Untersuchungen im Windkanal für das Projekt STAR

(WK-intern) – Die dreiwöchige Messkampagne fand im großen Niedergeschwindigkeits-Windkanal der Deutsch-Niederländischen Windkanäle (DNW) statt.

• Die Tests mit einem mit aktiver Verwindung ausgestatteten Vier-Blatt-Rotors verliefen erfolgreich.
• Die Ergebnisse zeigen eine Steigerung der Effizienz sowie eine Reduktion von Lärm und Vibration.

Hubschrauber sind in unserer Gesellschaft unverzichtbar und retten im Einsatz als Rettungshubschrauber zahlreiche Leben.

Gleichzeitig sind sie insbesondere während des Landeanflugs sehr laut. Im Projekt STAR (Smart Twisting Active Rotor) arbeitet das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit weiteren Projektbeteiligten aus den USA, Frankreich, den Niederlanden, Japan und Südkorea daran, die Leistung von Rotorblättern zu steigern und gleichzeitig ihre Lärmemission sowie die von ihnen erzeugten Vibrationen zu reduzieren.

Im Schwebeflug und bei Höchstgeschwindigkeit benötigen Hubschrauber viel Leistung und weisen vor allem im Langsam-, Schnell- und Manöverflug ein hohes Vibrationsniveau auf. Dies könnte erheblich verbessert werden, wenn sich die Rotorblätter statisch und vor allem dynamisch an die jeweiligen aerodynamischen Flugbedingungen anpassen könnten.

Aktive Verwindung von Rotorblättern ohne mechanische Komponenten

Die DLR-Forscherinnen und -Forscher des Instituts für Flugsystemtechnik und des Instituts für Systemleichtbau untersuchen in dem Projekt aktiv verwindbare Rotorblätter mit in die Blatthaut integrierten piezokeramischen Aktuatoren, die sich bei Anlegung einer elektrischen Spannung verformen. Auf diese Weise wird das Rotorblatt verwunden – statisch bei Gleichspannung sowie dynamisch bei Wechselspannung – so, als ob ein künstlicher Muskel im Blatt arbeiten würde.

„Das Besondere an dieser Herangehensweise ist, dass die aktive Verwindung von Rotorblättern ohne mechanische Elemente auskommt und lediglich durch die Fliehkräfte, die an den Rotorblättern wirken, in geringem Maße beeinflusst wird“, erklärt Prof. Dr. Berend Gerdes van der Wall, Projektleiter am Institut für Flugsystemtechnik.

Messkampagne im großen Niedergeschwindigkeits-Windkanal der DNW
Nach langer Vorbereitung wurde weltweit erstmals ein mit aktiver Verwindung ausgestatteter Vier-Blatt-Rotor mit einer Rotorgröße von vier Meter Durchmesser im großen Niedergeschwindigkeits-Windkanal der Deutsch-Niederländischen Windkanäle (DNW) in den Niederlanden getestet.

Die dreiwöchige Messkampagne fand Ende 2025 unter Leitung des DLR in enger Zusammenarbeit mit allen Projektbeteiligten der NASA, US Army, ONERA, DNW, JAXA, KARI und der Konkuk University statt. Bei den Tests wurden Lärmreduktionen um bis zu sieben Dezibel im Landeanflug gemessen, was mehr als einer Halbierung des empfundenen Lärms entspricht. Die Vibrationen konnten um mehr als die Hälfte reduziert werden, während die Effizienz des Rotors bei hohen Belastungen gesteigert wurde.

„Im Rahmen der Messkampagne konnten wir das Konzept erfolgreich in einer realistischen Testumgebung erproben. Die Ergebnisse zeigen, dass nicht nur die Effizienz gesteigert, sondern auch Lärm und Vibration signifikant reduziert werden konnten“, sagt van der Wall.

Die gewonnen Daten beinhalten neben den Rotorkräften, -momenten und dessen Leistung auch die Blattbewegungen, deren Deformationen und Belastungen, Oberflächendrücke, akustische Messungen sowie Strömungsfeld- und Grenzschichtmessungen. Diese Informationen ermöglichen eine umfassende Validierung von Berechnungsprogrammen. Zudem lassen sich die Ergebnisse auf verschiedene Szenarien anwenden, von konventionellen Hubschraubern über Hochgeschwindigkeitskonfigurationen bis hin zu innerstädtischen Lufttransportkonzepten (Urban Air Mobility).

Weiterführende Links

• DLR-Institut für Flugsystemtechnik
• DLR-Institut für Systemleichtbau

PM: DLR

PB: Rotorkopf mit Blattansteuerung und Sensorkabeln – Die Rotorblätter sind mit vielen Sensoren und piezokeramischen Aktuatoren ausgestattet, deren Kabel alle zum Rotorkopf geführt werden und während des Betriebs großen statischen und dynamischen Belastungen standhalten müssen. / ©: DLR