Vereistes Rotorblatt im DLR-Rotorvereisungsprüfstand
Treffen unterkühlte Wassertröpfchen auf die sich drehenden Rotorblätter frieren diese schlagartig fest. In Abhängigkeit der Temperatur, dem Flüssigwassergehalt in der Luft und dem mittleren Tröpfchendurchmesser im Spray bildet sich dabei relativ schnell eine stetig anwachsende Eisschicht, hier vornehmlich an der Blattvorderkante. Abhängig von der Temperatur innerhalb der Tiefkühlzelle entsteht dabei Klar- oder Raueis bzw. eine Mischform daraus. Schön anzuschauen, stellt diese Form der Blattvereisung eine Gefahr für das Fluggerät dar, wenn sie nicht rechtzeitig erkannt und schnell entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.
Rotorprüfstand und Einsprühsystem in der Tiefkühlzelle im Rotorturm
Der Rotorprüfstand innerhalb der Tiefkühlzelle ermöglicht die Erprobung von Technologien zur Enteisung/Eisfreihaltung von Blättern unter dem Einfluss von Zentrifugalbeschleunigungen als auch Sensoriken zur Eiserkennung. Das mit 15 beheizbaren Düsen auf einer kreisförmigen Struktur bestückte Einsprühsystem unter der Tiefkühlzellendecke ermöglicht durch die geregelte Einspritzung von Luft-Wasser-Gemischen die Simulation realistischer atmosphärischer Vereisungsbedingungen. Dafür kann die Temperatur in der Tiefkühlzelle auf bis zu -25°C abgesenkt werden.
Rotorprüfstand in der Tiefkühlzelle nach einem Enteisungstest unter Zuhilfenahme von Abwärmenutzung
Die erste untersuchte Technologie von alternativen Konzepten zur energieeffizienten Aufheizung der Blätter, nutzt die im Überfluss zur Verfügung stehende und normalerweise ungenutzt abgeführte Abwärme aus im Hubschrauber installierten Systemen für eine thermische Enteisung der Rotorblätter. Neu bei der untersuchten Idee war das Anzapfen des Getriebeöls als Wärmequelle. Die in einem geschlossenen Kreislauf erwärmte Heizflüssigkeit wird für die Enteisung über Fluidleitungen zur Blattvorderkante gepumpt (linkes Rotorblatt). Das rechte Rotorblatt wird zur Vermeidung von plötzlicher Unwucht infolge von Eisabwurf durch herkömmliche elektrische Heizfolien permanent eisfrei gehalten.
Die Gruppe Rotordynamik und Rotorsteuerung der Abteilung Hubschrauber forscht im Bereich der Rotordynamik von Drehflüglern (Hubschrauber & Windenergieanlagen), am integrierten Entwurf und der Bewertung von Drehflügelkonfigurationen (inklusive Modellgenerierung), der Ver- und Enteisung von Rotoren und der intelligenten Regelung von Windenergieanlagen und Windparks.
Für die Simulation und die Bewertung von Drehflüglern wird innerhalb der Gruppe der hochmodulare Forschungscode MAECOsim, mit dem klassische Hubschrauberkonfigurationen mit Haupt- und Heckrotor, aber auch ungewöhnliche Drehflüglerkonfigurationen mit mehreren Rotoren für Auf- und Vortrieb sowie Windenergieanlagen aeromechanisch simuliert werden können. An der Weiterentwicklung des Forschungscodes sind mehrere DLR-Institute und Universitäten beteiligt. Es besteht darüber hinaus eine enge Kooperation mit dem Industriepartner Airbus Helicopters Deutschland.
Für den integrierten Entwurf und die Konfigurationsbewertung wird die eigenentwickelte Entwurfsumgebung IRIS (Integrated Rotorcraft Initial Sizing) verwendet. Sie wird genutzt um innovative Konzepte zu erzeugen, zum Beispiel einen neukonzipierten Hubschrauber für die primäre Luftrettung, eine Mehrrotorkonfiguration als Notarztzubringer und ein Verbundhubschrauber für hohe Fluggeschwindigkeiten. Hierfür wird die Entwurfsumgebung IRIS ständig in den integrierten Fähigkeiten erweitert.
Ein Forschungsthema der Gruppe ist auch die Entwicklung von Regelungsalgorithmen für Windenergieanlagen und Windparks, die zum Beispiel eine vorgegebene Leistung aus dem Wind extrahiert und dabei die mechanische Belastung des Turms, der Blätter und der Aktuatoren möglichst geringhalten. Durch den Zugriff auf die Anlagen im DLR-Forschungspark Windenergie Krummendeich können die theoretischen Untersuchungen durch Feldversuche ergänzt werden.
Für die Entwicklung und zur experimentellen Erprobung von energieeffizienten Eisschutzkonzepten für Hubschrauber und Sensoriken zur Eisansatzerkennung wurde beim DLR ein in Europa einzigartiger Vereisungsprüfstand für Rotoren aufgebaut, auf dem die Gruppe Rotordynamik und Rotorsteuerung Technologien und Systeme zur Enteisung und Eisverhinderung auf Rotorblättern mit einem Radius von bis zu 1,9 Meter erprobt.
