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Aerodynamische Messungen

Vermessung des Rotorblatt Profils im Windkanal

Das verwendete Rotorblattprofil mit der Bezeichnung CM1 wurde von mir im Rahmen des Profilentwurfsseminar am Institut für Aerodynamik und Gasdynamik entworfen. Es besitzt eine besonders spitze Nase für kleine Re-Zahlen und relativ viel S-Schlag. Der Einsatzzweck waren eigentlich Modellhubschrauber mit etwa 0,5m Rotordurchmesser und vorbildgetreuen Mehrblattrotorsystemen. Der S-Schlag sollte ungewolltes Aufbäumen im Landeanflug verhindern. Allerdings ist dieser Versuch einer flugmechanischen Optimierung in der heutigen Zeit kaum noch von Relevanz, da die meisten Mehrblattrotoren mittlerweile mit Flybarless Systemen geflogen werden. In der ursprünglich geplanten Verwendung konnte das Profil bisher auch noch nicht erprobt werden.
Wegen des großen S-Schlags ist zumindest unter quasi-zweidimensionalen Anströmbedingungen im Windkanal ein Turbulator unumgänglich. Im Windkanal wurde somit nicht nur die generelle Eignung des Profils für dieses Projekt untersucht, sondern es wurden auch verschiedene Turbulatoren bei verschiedenen Re-Zahlen getestet.

 

Messungen am Rotorsystem auf dem Prüfstand

Das Rotorsystem wurde auf einem Rotorprüfstand, dem so genannten Whirltower erprobt. Dieser Whirltower ist eine relativ simple Eigenentwicklung. Gemessen werden dabei:

  • Schub
  • Drehmoment
  • Drehzahl

Der Schub wird mittels Waage und einem Gegengewicht gemessen. Das Drehmoment wird ebenfalls mit einer Waage gemessen. Allerdings ist hierfür noch ein Umlenkhebel nötig, welcher einen Längenausgleich über einige Millimeter zulässt, um die Bewegung der Schubmesswage nicht zu behindern. Die Drehzahlmessung erfolgt über einen optischen Drehzahlmesser.

 

Die Messungen des AdapTilt Rotorsystems auf dem Prüfstand verliefen überaus erfolgreich. Mittels Fotoaufnahmen mit kurzer Belichtungszeit konnte bestätigt werden, dass sich die Rotorblätter im Betrieb nicht ungewollt verformen. Die gemessenen Leistungsdaten sind absolut zufriedenstellen. Der maximale gemessene Schub beträgt T= 9,5N (entspricht einer Gewichtskraft von etwa 970g). Der maximale gemessene Leistungsgütegrad beträgt etwas mehr als FoM=0,5 (etwa FoM=0,52 bis 0,53). Das sind bei Rotoren dieser Größe durchaus übliche Werte. Damit scheinen sich keine Nachteile zu ergeben im Vergleich zu einem starren, herkömmlichen Rotorsystem.

Vermessung des kompletten Antriebs im Windkanal

Um sicher gehen zu können, dass die AdapTilt Rotorblätter auch unter Vorwärtsflugbedingungen und in der Transition wie erwartet funktionieren, wurde eine komplette Antriebsgondel im Windkanal vermessen. Dabei wurden mit einer sechs-Komponenten-Waage alle Kräfte und Momente gemessen. Diese Waage befindet sich im Boden des Windkanals. Zusätzlich wurde auch die Drehzahl erfasst.

Da Interferenzeffekte zwischen Rotor und Stange ncht erfasst genau werden können, ist diese Messmethode nicht so genau wie eine Messung mit einem Kraft- und Drehmomentsensor zwischen Stange und Gondel. Dennoch konnten einige wertvolle Erkenntnisse erlangt werden:

  • Im Vergleich mit den RotoCalc Rechnungen schneiden die Antriebe sehr gut ab.
  • Während der Transition, also unter großer Schräganströmung, kommt es zu keinerlei ungewollten Schwenkbewegungen oder Vibrationen.
  • Der komplette Verstellbereich mit bis zu 45° Verwindung konnte ohne Probleme eingesteuert werden.

Die nachfolgenden Bilder sollen einen kleinen Eindruck der Windkanalmessungen vermitteln. Weitere Fotos und ein kurzes Video folgen in Kürze.

 

 

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