Die Rotoren, die dem Hubschrauber die Senkrechtstartfähigkeit verleihen, sind auch die größten Lärmquellen. Um die Lärmquellen detailliert untersuchen und ihnen entgegenwirken zu können, hat das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit einem der schwergewichtigen Hubschrauber des Typs CH-53 der Bundeswehr Flugversuche in kontrollierter Umgebung durchgeführt.
Die CH-53, die intern bis zu 5,5 Tonnen Nutzlast tragen kann, hatte für die Versuche ein Abfluggewicht von 14 Tonnen, entsprechend ca. 1,5 Tonnen Nutzlast. Beim Schwebeflug in zwei bis zwölf Metern überm Boden wurden die Rotoren von drei Hochgeschwindigkeitskameras aus verschiedenen Blickwinkeln aufgenommen, um die Luftwirbel an den sechs Rotorblättern zu dokumentieren. Zwei weitere Kameras bestimmten die Position der CH-53 mit hoher Präzision.
„Fast alles, was man von einem Hubschrauber hört, ist aerodynamischer Lärm. Ein großer Teil davon entsteht durch die sogenannten Blattspitzenwirbel“, sagt Prof. Markus Raffel, Leiter der Abteilung Hubschrauber im DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik Göttingen. Blattspitzenwirbel entstehen am äußeren Ende eines Rotorblattes, so das DLR. Durch Unterdruck auf der Ober- und Überdruck an der Unterseite werde die Luft beschleunigt. Hinter der Rotorblattspitze entstehe ein konzentrierter Wirbel, der mit einem anderen Rotorblatt kollidiert. Dadurch entstehe nicht nur das typische „Teppichklopfer-Geräusch“, sondern das führe auch zu Vibrationen im Hubschrauber und verringere den Komfort der Passagiere. In Bodennähe können die Blattspitzenwirbel Sand oder Schnee aufwirbeln und die Bodensicht verschlechtern.
Die Wirbel wurden mit Hilfe der beim DLR entwickelten Hintergrundschlierenmethode untersucht. Dabei werden die Schwankungen der Luftdichte vor einem geeigneten Hintergrund sichtbar gemacht. Dazu ist am Hangar des DLR Braunschweig ein großflächiges künstliches Punkte-Muster angebracht worden.
Ein erstes Ergebnis ist, dass bei großen Hubschraubern die Wirbel sich von denen bei kleineren Modellen unterscheiden. Die Forscher machten sich auf die Spur der Ursachen der Skaleneffekte mit dem Ziel, künftige Hubschrauber leiser und komfortabler zu machen. Die Wirbel sollen möglichst schwach sein und schnell zerfallen. Ein Weg dahin sind z.B. geschwungene Rotorblätter, wie sie beim Airbus H160 entsprechend DLR-Forschungsergebnissenn realisiert sind.
Redaktion / gwh
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