Twin-Helix
Der Nachlauf von Rotoren ist, ähnlich wie beim Starrflügler, geprägt von einer Überlagerung von Wirbelstrukturen. Die Bildung von konzentrierten Blattspitzenwirbeln ist eine direkte physikalische Konsequenz des Druckausgleichs zwischen der Strömung auf der Druck- und der Saugseite. Aufgrund der Überlagerung der freien Anströmgeschwindigkeit und der Rotationsbewegung ergibt sich im Falle von Rotoren eine charakteristische helixförmige Geometrie. Diese abschwimmenden konzentrierten Blattspitzenwirbel können durch Interkationen mit nachfolgenden Objekten in bestimmten technischen Anwendungsbereichen negative Effekte hervorrufen. Im Falle von Windkraftanlagen kann der Nachlauf zu unerwünschten Lastwechseln an einer weiter stromab positionierten Anlage führen und diese durch resultierende Virbationen beschädigen. Im Anwendungsbeispiel des Helikopters oder einer unbemannten Drohne treten insbesondere im Landeanflug starke Interaktionen zwischen den Blattspitzenwirbeln und den Rotorblättern auf. Diese sogenannte Blade-Vortex-Interaction führt durch eine Kombination von aerodynamsichen und aeroakustischen Effekten zu einer impulsiven, starken Geräuschemission, welche vom Menschen als störend wahrgenommen wird. Vor dem Hintergrund des prognostizierten stark ansteigenden UAV Verkehrs kommt lärmmindernden Konzepten eine immer größere Bedeutung zu.
Im Rahmen des deutsch-französischen Forschungsvorhaben TWIN-HELIX wird ein neuartiger Ansatz verfolgt, um den schädlichen Einfluss der Blattspitzenwirbel zu mindern. Das Konzept sieht vor, die einzelnen Blattspitzenwirbel in einem ersten Schritt durch zwei entstehende Wirbel zu ersetzen und diese dann nachfolgend miteinander interagieren zu lassen. Durch Instabilitätsphänomene und das letzendlich einsetzende Verschmelzen beider Wirbel soll ein resultierender Wirbel mit aufgeweitetem Kernradius und abgeschwächter Wirbelstärke entstehen. Das Projekt umfasst eine detaillierte theoretische, numerische und experimentelle Analyse des entwickelten Konzepts.
Die Finanzierung des kooperativen Forschungsvorhabens erfolgt durch ANR und DFG und wird im Verbund mit dem Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Equilibre der Universität Marseille durchgeführt