Verminderter Fluglärm durch piezokeramische Fasern

„Geht das denn nicht leiser?“, fragen sich die erregten Anwohner, wenn der Rettungshubschrauber lange nach Mitternacht auf dem Klinikdach nebenan landet. Dieser Frage hat sich auch Prof. Klaus Wolf, Inhaber der Professur für Luftfahrzeugtechnik der TU Dresden, seit Jahren verschrieben.

Er untersucht verschiedene Konzepte, wie man die Aerodynamik von Helikopterrotoren durch die aktive Verwindung der Rotorblätter beeinflussen kann. Das käme nicht zuletzt den Fluggästen zugute – bis heute leidet die Akzeptanz von Hubschraubern unter ihrer enormen Lautstärke, die entsteht, weil die Rotoren immer wieder durch die Luftwirbel des vorhergehenden Blattes laufen.

Erste Versuche, die Blätter während der Rotation anzusteuern, so dass die Strömung beeinflusst und dadurch der Lärm niedriger wird, gibt es bereits: durch eingebaute Hydraulikzylinder können die Rotorblätter mit Hilfe von Reglern verstellt werden. Im Rahmen des bundesweiten Forschungsprogramms „LARS“ arbeiten die Dresdner jetzt gemeinsam mit den Firmen Eurocopter und EADS Innovation Works an einer intelligenteren Lösung: die Rotoren sollen ihre Form durch eingearbeitete piezokeramische Fasern, die sich durch Anlegen einer elektrischen Spannung ausdehnen, verändern.

Erste Flugversuche mit einer Zwischenstufe dieser Entwicklung waren 2005 erfolgreich, aber es gilt noch große Herausforderungen zu meistern, bis sich das Rotorblatt tatsächlich selbst verdrehen kann und die piezokeramischen Fasern als Aktuatoren direkt in die Struktur des Blattes integriert werden können. Die Dresdner Wissenschaftler betrachteten dafür zuerst nur einen zweidimensionalen Schnitt durch das Blatt und untersuchten, wie die Aktuatoren am besten eingearbeitet werden können, wenn die lokale Steifigkeit des Materials erhalten bleiben soll. In einem Optimierungsalgorithmus simulierten sie verschiedene Konzepte und Aktuatorverteilungen und untersuchten die tragbarsten Lösungen weiter.

Ziel ist es dabei, Rotoren zu entwickeln, die einerseits die geforderten Luftlasten aushalten, andererseits aber so weich werden, dass ihre einzelnen Elemente verwunden werden können. Der Schaum, der die Blätter bisher ausfüllt, muss dafür veränderlichen Ersatzstrukturen in Faserform weichen, die eine Bewegung der Blatthinterkante um einige Prozentpunkte nach oben oder unten ermöglichen.

Größtes Problem dabei bisher: hohe Spannungen von ca. 1.500 V müssen direkt in die Rotoren übertragen werden. Die aufwändige Regelungstechnik und die Größe der Spannungswandler machen dieses System jedoch erst in der übernächsten Generation von Hubschraubern alltagstauglich, schätzt Prof. Wolf.

Weitere Informationen: Prof. Dr.-Ing. Klaus Wolf, Tel. 0351 463-36694, E-Mail: office@lft.mw.tu-dresden.de