Optisches Messverfahren für leisere Hubschrauber

Jeder kennt das typische „Teppichklopfergeräusch“ eines fliegenden Hubschraubers. Grund für diese Lärmquelle sind Luftwirbel, die an den Spitzen der Rotorblätter entstehen. Das Deutsche Zentrum für Luft– und Raumfahrt (DLR) hat mit seinem Forschungshubschrauber, einer BO105, ein Messverfahren getestet, mit dem diese lärmverursachenden Luftwirbel während Flugbetriebes beobachtet werden können. Durch die so gewonnenen Kenntnisse zu Art und Entwicklung der Wirbel, ergeben sich auch neue Möglichkeiten, Hubschrauber zukünftig leiser fliegen zu lassen und den Fluglärm zu reduzieren.

Lichtbrechung durch Dichteschwankungen der Luft

Die Hintergrundschlierenmethode (kurz: BOS, Background Oriented Schlieren Method) wurde bereits 2000 im DLR Göttingen entwickelt. Durch Schwankungen der Dichte wird das Licht in der Luft gebrochen. Vor geeigneten Hintergrundmustern ist dies als Schliere erkennbar. „Geeignete Hintergründe können beispielsweise Agrarflächen, wie Felder und Wiesen sein“, erklärt Kolja Kindler vom DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik. Mit Unterstützung der Luftsportgemeinschaft Schäferstuhl wurden rund um Salzgitter-Bad Flugversuche mit dem DLR-Forschungshubschrauber BO105 durchgeführt, um dieses neue Verfahren zu erproben. Damit gelingt endlich, was bisher nicht möglich war: die Wirbel können im Flug sichtbar gemacht werden.

Kameras an Begleitflugzeugen

Mit zwei Kameras wurden die Rotorblätter des fliegenden Hubschraubers zeitlich kurz verzögert aus einem Verfolgerflugzeug fotografiert. Dazu flogen die DLR-Wissenschaftler mit einem Ultraleichtflugzeug der Flugwissenschaftlichen Fachgruppe Göttingen seitlich versetzt über dem Hubschrauber. „Das ausgewählte Muster, also in diesem Falle das Feld, wird durch die Blattspitzenwirbel in beiden Bildern an verschiedenen Stellen verzerrt, sodass man durch Vergleich der Bilder die Wirbelposition und relative Stärke ermitteln kann“, erklärt Kindler.

Um diese Wirbel während der Landungen zu untersuchen, wurde zusätzlich ein großflächiges künstliches Muster am Hangar des DLR Braunschweig angebracht. In Bodennähe spielen Blattspitzenwirbel eine besondere Rolle, da in sandigen Gebieten oder im Schnee Luftverwirbelungen Bodenmaterial aufwirbeln können. Dies kann den Piloten die Sicht nehmen.

Neue Daten füllen Wissenlücken

Mit der BOS Methode ist es erstmals möglich Blattspitzenwirbel im Flug zu visualisieren. So können nun auch Simulationsrechnungen von Rotorblättern oder Hubschraubern überprüft werden. „Wenn wir in der Lage sind, das Wirbelsystem im Flug sichtbar zu machen, wissen wir fast alles über die Hauptrotoraerodynamik und insbesondere auch das, was die Simulation uns noch nicht vorhersagen kann“, sagt Kindler. Die Bilder werden jetzt ausgewertet und anschließend veröffentlicht. Sie eröffnen neue Wege für die Strömungsanalyse im Flug, um den Hubschrauber von morgen nach Möglichkeit leiser fliegen zu lassen.