Experimentelle Untersuchung der Aerodynamik und Aeroakustik kleiner Rotoren im Schwebe- und Vorwärtsflug

Obwohl sowohl die Aerodynamik als auch die Aeroakustik von Hubschrauberrotoren bereits seit
vielen Jahren intensiv erforscht werden, lassen sich diese nicht unmittelbar auf Kleinrotoren
übertragen. Insbesondere sind die Zusammenhänge zwischen dem Strömungszustand und der
Schallemission von Kleinrotoren bisher noch nicht vollständig verstanden. In dieser Arbeit
werden die Zusammenhänge zwischen der Strömungstopologie und der Entstehung von
Schallquellen an Kleinrotoren vor allem experimentell, aber auch numerisch untersucht. Dazu
werden Schub- und Leistungsmessungen an elf kommerziellen Kleinrotoren bei
unterschiedlichen Anströmgeschwindigkeiten, Drehzahlen und Neigungswinkeln durchgeführt.
Die optische Analyse der Strömungsfelder erfolgt mit Particle Image Velocimetry (PIV) und mit
der Background Oriented Schlieren (BOS) Methode. Für die akustische Untersuchung wird ein
Mikrofonarray eingesetzt und die Schallquellen mithilfe von Beamforming-Algorithmen
lokalisiert. Zusätzlich werden die Strömungsfelder mit einem Panelverfahren (UPM) simuliert
und die Schallemission mit einem Ffowcs Williams-Hawkings-Löser (APSIM) berechnet. Die
Untersuchungen zeigen, dass erst durch die Kombination von akustischen und optischen
Messtechniken sowie Simulationen der Aerodynamik und Aeroakustik eine hinreichende
Analyse der Schallentstehungsmechanismen von Kleinrotoren möglich ist. Die optischen
Messtechniken und die UPM-Simulationen helfen die komplexen Strömungsvorgänge am Rotor
zu verstehen und erweisen sich als wertvolle Ergänzung zur Interpretation der Schallquellen
des Rotors.