Auslegung, Aufbau und Anwendung eines Contra-Rotating Open Rotor-Modells für aerodynamische und aeroakustische Untersuchungen

Gegenläufig drehende, offene Rotoren (CRORs) bieten aufgrund ihres sehr guten Vortriebswirkungsgrads ein enormes Potential zur Treibstoffersparnis gegenüber herkömmlichen Turboluftstrahltriebwerken. Ihr Hauptnachteil besteht in den hohen Lärmemissionen.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde zunächst ein generisches CROR-Modell ausgelegt und aufgebaut, mit dem für die Lärmerzeugung relevanten Phänomene einfach und effizient untersucht und messtechnisch erfasst werden können. Aufgrund der hohen Drehzahlen können Blattspitzenmachzahlen wie in der Realität erreicht werden und die erzielbaren Anströmgeschwindigkeiten entsprechen dem Startfall, der für die Lärmemissionen besonders relevant ist.

Neben Schub und Drehmoment beider Rotoren können der Druck an der Verkleidung und die Druckverteilung im Nachlauf gemessen werden. Die Lärmemissionen in alle Richtungen werden von insgesamt 227 Mikrofonen gemessen, die in die akustische Dämmung des Windkanals integriert sind.

Dieses Modell wurde anschließend in verschiedenen Messkampagnen zur Erzeugung von Messdaten eingesetzt. Dabei wurden zunächst die Drehzahlen beider Rotoren und die Anströmgeschwindigkeit variiert. Im nächsten Schritt wurde der Einfluss von Schräganströmung betrachtet. In weiteren Messreihen wurde der Einfluss des Drehzahlverhältnisses und der Einfluss unterschiedlicher Blattanzahlen an vorderem und hinterem Rotor analysiert. Zur Untersuchung von Integrations- und Abschattungseffekten wurde eine Pylon-Leitwerk-Kombination gebaut, die in einer Pusher- und einer Tractor-Konfiguration betrachtet wurde.

Parallel hierzu wurden von einem Kollegen numerische Simulationen durchgeführt, wodurch die Möglichkeit zur gegenseitigen Validierung bestand.