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Software RotoCalc zur Berechnung der Rotor Aeromechanik

Zur Berechnung der Aerodynamik und Dynamik (Aeromechanik) an den AdapTilt Rotoren wurde eine eigene Software namens RotoCalc geschrieben.

Verwendete Theorien

Auf der Aerodynamikseite handelt es sich bei RotoCalc um ein Blattelementenverfahren mit folgenden Merkmalen:

  • Eingabe von mehreren Profilpolaren je nach Re-Zahl
  • Verwindung einstellbar
  • Verschiedene Abwindmodelle:
    • Konstante Abwindverteilung (nach Glauert)
    • Numerische Berechnung der Abwindverteilung nach Strahltheorie angewendet auf Kreisringe (BEMT)
    • Abwindmodell nach Mangler&Squire

 

Hinter den Berechnungen zur Rotordynamik steckt folgende Modellierung:

  • Starres Rotorblatt
  • Nur Schlagen / kein Schwenken
  • Schlaggelenksabstand einstellbar
  • δ3 Winkel einstellbar
  • Massenverteilung des Rotorblattes einstellbar
  • Schlagbewegung kann auch vorgegeben werden durch Schlagkoeffizienten erster Ordnung (z.B. zur Simulation eines starren Propellers)
  • Numerische Lösung der Schlagbewegungsgleichung:
    • Harmonische Analyse des Moments um das Schlaggelenk (muss zu null werden)
    • Zeitschrittverfahren #1: Explizites Eulerverfahren
    • Zeitschrittverfahren #2: Prädiktor/Korrektor Verfahren
    • Zeitschrittverfahren #3: Runge Kutta Verfahren vierter Ordnung

 

Praktische Umsetzung

Die Umsetzung des Programms erfolgte mit Microsoft Excel und VBA (Visual Basic for Applications). Dies ermöglicht die Eingabe der Rotor- und Rechenparameter in Tabellenform. Außerdem können Ergebnisdiagramme direkt ausgegeben werden. Zum Abschluss wurde noch eine DirectX Grafikausgabe programmiert mit deren Hilfe es möglich ist Kräfte und Anströmrichtungen zu visualisieren.

Screenshots:

 

Video der 3D Visualisierung:

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