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Rotorblätter mit variabler Verwindung

Die Rotorblätter für AdapTilt besitzen eine variable Verwindung, d.h. die Verwindung der Rotorblätter kann im Flug geändert werden, um sich den Anströmbedingungen anzupassen. Als Verwindung wird der Winkel zwischen Blattwurzel und Blattspitze bezeichnet. Somit kann ein besserer Kompromiss zwischen Rotor und Propeller erreicht werden.

Anströmung von Rotor und Propeller

Die Strömung an einem Rotor/Propeller kann grob in zwei Komponenten aufgeteilt werden. Zum einen die Strömung durch dir Rotorebene und zum anderen die Strömung genau in der Rotorebene. Die tatsächliche Anströmung kann dann durch vektorielle Addition der beiden Komponenten berechnet werden.

Geschwindigkeiten durch die Rotorebene und senkrecht dazu. Vektorielle Addition der Geschwindigkeiten.

Die Geschwindigkeitskomponente in der Rotorebene vt entsteht dabei durch die Drehbewegung des Rotors. In der Mitte ist sie null. Nach außen hin steigt sie linear an bis zu ihrem maximalen Wert. Dieser maximale Wert, die so genannte Blattspitzengeschwindigkeit beträgt bei einem Rotor mit D=0,5m und einer Drehzahl von n=2000 U/min ungefähr vtip=52,5 m/s.
Die Geschwindigkeit durch die Rotorebene entspricht im Schwebeflug der so genannten induzierten Geschwindigkeit. Diese induzierte Geschwindigkeit bzw. die mit der induzierten Geschwindigkeit bewegte Luftmasse sorgt auch dafür, dass ein Hubschrauber überhaupt schwebt. Sie beträgt bei den AdapTilt Rotoren (D=0,5m; Schub etwa T=3 bis 4N) nach Strahltheorie nur grob abgeschätzt etwa vind=2 bis 3 m/s. In der Realität ist die induzierte Geschwindigkeit nicht konstant über dem Rotorradius. Für prinzipielle Betrachtungen kann dies aber vereinfacht angenommen werden.
Im Vorwärtsflug entspricht die Geschwindigkeit etwa der Fluggeschwindigkeit vflug, da die induzierte Geschwindigkeit im Vorwärtsflug kaum ins Gewicht fällt (durch den größeren Massendurchsatz ist sie betragsmäßig wesentlich geringer als im Schwebeflug). Bei AdapTilt angestrebt sind etwa vflug= 20 m/s bis 25 m/s (90 km/h).

Nachfolgende Skizzen geben die oben genannten Zahlen maßstäblich wieder:

Resultierende Anströmung im Schwebeflug. Resultierende Anströmung im Vorwärtsflug.

Es ist klar erkennbar, dass der Winkel der resultierenden Anströmung sich im Schwebeflug über dem Rotorradius kaum verändert. Im Vorwärtsflug ändert er sich dagegen sehr stark. Diese maßstäbliche Änderung, wie oben dargestellt, nach den vereinfachten Annahmen,  beträgt schon etwa Δα=36° bei vflug=20 m/s. Bei vflug=25 m/s beträgt diese schon Δα=45°.

 

Verbesserung der Anströmbedingungen

Aus den obigen Betrachtungen wird schnell klar: Ein Rotor bzw. Propeller (auch Proprotor genannt) für einen Senkrechtstarter kann eigentlich nur für einen Arbeitspunkt optimal ausgelegt werden. Oder aber man findet einen Kompromiss, der in beiden Flugzuständen noch ansprechend funktioniert. Für AdapTilt kommen daher Rotorblätter zum Einsatz, die ihre Verwindung ändern können. Nachfolgendes Video zeigt die praktische Umsetzung:

 

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