Martin Achter
08.11.2003, 17:14
N'Abend Leute!
Ich habe vorgestern der interessantesten Vorlesung meines Studentenlebens beigewohnt! Leider habe ich den Seminartermin erst am Morgen des selben Tages erfahren, sonst hätte ich Euch das schon mittgeteilt, da die Veranstaltung für jederman zugängig war. Thema des Seminars war "Hubschrauber 2020", und wurde vorgetragen von Dipl.-Ing. Michael Stephan (Leiter für Forschung und Technologie, Eurocopter). Während des Vortrages bin ich aus dem Staunen nicht mehr herausgekommen. Während des 90-minütigen Vortrages wurde über die allerneuesten Technologien, Entwicklungen und Projekte bei Eurocopter referiert. Mir sind dabei unzählige Ideen durch den Kopf geschossen, die sich auch in unserem Maßstab realisieren lassen, oder die zumindest für interessante Detaillösungen übertragbar wären. Hier nun das Wesentliche:
-> Gelenkfreie Rotorblattaufhängung- und Ansteuerung:
Die Technik dürfte allen EC 135 und EC 145 Modellpiloten ja bekannt sein. Mittels eines Torsionselementes und einer 2-Punkt-Rotorkopfbefestigung, lassen sich die Rotorblätter wesentlich schneller und präziser ansteuern. Zudem ist der Hubschrauber extrem agil, was in der künftigen Fly-by-Light-Steuerung unerläßlich sein wird! Zudem wird das an der Hauptrotorwelle anliegende Moment extrem verringert!
-> Fly-by-Light:
Was bei uns Modellhubschrauberpiloten bereits gangundgängig ist, erhält nun auch bei den Einszueinsern Einzug! Bei uns heißt es Fly-by-Wire, was durch die Funktechnik unerläßlich ist!. In realen Helis werden die Steuerbefehle allerdings immer noch über konventionelle Gestänge übertragen, die allenfalls Servo- bzw. Hydraulikunterstützt sind. Eine starre Verbindung ist (wie die Lenkstange im Automobil) leider immer noch aus Sicherheitsgründen gesetzlich vorgeschrieben. Zukünftig soll die Steuerung ähnlich wie bei Kampf- und Pasagierjets vom Computer übernommen werden. Die Daten werden dabei über Lichtleiterkabel übertragen, deshalb auch "Fly-by-Light". Zur Zeit existieren schon einige Prototypen, die mit diesem System ausgerüstet sind, allerdings ist dabei für den Piloten im Notfall immer noch die Möglichkeit gegeben, ein Gestänge einzukoppeln!
-> Beseitigung "Knattereffekt":
Wer von uns kennt nicht dieses einmalige, inniggeliebte Flappergeräusch einer Bell UH-1D beim Schweben, und im Landeanflug. Liebhaber: haltet es gut in Erinnerung, denn lange wird es diesen Sound nicht mehr geben! In der Zivilen und Militärischen Luftfahr ist es eben zum Ziel gesetzt worden, jeglichen Lärmpegel zu reduzieren. Ursache dieses Knattereffektes, sind die Luftwirbel, die ein bewegtes Rotorblatt erzeugt. Den eigentlichen Knall erzeugt dann das Rotorblatt, das in diesen Luftwirbel hineinschlägt. Durch eine neuartige Profilgebung der Rotorblätter (ist im Übrigen äußerst kantig), und kurze zyklische Ausschläge kann dieser Luftwirbel so abgelenkt werden, daß er circa 30cm unter dem nachfolgenden Blatt hindurchsaust. Et voila: der Heli klingt nun wie im Geradeausflug!
-> "Klappen" an Rotorblättern:
Da ein Rotorblatt ebenso wie eine Flügelfläche "nur" ein Auftriebskörper ist, lassen sich auch dort aerodynamische Klappen anbringen, die die Auftriebskräfte lenken können. Dies wir mittels piezoelektronischer Bauelemente (Keramiken, die unter elektrischer Spannung ihre Form ändern) realisiert, da auch diese "Klappenausschläge" zyklisch erfolgen müssen. Dies führt zur Wirkungsgradsteigerung und Momentenveringerung. Die Spannungen sollen berührungslos via Induktionsspulen an die Blätter weitergeleitet werden. Der Erstflug eines Prototyps ist für März 2004 geplant.
