Twin-Helix 2
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 Anwendungsbereichennegative Effekte hervorrufen. Im Falle von Windkraftanlagen kann der Nachlauf zu unerwünschten Lastwechseln an einer weiter stromab positionierten Anlage führen und diese durch resultierende Vibrationen beschädigen. Im Anwendungsbeispiel des Helikopters oder einer unbemannten Drohne, kurz UAV, 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.
Das DFG geförderte Forschungsvorhaben TWIN-HELIX 2 baut auf den Ergebnissen des Vorgängerprojekts TWIN-HELIX auf, in welchem eine neuartige Reduktionsmethode untersucht wurde, um den schädlichen Einfluss der Blattspitzenwirbel zu mindern. Mithilfe eines speziellen geometrischen Designs der Blattspitze wird der einzelne, konzentrierte Blattspitzenwirbel in zwei separate Wirbel aufgeteilt, welche nachfolgend gegenseitigen Interaktionsmechanismen ausgesetzt sind, die letztendlich in einem verschmolzenen Wirbel mit aufgeweitetem Kernradius und abgeschwächter Wirbelstärke resultieren. Die Präsenz von Instabilitätsphänomenen kann den beschriebenen Vorgang positiv beeinflussen und die relevanten Zeitintervalle stark reduzieren. Ziel des aktuellen Projekts ist ein umfassendes physikalisches Verständnis der in diesem speziellen Wirbelsystem auftretenden Instabilitäsphänomene und deren Ursprung, um neue Erkentnisse für das geometrische Design von Rotorblattspitzen zu gewinnen. Im Rahmen des Projekts werden umfangreiche experimtenlle Untersuchungen mit numerischen Rechnungen kombiniert.