Rotorcraft and VTOL Design Basics
Die Entwicklung von Drehflüglern und VTOL-Flugzeugen erfordert das Zusammenspiel einer Reihe unterschiedlicher Disziplinen wie Aerodynamik, Flugmechanik, Strukturtechnik, Design usw. Diese Vorlesung befasst sich mit den grundlegenden Zusammenhängen, die bei der Vorentwicklung eine Rolle spielen. Es wird gezeigt, wie die Hauptkomponenten eines Hubschraubers auf Basis der Missionsanforderungen dimensioniert werden können. Darauf aufbauend werden die Iterationsschritte zur weiteren Verfeinerung des Entwurfs erläutert. Am Ende dieser Vorlesung verfügen die Teilnehmer über rundlegende Kenntnisse für den Vorentwurf eines Hubschraubers. Dazu gehören die Abschätzung des Leergewichts und des maximalen Abfluggewichts, installierten Leistung, des Flugbereichs sowie der Dimensionierung von Haupt- und Heckrotor.
Kursinhalte
- Einführung: Entwicklungsgeschichte, Bauformen, Konfigurationen, Typische Missionen
- Flugphysikalische Grundlagen: Einführung in die Strahltheorie, Schwebeflug, Steigflug, Vorwärtsflug, Autorotation, Bodeneffekt, Grundlagen Blattelemententheorie
- Leistungsbedarf: Schwebeflug, Vorwärtsflug, Leistungskorrekturen
- Missionsverbrauch: Normatmosphäre, Spezifischer Kraftstoffverbrauch, Elektrischer Verbrauch, Bestimmung Missionskraftstoff
- Auslegung anhand von Missionen: Auslegungszyklus, Massenschleife, Parameterstudien, Carpet Plots
- Auslegung: Leermassenabschätzung, Schwerpunktsbestimmung, Hauptsysteme, Abschätzung Gesamtmasse
- Auslegung Rotor: Bauarten, Rotorparameter, Rotorgrenzen, Steuerung
- Rotordynamik
- eVTOL: Auslegung, Batterien, Brennstoffzellen
Literatur
- Stepniewski, W.Z.; Keys, C.N. – Rotary-Wing Aerodynamics
- Prouty, R.W. – Helicopter Performance, Stability and Control
- Johnson, W. – Helicopter Theory
- Leishman, J.G. – Principles of Helicopter Aerodynamics