Auf diese Technologie setzt Eurocopter seine größten Hoffnungen, da mit ihr künftig die "Hubschrauberschallmauer" von 350km/h durchbrochen werden könnte! Geplant sind sind Reisegeschwindigkeiten von 650-700km/h bis 2020. Mittels dieser Piezokeramiken lassen sich die Blätter während des Fluges und zyklisch in jede beliebige Form bringen. D.h. das Blatt kann in sich torrodiert werden. Ebenso kann das Profil geändert werden. Beim schnellen Geradeausflug kann der Stall-Effekt des rücklaufenden Blattes unterbunden werden, indem durch ändern des Anstellwinkels oder Umkehrung des Profils die Strömung wieder aufgebaut wird. Sensoren auf der Blattoberfläche messen den Luftdruck und Strömungsverlauf. Ein Computersystem erkennt diese, und leitet Gegenmaßnahmen ein, die durch die Piezoelemente umgesetzt werden.
-> Taumelscheibe ade:
Die Taumelscheibe in Helikoptern gehört laut Eurocopter schon jetzt der Vergangenheit an. Künftig sollen alle Blattbewegungen von Elektromotoren oder Piezoelementen ausgeführt werden. Die Steuerbefehle, und die dafür nötigen Ströme und Spannungen werden berührungslos via Induktionsspulen an den Rotorkopf übertragen. Auf selbigem Wege findet eine Rückübertragung zukünftiger Sensorsignale statt. Fly-by-Light hat dann die Serienreife schon längst erlangt, und kann optimal in das Gesamtsystem integriert werden. Der kompletten Systemvernetzung um gesamten Hubschrauber steht also nichts mehr im Wege!
-> Gewichtsreduzierung:
Leichtbaumaterialien vie Faserverbundwerkstoffe und neue Metallegierungen sowie Keramiken haben bereitz jetzt schon Einzug in die modernen Hubschrauber erhalten. So konnte das Leichtgewicht von 105kg einer Aluzelle auf stoltze 70kg gesenkt werden. Und das bei besseren Festigkeitswerten und besserem Crashverhalten. Zudem wurden Verfahren entwickelt, mit denen (durch evtl. harte Landungen) beschädigte Kunststoffzellen repariert werden können. Die "geflickte" Zelle weist mit diesen Methoden die selben Festigkeitswerte auf, wie vor der Beschädigung! Herr Dipl. -Ing. Stephan hatte da noch eine kleine Anekdote auf Lager: "Ein Entwicklungsingenieur meinte, daß wir die Zellenwände nicht noch dünner gestalten dürften, da sonst ein Mechaniker, der über die Kufen des Helis stolpert, in die Zelle einbrechen würde!"
Auch die Triebwerkshersteller übertreffen sich in der Leichtgewichtigkeit der Produkte. Lediglich die Rotorblätter könne man nicht mehr leichter gestalten, da sie dann nicht mehr Autorotationsfähig wären!
-> Navigation:
Gerade durch die Verbesserung der Navigations- und Orientierungsinstrumente sieht Eurocopter eine Reduzierung der Unfallzahlen von 10 Unfällen pro eine Million Flugstunden auf lediglich 3 Unfälle. Große Hoffnungen werden da auf ein Radar im Gigaherzbereich gesetzt, leider ist der derzeitige Hersteller und Entwicklungsträger dieser Systeme aus dem Bereich ausgestiegen, sodaß hier ein neuer Hersteller gfunden werden muß. Da alle bereitsvorhandenen Sichtsystem (Radar, Laser, Infrarot, Echolot, Restlichtverstärker, GPS, etc.) unterschiedliche Schwachstellen aufweisen, dürfen sie nur zur Unterstützung des Piloten verwendet werden. Es gelten daher immer noch die Schlechtwettereinschränkungen von Hubschraubern, da sich der Pilot nicht 100%-tig auf diese Systeme verlassen darf. (Stromleitungen werden z.B. vom Infrarot nicht erkannt. Dies wiederum könnte ein Lasersystem, welches wiederum einen schneebedeckten Hang nicht als Hindernis einstufen würde....). Letztenendes, so Dipl. -Ing. Stephan, würde es auf die Kombination verschiedener Systeme hinauslaufen, um eine 100%-tige Objekterkennung zu gewährleisten! Selbiges gilt für neuentwickelte Navigationsgeräte, die Anflugkorridore auf ein HUD projezieren, bzw. diese mittels Hologrammen (Focus unendlich, daher keine Entfernungsanpassung des Menschlichen Auges) oder großformatigen LCD-Displays darstellen.
