Numerische Simulation und Untersuchung des Eisaufbaus am Hauptrotor eines Hubschraubers mit Einbindung neuer physikalischer Modelle zur Optimierung des Eisschutzsystems

Abstract

Kommt ein Helikopter beim Flug durch Wolken bei Minusgraden in Kontakt mit unterkühlten Wassertropfen, können diese am Rotorblatt festfrieren. Die sich auf diese Weise bildende Eisschicht kann die Leistung und Flugeigenschaften des Helikopters zum Teil erheblich beeinflussen. Um einen sicheren Betrieb von Helikoptern zu gewährleisten, wurden von der Federal Aviation Administration (FAA) und der European Union Aviation Safety Agency (EASA) Anforderungen zur Zertifizierung für den Betrieb unter Vereisungsbedingungen definiert [1] [2]. Manche der darin beschriebenen Vereisungsbedingungen sind nur mit großem zeitlichen und finanziellen Aufwand unter kontrollierten Bedingungen im Windkanal [3] oder anderen Freilufttestständen [4] [5] nachbildbar. Natürliche Vereisungsbedingungen können selten sein, was zu signifikanten Verzögerungen der Zertifizierung führen kann [6]. Die Möglichkeit das Eiswachstum zuverlässig nummerisch vorhersagen zu können, ist daher von großem Interesse. Aus diesem Grund wurden von der Industrie entsprechende numerische Methoden entwickelt [7] [8] [9] [10]. In der Literatur ist zu sehen, dass die Genauigkeit der numerischen Vorhersage des Eiswachstums an nicht rotierenden Geometrien im Vergleich zu rotierenden Geometrien zuverlässiger ist [11]. Optimierte Methoden für rotierende Systeme versprechen viele Vorteile. Beispielsweise könnten Eisschutzsysteme bei genauerer Kenntnis des Eisaufbaus leichter und effizienter konstruiert werden. Somit könnten der Energiebedarf und das Eigengewicht dieser Systeme reduziert werden. Auch kleinere Helikopter könnten dann mit Eisschutzsystemen ausgestattet werden.