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Aktiv verwindbare Rotorblätter senken Lärm und Vibrationen

Quelle: DLR 2 min Lesedauer

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Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)
ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH
a.b.jödden gmbh
KISSsoft AG

Hubschrauber sind unverzichtbar, aber laut und energiehungrig. Dass aktiv verwindbare Rotorblätter mit integrierten piezokeramischen Aktuatoren die Effizienz steigern sowie Lärm und Vibration signifikant reduzieren, haben Forschende nun in Windkanaltests bestätigt.

Der Rotor mit aktiv verwindbaren Rotorblättern im Windkanal: Die offene Messstrecke und schallabsorbierende Wand- und Modellrumpf-verkleidungen ermöglichen hochwertige akustische Messungen.(Bild: DLR)
Der Rotor mit aktiv verwindbaren Rotorblättern im Windkanal: Die offene Messstrecke und schallabsorbierende Wand- und Modellrumpf-verkleidungen ermöglichen hochwertige akustische Messungen.
(Bild: DLR)

Im Schwebeflug und bei Höchstgeschwindigkeit benötigen Hubschrauber viel Leistung und weisen vor allem im Langsam-, Schnell- und Manöverflug ein hohes Vibrationsniveau auf. Dies könnte erheblich verbessert werden, wenn sich die Rotorblätter statisch und vor allem dynamisch an die jeweiligen aerodynamischen Flugbedingungen anpassen könnten.
Im Projekt STAR (Smart Twisting Active Rotor) arbeitet das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit weiteren Projektbeteiligten aus den USA, Frankreich, den Niederlanden, Japan und Südkorea daran, die Leistung von Rotorblättern zu steigern und gleichzeitig ihre Lärmemission sowie die von ihnen erzeugten Vibrationen zu reduzieren.

Spannung verformt Rotorblätter wie ein künstlicher Muskel

Die Forschenden untersuchen in dem Projekt aktiv verwindbare Rotorblätter mit in die Blatthaut integrierten piezokeramischen Aktuatoren, die sich bei Anlegung einer elektrischen Spannung verformen. Auf diese Weise wird das Rotorblatt verwunden – statisch bei Gleichspannung sowie dynamisch bei Wechselspannung – so, als ob ein künstlicher Muskel im Blatt arbeiten würde.

Das Besondere an dieser Herangehensweise ist, dass die aktive Verwindung von Rotorblättern ohne mechanische Elemente auskommt und lediglich durch die Fliehkräfte, die an den Rotorblättern wirken, in geringem Maße beeinflusst wird.

Prof. Dr. Berend Gerdes van der Wall, Projektleiter am Institut für Flugsystemtechnik

Erfolgreiche Tests im Niedergeschwindigkeits-Windkanal

Die Lärmquellen-Identifizierung wird mit Mikrofonen außerhalb der Strömung (auf dem roten Quadrat) ermöglicht, während ein „Lärmteppich“ mit Hilfe der in der Strömung auf einem Flügel montierten Mikrofone und einer Traversiervorrichtung gemessen wird.(Bild: DLR)
Die Lärmquellen-Identifizierung wird mit Mikrofonen außerhalb der Strömung (auf dem roten Quadrat) ermöglicht, während ein „Lärmteppich“ mit Hilfe der in der Strömung auf einem Flügel montierten Mikrofone und einer Traversiervorrichtung gemessen wird.
(Bild: DLR)

Nach langer Vorbereitung wurde weltweit erstmals ein mit aktiver Verwindung ausgestatteter Vier-Blatt-Rotor mit einer Rotorgröße von vier Meter Durchmesser im großen Niedergeschwindigkeits-Windkanal der Deutsch-Niederländischen Windkanäle (DNW) in den Niederlanden getestet.
Die dreiwöchige Messkampagne fand Ende 2025 unter Leitung des DLR in enger Zusammenarbeit mit allen Projektbeteiligten der NASA, US Army, ONERA, DNW, JAXA, KARI und der Konkuk University statt.
 

Effizienz gestiegen, Lärm und Vibration reduziert

Bei den Tests wurden Lärmreduktionen um bis zu sieben Dezibel im Landeanflug gemessen, was mehr als einer Halbierung des empfundenen Lärms entspricht. Die Vibrationen konnten ebenfalls um mehr als die Hälfte reduziert werden, während die Effizienz des Rotors bei hohen Belastungen gesteigert wurde.
Die gewonnen Daten beinhalten neben den Rotorkräften, -momenten und dessen Leistung auch die Blattbewegungen, deren Deformationen und Belastungen, Oberflächendrücke, akustische Messungen sowie Strömungsfeld- und Grenzschichtmessungen. Diese Informationen ermöglichen eine umfassende Validierung von Berechnungsprogrammen. Zudem lassen sich die Ergebnisse auf verschiedene Szenarien anwenden, von konventionellen Hubschraubern über Hochgeschwindigkeitskonfigurationen bis hin zu innerstädtischen Lufttransportkonzepten (Urban Air Mobility).

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