Größtes Problem dieser Technologien dürften die nötigen Gesetzesänderungen für deren serienmäßigen Einsatz sein.
-> Abschaltbarer Drehmomentausgleich:
Für den Hubschrauber 2020 ist ein weiteres Projekt in Vorbereitung, undzwar ein Drehmomentausgleich, der abschalktbar ist, wenn er nicht benötigt wird, z.B im schnellen Geradeausflug. Herr Stephan stellte sich da einen Fenestron vor, den man bei Nichtbedarf auskoppeln könnte um den Energieverbrauch zu reduzieren, und die Geräuschentwicklung zu verringern. Zugunsten der Aerodynamik könnten dann zwei Bleche (ähnlich wie beim Fahrwerk) die Ein- und Auslaßöffnungen des Fenestrons verschließen. Man überlegt sich da auch schon seperate Antriebe auf Elektromotoren- oder Hydraulikbasis, für einen reaktionsschnellen Drehmomentausgleich.
Ausblick:
Letztenendes führt alles auf eine Verbesserung der Aerodynamik, und zur Minimierung der Betriebskosten. Hubschrauber werden noch vielfältiger einsetzbar, schneller und vorallem wirtschaftlicher. Da der Hubschrauber ein gutes Jahrhundert jünger ist, als das Flugzeug, können bei gleichem finanziellem Aufwand wesentlich größere Fortschritte in der Entwicklung erziehlt werden.
Ich hoffe Ihr fandet diesen Bericht genauso interessant, wie ich die Vorlesung. Leider kann ich zu den einzelnen Punkten nicht weiter ins Detail gehen, da dies jeden Rahmen sprengen würde. Es war eh eine Leistung, daß Herr Stephan dies alles in 90 Minuten untergebracht hatte!
Ich habe vorgestern der interessantesten Vorlesung meines Studentenlebens beigewohnt! Leider habe ich den Seminartermin erst am Morgen des selben Tages erfahren, sonst hätte ich Euch das schon mittgeteilt, da die Veranstaltung für jederman zugängig war. Thema des Seminars war "Hubschrauber 2020", und wurde vorgetragen von Dipl.-Ing. Michael Stephan (Leiter für Forschung und Technologie, Eurocopter). Während des Vortrages bin ich aus dem Staunen nicht mehr herausgekommen. Während des 90-minütigen Vortrages wurde über die allerneuesten Technologien, Entwicklungen und Projekte bei Eurocopter referiert. Mir sind dabei unzählige Ideen durch den Kopf geschossen, die sich auch in unserem Maßstab realisieren lassen, oder die zumindest für interessante Detaillösungen übertragbar wären. Hier nun das Wesentliche:
-> Gelenkfreie Rotorblattaufhängung- und Ansteuerung:
Die Technik dürfte allen EC 135 und EC 145 Modellpiloten ja bekannt sein. Mittels eines Torsionselementes und einer 2-Punkt-Rotorkopfbefestigung, lassen sich die Rotorblätter wesentlich schneller und präziser ansteuern. Zudem ist der Hubschrauber extrem agil, was in der künftigen Fly-by-Light-Steuerung unerläßlich sein wird! Zudem wird das an der Hauptrotorwelle anliegende Moment extrem verringert!
-> Fly-by-Light:
Was bei uns Modellhubschrauberpiloten bereits gangundgängig ist, erhält nun auch bei den Einszueinsern Einzug! Bei uns heißt es Fly-by-Wire, was durch die Funktechnik unerläßlich ist!. In realen Helis werden die Steuerbefehle allerdings immer noch über konventionelle Gestänge übertragen, die allenfalls Servo- bzw. Hydraulikunterstützt sind. Eine starre Verbindung ist (wie die Lenkstange im Automobil) leider immer noch aus Sicherheitsgründen gesetzlich vorgeschrieben. Zukünftig soll die Steuerung ähnlich wie bei Kampf- und Pasagierjets vom Computer übernommen werden. Die Daten werden dabei über Lichtleiterkabel übertragen, deshalb auch "Fly-by-Light". Zur Zeit existieren schon einige Prototypen, die mit diesem System ausgerüstet sind, allerdings ist dabei für den Piloten im Notfall immer noch die Möglichkeit gegeben, ein Gestänge einzukoppeln!
