Antriebstrangdynamik und Flugeigenschaften von Hubschraubern mit variabler Hauptrotordrehzahl; Akronym: VARI-SPEED-II; LUFO-VI-1 Schlussbericht, TUM-HT-1-2025

Abstract

Im Projekt VARI-SPEED-II wird untersucht, wie die Anpassung der Hauptrotordrehzahl an unterschiedliche Flugzustände zur Effizienzsteigerung bei Hubschraubern realisiert werden kann. Aufbauend auf früheren Studien entwickeln die TU München und die TU Wien gemeinsam eine Simulationsumgebung, um das dynamische Verhalten von Rotor, Triebwerk und Getriebe, insbesondere bei transienter Drehzahlvariation, realitätsnah abzubilden. Ziel ist es, daraus Lasten abzuleiten und konstruktive Maßnahmen zur Getriebeauslegung abzuleiten. Ein zentrales Thema ist die Bewertung der Flug- und Steuereigenschaften bei variabler Rotordrehzahl. Dazu wird im Flugsimulator an der TU München eine Pilotenstudie mit integriertem echtzeitfähigen Antriebstrangmodell durchgeführt. Auf Basis objektiver Metriken und subjektiver Einschätzungen werden die Flugeigenschaften und die Arbeitsbelastung der Piloten mit dem VARISPEED-System bewertet. Gleichzeitig wird von der TU Wien ein Compound-Split-Getriebe mit stufenloser Übersetzung entwickelt und eine Skalierungsmethodik für einen passenden Prüfstand entworfen. Das Vorhaben zielt auf TRL 3 ab und legt damit die technische Grundlage für die industrielle Weiterentwicklung. Hauptziele sind: das Vermeiden schädlicher struktureller Rückkopplungen, die funktionale Auslegung eines Getriebesmit elektrischem Variator und der Nachweis akzeptabler Flugeigenschaften im Simulator. The VARI-SPEED-II project is investigating how the adaptation of the main rotor speed to different flight conditions can be realized to increase the efficiency of helicopters. Building on earlier studies, TU Munich and TU Vienna are jointly developing a simulation environment to realistically map the dynamic behavior of the rotor, engine and gearbox, particularly with transient speed variation. The aim is to derive loads and constructive measures for gearbox design. A central topic is the evaluation of handling qualities at variable rotor speed. To this end, a pilot study with an integrated real-time-capable drive trainmodel is being carried out in the flight simulator at the Technical University ofMunich. The flight characteristics and workload of the pilots with the VARISPEED system are evaluated on the basis of objective metrics and subjective assessments. At the same time, TU Wien is developing a compound split gearbox with a continuously variable transmission ratio and designing a scaling methodology for a suitable test rig. The project is aimed at TRL 3 and thus lays the technical foundation for further industrial development. The main objectives are: the avoidance of harmful structural feedback, the functional design of a gearbox with an electric variator and the demonstration of acceptable flight characteristics in the simulator.