antriebstechnik 4/2024

SPECIAL: HANNOVER MESSE 2024
DYNAMISCHE ANTRIEBE FÜR PRÄZISE BEWEGUNGEN
SIMULATIONSEXPERIMENT FÜR
FLUGTECHNOLOGIE DER ZUKUNFT
Schon in zehn Jahren könnten elektrische Kipprotorflugzeuge als Flugtaxis oder
Lieferdrohnen am Himmel verkehren. Ein technisches Problem sind nach wie vor
dynamische Instabilitäten bei hohen Fluggeschwindigkeiten. Dieses Whirl-Flattern
möchten Forschende an der Universität Bath nun mithilfe von Mini-Tabs lösen. Um die
schnell ausfahrbaren, spoilerähnlichen Elemente der aktiven aerodynamischen
Steuervorrichtungen experimentell zu untersuchen, haben sie ein bewegliches
Tragflächenmodell gebaut – mit EC-Flachmotoren von Maxon.
maxon Group UK in Zusammenarbeit mit Dr. Sam Bull,
Institute for Propulsion and Mobility (IPM) at the University of
Bath Maxon Motor GmbH, München
Kipprotorflugzeuge können von einer Fläche aus starten,
die nur so groß wie ein Hausdach ist – ähnlich wie ein Helikopter.
Mit seinen herkömmlichen Tragflächen kann ein
solcher senkrecht startender und landender Starrflügler
dabei hohe Geschwindigkeiten erreichen. Man spricht auch von
Vertical Take-off and Landing (VTOL). Eine Herausforderung für
die Konstruktion von Kipprotorflugzeugen ist das Phänomen des
Whirl-Flatterns. Dabei handelt es sich um eine Instabilität, die
durch elastisch gelagerte Propellerrotoren entsteht und das gesamte
Flügel-Rotor-System in Schwingung versetzt. Dieses Phänomen
tritt auf, wenn eine design- und flugzeugspezifische
Grenzgeschwindigkeit erreicht wird. Jenseits dieser Grenzgeschwindigkeit
kann das Whirl-Flattern Vibrationen erzeugen,
die stark genug sind, um die Tragflächen zu zerreißen.
Bei heutigen Kipprotorflugzeugen wird die Steifigkeit des
Flügel-Rotor-Systems in der Regel durch dicke Tragflächenprofile
erhöht, was das Whirl-Flattern auf höhere Grenzgeschwindigkeiten
verlagert. Der Preis für diese Lösung ist jedoch ein höheres
Leergewicht und ein höherer Luftwiderstand. Im Helikoptermodus
wird dadurch wiederum mehr Energie zum Starten benötigt
und im Flugzeugmodus zur Überwindung des Luftwiderstands.
AKTIVE STEUERUNG BEI WHIRL-FLATTERN
Eine Lösung ist der Einsatz aktiver aerodynamischer Steuervorrichtungen,
welche die Tragflächenbelastung in Echtzeit ändern
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