-> Beseitigung "Knattereffekt":
Wer von uns kennt nicht dieses einmalige, inniggeliebte Flappergeräusch einer Bell UH-1D beim Schweben, und im Landeanflug. Liebhaber: haltet es gut in Erinnerung, denn lange wird es diesen Sound nicht mehr geben! In der Zivilen und Militärischen Luftfahr ist es eben zum Ziel gesetzt worden, jeglichen Lärmpegel zu reduzieren. Ursache dieses Knattereffektes, sind die Luftwirbel, die ein bewegtes Rotorblatt erzeugt. Den eigentlichen Knall erzeugt dann das Rotorblatt, das in diesen Luftwirbel hineinschlägt. Durch eine neuartige Profilgebung der Rotorblätter (ist im Übrigen äußerst kantig), und kurze zyklische Ausschläge kann dieser Luftwirbel so abgelenkt werden, daß er circa 30cm unter dem nachfolgenden Blatt hindurchsaust. Et voila: der Heli klingt nun wie im Geradeausflug!
-> "Klappen" an Rotorblättern:
Da ein Rotorblatt ebenso wie eine Flügelfläche "nur" ein Auftriebskörper ist, lassen sich auch dort aerodynamische Klappen anbringen, die die Auftriebskräfte lenken können. Dies wir mittels piezoelektronischer Bauelemente (Keramiken, die unter elektrischer Spannung ihre Form ändern) realisiert, da auch diese "Klappenausschläge" zyklisch erfolgen müssen. Dies führt zur Wirkungsgradsteigerung und Momentenveringerung. Die Spannungen sollen berührungslos via Induktionsspulen an die Blätter weitergeleitet werden. Der Erstflug eines Prototyps ist für März 2004 geplant.
Auf diese Technologie setzt Eurocopter seine größten Hoffnungen, da mit ihr künftig die "Hubschrauberschallmauer" von 350km/h durchbrochen werden könnte! Geplant sind sind Reisegeschwindigkeiten von 650-700km/h bis 2020. Mittels dieser Piezokeramiken lassen sich die Blätter während des Fluges und zyklisch in jede beliebige Form bringen. D.h. das Blatt kann in sich torrodiert werden. Ebenso kann das Profil geändert werden. Beim schnellen Geradeausflug kann der Stall-Effekt des rücklaufenden Blattes unterbunden werden, indem durch ändern des Anstellwinkels oder Umkehrung des Profils die Strömung wieder aufgebaut wird. Sensoren auf der Blattoberfläche messen den Luftdruck und Strömungsverlauf. Ein Computersystem erkennt diese, und leitet Gegenmaßnahmen ein, die durch die Piezoelemente umgesetzt werden.
-> Taumelscheibe ade:
Die Taumelscheibe in Helikoptern gehört laut Eurocopter schon jetzt der Vergangenheit an. Künftig sollen alle Blattbewegungen von Elektromotoren oder Piezoelementen ausgeführt werden. Die Steuerbefehle, und die dafür nötigen Ströme und Spannungen werden berührungslos via Induktionsspulen an den Rotorkopf übertragen. Auf selbigem Wege findet eine Rückübertragung zukünftiger Sensorsignale statt. Fly-by-Light hat dann die Serienreife schon längst erlangt, und kann optimal in das Gesamtsystem integriert werden. Der kompletten Systemvernetzung um gesamten Hubschrauber steht also nichts mehr im Wege!
