer (Rapid And Cost-Effective Rotorcraft). Bereits 2017 stellte Airbus das Konzept für den neuen Hoch­geschwindigkeits-Hubschrauber im Boxwing-Design vor. Nun haben Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) die akustischen Eigenschaften der Konfiguration analysiert und heraus­gefunden: Racer ist nicht nur schneller, er ist auch leiser.
 

Was die Forscher des Braunschweiger DLR-Instituts für Aerodynamik und Strömungs­technik gemeinsam mit der französischen Luft­fahrt­forschungs­einrichtung Onera jetzt anhand ihrer rechner­gestützten Daten belegen können: Der Racer fliegt mit über 400 km/h nicht nur 100 bis 200 km/h schneller als jeder „normale“ Hubschrauber, er ist auch überraschend leise – und dass, obwohl er nicht nur über einen Rotor, sondern zusätzlich über zwei weitere Propeller verfügt. „Im Rahmen des Europäischen Luft­fahrt­forschungs­programms Clean Sky 2 ist es uns gelungen, nach der aerodynamischen Bewertung und Mitgestaltung des von Airbus geplanten neuen Hubschrauber-Konzepts Racer, jetzt auch eine vollständige akustische Analyse durchzuführen“, erklärt DLR-Ingenieur Dr. Jianping Yin. „Der Lärm von Propellern und Rotor wurde für die gesamte Racer-Konfiguration in verschiedenen Flug­zuständen untersucht. Zudem wurde die akustische Streuung und Schall­abschattung des Propeller­lärms durch den Rumpf analysiert.“

Möglich wird das leise Flugverhalten, da der Racer wie ein Flugzeug geflogen werden kann. Es können also andere Flugzustände eingestellt werden, als bei herkömmlichen Hubschraubern. Für den futuristischen Demonstrator sind die Lärm­minderungs­maßnahmen eine wichtige Voraussetzung, denn er ist stark auf den Betrieb für Rettungs­einsätze, notärztliche Versorgung, öffentliche und private Versorgungs- und Transport­flüge ausgelegt. Und für die spielen nicht nur Schnelligkeit und Reichweite eine Rolle, sondern auch eine geringere Lärm­belästigung in Wohnräumen und Menschennähe.

Der Racer, der an eine Mischung aus Flugzeug und Hubschrauber erinnert, hat mit seinem ausgefallenen Design die Wissenschaftler bei der akustischen Analyse vor viele Heraus­forderungen gestellt. Aufgrund der vielen Interaktionen zwischen Rotor, Propellern, Flügeln, Rumpf und Leitwerk mussten sie mit zahlreichen Untersuchungen für einzelne Abschnitte, Komponenten und Flug­zustände immer wieder neue Vergleiche anstellen. Ob rechts­drehender Propeller und oberer Flügel oder links­drehender Propeller und unterer Flügel, ob Rotor und Propeller oder Flügel und Rumpf – alle Konstellationen, alle Randbedingungen, wie Flugzustand, Geschwindigkeit und Höhe, alle gegenseitigen Beeinflussungen von Strömungs­richtung, -geschwindigkeit und –nachläufen wurden ebenso berücksichtigt wie die Rotations­richtung von Rotor, Propellern und Randwirbeln sowie deren Auswirkungen auf den Auftrieb.

„Indem wir in einzelnen Schritten mögliche Interaktionen analysiert haben, konnten wir herausfinden, wie sich beispielsweise die besondere Flügelform und die Propeller aerodynamisch und akustisch beeinflussen“, erklärt Jianping Yin. So habe sich unter anderem heraus­gestellt, dass der Propeller einen willkommenen Einfluss auf den Widerstand des Hubschraubers hat, wenn er sich entgegen der Rotations­richtung der an den Flügelspitzen entstehenden Wirbel dreht. „Das geschieht dadurch, dass der Propeller so ein Teil der Energie aus den Flügel­wirbeln zurück­gewinnen kann“, führt Yin aus. Ein weiteres Ergebnis: Im Reiseflug ist der Abstand des Hauptrotors zu den Flügeln und Propellern ausreichend, um diese nicht direkt mit seinem Nachlauf zu treffen. Allerdings muss beim Design berücksichtigt werden, dass der Hauptrotor die auftreffende Luft im Flug ablenkt und dadurch die Umströmung der Flügel und Propeller beeinflusst.

Alle Ergebnisse ermöglichen es jetzt, die lärm­verursachenden Interaktionen zwischen einzelnen Komponenten vorherzusagen, bevor der Demonstrator 2021 im Flug­versuch erprobt werden soll. Nachdem die Erkenntnisse zunächst in den nun abgeschlossenen Entwurf der neuen Konfiguration eingeflossen sind, können bereits jetzt die Flugbahnen des Hubschraubers so optimiert werden, dass die Lärm­belästigung minimiert wird.

DLR / DE
 

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