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Forschung für leisere Hubschrauber

Dass ein Hubschrauber senkrecht starten und landen kann, verdankt er seinem Rotor. Dieser ist allerdings auch für den Lärm im Flug verantwortlich. Wie genau dieser Rotorlärm entsteht, untersuchen jetzt Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtbehörde NASA in Göttingen. Ziel ist es, künftige Hubschrauber leiser zu machen.

Die Kooperation zwischen der NASA und dem DLR ist in einem beiderseitigen Abkommen vereinbart. “Unsere Spezialität im DLR Göttingen ist die optische Messtechnik für Strömungen”, sagt Prof. Markus Raffel, Leiter der Abteilung Hubschrauber im DLR Göttingen. Der NASA-Wissenschaftler James T. Heineck bestätigt: “Darin zählen die Göttinger zu den besten der Welt.” Die NASA-Forscher bringen neben neuester Messtechnik ihre Erfahrung aus Experimenten im größten Windkanal der Welt mit ein.

Wirbel als Lärmursache
“Fast alles, was man von einem Hubschrauber hört, ist aerodynamischer Lärm. Ein großer Teil davon entsteht durch die sogenannten Blattspitzenwirbel”, sagt Raffel. Blattspitzenwirbel entstehen am äußeren Ende des Rotorblattes. “Auf der Oberseite bildet sich ein Unterdruck, der die Luft nach oben zieht. Diese dreht sich dabei zu einem Wirbel, dem sogenannten Blattspitzenwirbel, auf und wird danach nach unten gelenkt”, erklärt DLR-Wissenschaftlerin Dr. Karen Mulleners, die die Tests zusammen mit den NASA-Kollegen durchführt, “Treffen die nachlaufenden Rotorblätter auf diese Wirbel, kommt es zu den typischen Knattergeräuschen von Hubschraubern.”

Für ihre Untersuchungen verwenden die Wissenschaftler einen Prüfstand mit einem Rotormodell der RWTH Aachen. Mit sieben Hochgeschwindigkeitskameras, Laser und Hochleistungs-Leuchtdioden (LED) machen sie die Wirbel sichtbar. “Das Besondere ist die gleichzeitige Verwendung von drei verschiedenen optischen Messtechniken”, so Raffel. Dabei werden die Dichte und die Geschwindigkeitsfelder in den Wirbeln sowie die Verformung der Rotorblätter erfasst. Ähnlich wie in der Medizin helfen so mehrere Untersuchungsmethoden, die richtige Diagnose zu stellen. Dank neuester Hochgeschwindigkeitskameras sind bis zu 4000 Einzelbilder pro Sekunde möglich. Damit lassen sich erstmals die turbulenten, sich ständig verändernden Wirbel laufend beobachten. Bislang war die Kameraauflösung lediglich ausreichend, um Momentaufnahmen zu machen.

Wirbel können Sicht einschränken
Es gibt noch ein weiteres Problem, das die Blattspitzenwirbel verursachen: Treffen sie bei Start oder Landung auf den Boden, kann Staub oder Schnee aufgewirbelt werden. Dem Piloten droht dann ein sogenannter “Brownout” – der vollständige Verlust der Orientierung.

Die aktuellen Messungen sollen die Grundlage für künftige Tests in einem Windkanal bilden. Später sind Untersuchungen an einem echten Hubschrauber angedacht. (DLR)