Jetzt ist er ein Ausstellungsstück auf dem Uni-Campus: Der Hubschrauber vom Typ BK 117 hat 27 Jahre lang zur Erforschung von Zukunftstechnologie gedient. Foto: Götz Schultheiss

Mit ausgefeilter Technik rücken Wissenschaftler der Uni Stuttgart den unerwünschten Vibrationen in Hubschraubern zu Leibe. Dies macht die Fluggeräte leiser, spritsparender und deutlich schneller. Letzteres ist auch für Rettungseinsätze wichtig.

Vaihingen - Ihre Fähigkeit, auf engem Raum senkrecht zu starten und zu landen, machen Hubschrauber zum idealen Transportmittel für Rettungsdienste und die Polizei. Allerdings verursachen sie dabei Lärm. Forscher verschiedener Disziplinen auf dem Vaihinger Uni-Campus setzen alles daran, den Lärm zu verringern. Jüngst hat die Uni einen Helikopter als Ausstellungsstück für ihren Campus erhalten. Die Maschine des Typs BK 117 diente bei Airbus Helicopters 1989 bis 2016 dazu, zukunftsweisende Technologien für die Luftfahrt zu erproben.

Die Regelungstechniker auf dem Vaihinger Uni-Campus hatten sich für den Hubschrauber etwas ganz Besonderes einfallen lassen. Sie haben auf den Rotorblättern kleine Klappen angebracht. Angepasst an die verschiedenen Geschwindigkeiten des Helikopters fahren sie aus. „Weil sich so die Vibration verringert, verläuft der Flug ruhiger, und die Lautstärke wird drastisch verringert“, sagt Johannes Letzgus vom Institut für Aerodynamik und Gasdynamik am Pfaffenwaldring.

Maßnahmen gegen Lärm reduzieren auch den Spritverbrauch

Johannes Letzgus ist kein Regelungstechniker. Der junge Forscher ist Mitglied der achtköpfigen Arbeitsgruppe Hubschrauber und Aero-Akustik. „Der meiste Lärm des Hubschraubers kommt nicht vom Motor, sondern von den Rotoren“, sagt er. Er präzisiert: „Wir beschäftigen uns zum Beispiel mit Strömungsphänomenen am Haupt-Rotor, die man noch nicht so richtig versteht. Wenn sich die Rotorblätter schnell drehen, bilden sich Wirbel, und diese treffen irgendwo drauf, etwa auf den Heckrotor. Dies erzeugt Vibrationen.“ Wenn ein neuer Hubschrauber geplant sei, untersuche die Arbeitsgruppe per Computersimulation Strömungsphänomene, um das Risiko für den Piloten beim ersten Flug zu verringern. „Bevor die Firma den Hubschrauber baut und fliegt, untersuchen wir, welche Stellen man sich noch einmal genauer anschauen müsste, damit keine Probleme auftreten“, sagt Johannes Letzgus. Alle Maßnahmen, die Vibration und Lärm reduzierten, verringerten letztlich auch den Spritverbrauch.

Seit einiger Zeit sind Mitarbeiter der Forschungsgruppe an einem Großprojekt von Airbus Helicoptersbeteiligt. Der Flugzeugbauer entwickelt seit 2016 einen neuartigen Compound-Hubschrauber mit dem Projektnamen „Racer“. Das Fluggerät hat anstelle eines Heckrotors kleine Flügel mit Propellern, die dazu dienen, den Vortrieb zu unterstützen. Das bringt große Fortschritte in der Geschwindigkeit. „Ein Rettungshubschrauber ist ungefähr 250 Kilometer in der Stunde schnell, der neue Helikopter wird bis zu 400 Kilometer in der Stunde erreichen.“ Das alles hat mit Geschwindigkeitsrausch gar nichts zu tun: Wenn Retter einen Menschen mit schwersten Verletzungen in eine Klinik fliegen, dann entscheidet Geschwindigkeit über Leben und Tod. Auf der Paris Air Show in Le Bourget, dem Mekka der Flugzeugbauer, sagt Letzgus, sei das Racer-Projekt im Juni 2017 der Öffentlichkeit vorgestellt worden.

Auch am Flugtaxi der Zukunft haben die Forscher mitgetüftelt

Auch am Ultraleichthubschrauber des Bruchsaler Start-up-Unternehmens Volocopter wirken die Vaihinger Forscher mit. Der Hubschrauber mit Elektroantrieb soll in der Zukunft in Städten als Flugtaxi eingesetzt werden. Bei einem Testflug im September 2019 vor rund 12 500 Zuschauern beim Mercedes-Benz-Museum steuerte der Pilot das Fluggerät, das mit seinen 18 Rotoren wie eine Mischung aus Drohne und Hubschrauber aussieht, auf 30 Meter Höhe und blieb etwa vier Minuten lang in der Luft. „Die Flugzeit liegt bisher bei etwa einer halben Stunde. Allein schon wegen der Sicherheit muss dies deutlich verbessert werden.“ Hier setzen die Wissenschaftler darauf, dass es es irgendwann leistungsfähigere Batterien gibt.

Simulation vor dem Bauen spart viel Zeit und Geld

Ein anderes Problem, mit dem sich die Forschungsgruppe beschäftigt, wird in bestimmten Flugzuständen durch die Interaktion des Rotornachlaufs mit dem Heckausleger ausgelöst. Dann kann es zu unerwünschten Schwingungen des gesamten Rumpfes kommen, was im Cockpit als unangenehme seitliche Vibrationen wahrgenommen wird. Dieses als Tail Shake bezeichnete Phänomen tritt bei zahlreichen Modellen während der Erprobung auf. Es muss durch aufwendige Änderungen korrigiert werden. Wie das geschehen soll, kann eigentlich nur durch Probieren im Flugversuch herausgefunden werden. Weil dies viel Geld und Zeit kostet, wäre eine Simulation in einem früheren Entwicklungsstadium sehr wertvoll und dafür können die Vaihinger Forscher ihr Know-how und ihre Technik beisteuern. Sie sind davon überzeugt, dass ihre Methode die belastbare Vorhersage von Tail Shakes ermöglicht.

Der Lärm, den Hubschrauber erzeugen, sagt Johannes Letzgus, sei immer unerfreulich hoch. Ihn zu verringern, sei bei der Nachrüstung vorhandener Modelle und bei Neukonstruktionen wichtig. In früheren Projekten habe die Arbeitsgruppe auf der Basis ihrer Simulationen für den Landeanflug bereits ausgezeichnete Ergebnisse erzielt. Nun gelte es, dies auch für die Phasen Start und Überflug zu erreichen und dabei den Simulations- und den Rechenaufwand zu verringern.

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