Aerodynamik

Buckelwal dient als Vorlage für Hubschrauber

+
Foto: Macht sich auch am Hubschrauber gut: die Buckelwal-Flosse.

Hannover - Hubschrauber könnten deutlich schneller fliegen – würde sie die Aerodynamik nicht einschränken. Wissenschaftler aus Göttingen haben sich jetzt beim Buckelwal abgeschaut, wie man Strömung und Auftrieb besser nutzen kann.

Buckelwale können nicht fliegen. Trotzdem haben die bis zu 18 Meter langen und 30 Tonnen schweren Meeressäuger die Entwicklung von Hubschraubern jetzt entscheidend vorangebracht. Denn die Wale haben ihre Flossen so perfektioniert, dass sie Strömung und Auftrieb möglichst optimal ausnutzen können - und weil es sich damit in der Luft ebenso verhält wie im Wasser, haben die Aerodynamikexperten des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Göttingen das Buckelwal-Prinzip nun einfach für die Verbesserung von Hubschraubern übernommen.

"Wir untersuchen in unserem Windkanal schon länger den sogenannten Strömungsabriss an den Rotorblättern von Hubschraubern", erklärt Holger Mai vom DLR-Institut für Aeroelastik. Denn die Helikopter können mit ihren Rotoren zwar senkrecht starten und landen, die schnell rotierenden Blätter haben aber auch Nachteile. "Die Höchstgeschwindigkeit in großer Flughöhe und die Manövrierfähigkeit von Hubschraubern sind durch die Technik begrenzt", sagt Mais Kollege Kai Richter vom Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik.

Kern des Problems ist die Tatsache, dass sich die Rotorblätter im Kreis drehen und deshalb auf einer Seite des Helikopters die Vorderseite, auf der anderen aber die Rückseite der Rotorblätter in den Fahrtwind zeigt. Um einen stabilen Flug zu erreichen, muss sich der Anstellwinkel der Blätter daher mit dem Umlauf periodisch ändern. "Dabei kommt es aber teilweise zu sehr steilen Anstellwinkeln", erklärt Mai. "Dadurch löst sich die Strömung an der Vorderseite des Rotors ab und rollt sich zu einem großen Wirbel auf. Wenn der sich dann ablöst, bricht der Auftrieb zusammen."

Die DLR-Forscher begaben sich deshalb auf die Suche nach einer Lösung des Strömungsproblems und wurden beim Buckelwal fündig, dessen Flossen an der Vorderseite mit einer Reihe kleiner Beulen versehen sind. "Es gab dazu bereits eine Untersuchung aus Amerika", berichtet Mai. "Bei einem naturgetreuen Flossenmodell war der Auftrieb im Windkanal deutlich höher als ohne die Beulen."

In Versuchen ermittelten die Aerodynamik-Experten das Design für künstliche Beulen für Hubschrauberflügel und entwickelten Noppen von nur sechs Millimeter Durchmesser, die mit 20 Zentimeter Abstand entlang der Vorderkante der Rotorblätter geklebt werden können. "An diesen kleinen Erhebungen entstehen viele kleine Wirbel, die wiederum verhindern, dass sich ein gefährlicher großer Wirbel bildet", umreißt Mai grob das Prinzip, das bisher jedoch noch nicht vollständig aufgeklärt ist. "Tatsache ist aber, dass wir im Windkanal und an einem echten Hubschrauber zeigen konnten, dass das Prinzip wirkt", sagt er.

"Die Piloten haben bereits ein anderes Verhalten der Rotorblätter festgestellt", bestätigt auch Richter nach dem ersten Flugversuch. "Der nächste Schritt ist dann ein Flug mit einer speziellen Messanlage, um die Effekte genauer erfassen zu können." Fernziel der Wissenschaftler ist es, für jeden Hubschraubertyp die richtigen Buckelwal-Beulen berechnen zu können. Dann könnten Hubschrauber nachgerüstet oder gleich mit den Mininoppen auf den Rotorblättern gebaut werden.

Kommentare