Periodische Regelung eines Rotors mit formadaptivem Wölbungs-Mechanismus

Aktive Rotorsysteme bieten gegenüber herkömmlichen Helikopterrotoren weitere Freiheitsgrade, mit denen zusätzliche Regelziele wie Leistungs- und Lärmreduktion erreicht werden. Diese Ziele leisten einen erheblichen ökoeffizienten Beitrag von Hubschraubern. In dem Projekt ARCTIS wird für diesen Zweck ein aktiver Mechanismus zur Änderung der Blattwölbung (sog. Morphing) für Rotorblätter untersucht und entwickelt. Die Hochschule München bringt in dem Gesamtvorhaben ihre Expertise im Bereich der robusten und periodischen Regelung von aeroelastischen Rotorsystemen zur Effizienzsteigerung und Störunterdrückung mit ein.

Die Regelung des aktiver Wölbung-Mechanismus berücksichtigt dabei explizit die Periodizität des Rotors. Damit wird zusätzliches Potential gegenüber der klassischen Reglerauslegung erwartet, die oft vereinfachend auf Grundlage einer linearen zeitinvarianten Darstellung des Rotorsystems genutzt wird. Für die Abschätzung der Lärm- und Leistungszielgrößen werden Metriken entwickelt, weil die robuste Bestimmung dieser Quantifizierungsgrößen an Bord fliegender Hubschrauber noch nicht ausgereift ist. Im Hinblick darauf werden die Metriken mit dem Ziel erarbeitet, auch mit Hubschrauber-Sensordaten, welche im realen Flug gemessen werden können, bestimmbar zu sein. Je nach Flugumgebung und Missionselement soll der Regler die Einhaltung des primären Emissionsziels gewährleisten.

In Bodennähe soll beispielsweise gezielt der Lärm reduziert werden, dem die Bevölkerung ausgesetzt ist, im Streckenflug der Treibstoffverbrauch zur Steigerung der Rotoreffizienz. Das Ziel ist eine Leistungseinsparung von 7 Prozent mithilfe der gewählten Reglerstrategien auch unter dem Einfluss von Störungen wie atmosphärischer Turbulenzen zu gewährleisten. In dem vorliegenden Vorhaben soll darüber hinaus der Rotor aerodynamisch optimiert werden, um die Leistungseinspar- und Lärmreduktionspotentiale des Rotors weiter zu erhöhen. Da bisher mit einem Referenzrotorblatt gearbeitet wurde, dessen Geometrie nicht auf die Integration von Struktur-Morphing abgestimmt war, ergibt sich hier zusätzliches Potential zur Effizienzsteigerung.

Zusammenfassend befasst sich der Anteil der Hochschule München im Vorhabens ARCTIS insbesondere mit den folgenden Aspekten:

• Reglerauslegung für periodische Systeme zur Optimierung des aktiven Rotors
• Umfassende aeroelastische Validierung des geschlossenen Regelkreises
• Erarbeitung eines Aktuatorreglers zur Effizienzoptimierung der CFD/FEM Rechnungen
• Erarbeitung neuartiger Analysemethoden für periodische Systeme