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Lärm-Visualisierung des Helikopters der nächsten Generation

| Redakteur: Benjamin Kirchbeck

Er fliegt schneller, weiter und effektiver als bisherige Hubschrauber: der Demonstrator RACER. Bereits 2017 stellte Airbus das Konzept im Boxwing-Design vor. Nun haben Wissenschaftler die akustischen Eigenschaften der Konfiguration analysiert und herausgefunden: Der RACER ist nicht nur schneller, sondern vor allem auch leiser.

Der Demonstrator Racer“ soll Geschwindigkeit, Kosteneffizienz und Nachhaltigkeit kombinieren.
Der Demonstrator Racer“ soll Geschwindigkeit, Kosteneffizienz und Nachhaltigkeit kombinieren.
(Bild: Airbus)

Der Airbus-Prototyp „Racer“ (Rapid And Cost-Effective Rotorcraft) ist auf eine Reisegeschwindigkeit von über 400 km/h ausgelegt und soll dennoch deutlich lärmreduzierter auftreten. Forscher des DLR-Instituts für Aerodynamik und Strömungstechnik und der französischen Luftfahrtforschungseinrichtung ONERA konnten das nun anhand ihrer rechnergestützten Daten belegen. Der RACER fliegt 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.

Hierfür wurde eine vollständige akustische Analyse durchgeführt. Der Lärm von Propellern und Rotor wurde dabei für die gesamte 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.

Die Lärmkontur des Airbus RACER
Die Lärmkontur des Airbus RACER
(Bild: DLR)

"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 DLR-Ingenieur Dr. 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 der Anwohner minimiert wird.

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