-> Gewichtsreduzierung:
Leichtbaumaterialien vie Faserverbundwerkstoffe und neue Metallegierungen sowie Keramiken haben bereitz jetzt schon Einzug in die modernen Hubschrauber erhalten. So konnte das Leichtgewicht von 105kg einer Aluzelle auf stoltze 70kg gesenkt werden. Und das bei besseren Festigkeitswerten und besserem Crashverhalten. Zudem wurden Verfahren entwickelt, mit denen (durch evtl. harte Landungen) beschädigte Kunststoffzellen repariert werden können. Die "geflickte" Zelle weist mit diesen Methoden die selben Festigkeitswerte auf, wie vor der Beschädigung! Herr Dipl. -Ing. Stephan hatte da noch eine kleine Anekdote auf Lager: "Ein Entwicklungsingenieur meinte, daß wir die Zellenwände nicht noch dünner gestalten dürften, da sonst ein Mechaniker, der über die Kufen des Helis stolpert, in die Zelle einbrechen würde!"
Auch die Triebwerkshersteller übertreffen sich in der Leichtgewichtigkeit der Produkte. Lediglich die Rotorblätter könne man nicht mehr leichter gestalten, da sie dann nicht mehr Autorotationsfähig wären!
-> Navigation:
Gerade durch die Verbesserung der Navigations- und Orientierungsinstrumente sieht Eurocopter eine Reduzierung der Unfallzahlen von 10 Unfällen pro eine Million Flugstunden auf lediglich 3 Unfälle. Große Hoffnungen werden da auf ein Radar im Gigaherzbereich gesetzt, leider ist der derzeitige Hersteller und Entwicklungsträger dieser Systeme aus dem Bereich ausgestiegen, sodaß hier ein neuer Hersteller gfunden werden muß. Da alle bereitsvorhandenen Sichtsystem (Radar, Laser, Infrarot, Echolot, Restlichtverstärker, GPS, etc.) unterschiedliche Schwachstellen aufweisen, dürfen sie nur zur Unterstützung des Piloten verwendet werden. Es gelten daher immer noch die Schlechtwettereinschränkungen von Hubschraubern, da sich der Pilot nicht 100%-tig auf diese Systeme verlassen darf. (Stromleitungen werden z.B. vom Infrarot nicht erkannt. Dies wiederum könnte ein Lasersystem, welches wiederum einen schneebedeckten Hang nicht als Hindernis einstufen würde....). Letztenendes, so Dipl. -Ing. Stephan, würde es auf die Kombination verschiedener Systeme hinauslaufen, um eine 100%-tige Objekterkennung zu gewährleisten! Selbiges gilt für neuentwickelte Navigationsgeräte, die Anflugkorridore auf ein HUD projezieren, bzw. diese mittels Hologrammen (Focus unendlich, daher keine Entfernungsanpassung des Menschlichen Auges) oder großformatigen LCD-Displays darstellen.
Größtes Problem dieser Technologien dürften die nötigen Gesetzesänderungen für deren serienmäßigen Einsatz sein.
-> Abschaltbarer Drehmomentausgleich:
Für den Hubschrauber 2020 ist ein weiteres Projekt in Vorbereitung, undzwar ein Drehmomentausgleich, der abschalktbar ist, wenn er nicht benötigt wird, z.B im schnellen Geradeausflug. Herr Stephan stellte sich da einen Fenestron vor, den man bei Nichtbedarf auskoppeln könnte um den Energieverbrauch zu reduzieren, und die Geräuschentwicklung zu verringern. Zugunsten der Aerodynamik könnten dann zwei Bleche (ähnlich wie beim Fahrwerk) die Ein- und Auslaßöffnungen des Fenestrons verschließen. Man überlegt sich da auch schon seperate Antriebe auf Elektromotoren- oder Hydraulikbasis, für einen reaktionsschnellen Drehmomentausgleich.
Ausblick:
Letztenendes führt alles auf eine Verbesserung der Aerodynamik, und zur Minimierung der Betriebskosten. Hubschrauber werden noch vielfältiger einsetzbar, schneller und vorallem wirtschaftlicher. Da der Hubschrauber ein gutes Jahrhundert jünger ist, als das Flugzeug, können bei gleichem finanziellem Aufwand wesentlich größere Fortschritte in der Entwicklung erziehlt werden.
Ich hoffe Ihr fandet diesen Bericht genauso interessant, wie ich die Vorlesung. Leider kann ich zu den einzelnen Punkten nicht weiter ins Detail gehen, da dies jeden Rahmen sprengen würde. Es war eh eine Leistung, daß Herr Stephan dies alles in 90 Minuten untergebracht hatte!