BERP Rotor – Wikipedia

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Tokyo Metropolitan Police Department EH101 (AW101)

Das BERP-Rotor Das Klingendesign wurde unter der Britisches experimentelles Rotorprogramm. Die ersten BERP-Rotorblätter wurden Ende der 1970er bis Mitte der 1980er Jahre als Joint-Venture-Programm zwischen Westland Helicopters und dem Royal Aircraft Establishment (RAE) mit Professor Martin Lowson als Co-Patentinhaber entwickelt.[1] Ziel war es, die Hubfähigkeit und die Höchstgeschwindigkeit der Hubschrauber durch neue Designs und Materialien zu verbessern.

Wie es funktioniert[edit]

Wenn sich Objekte der Schallgeschwindigkeit nähern, bilden sich Stoßwellen in Bereichen, in denen der lokale Fluss über die Schallgeschwindigkeit beschleunigt wird. Dies tritt normalerweise in gekrümmten Bereichen wie Cockpitfenstern, Vorderkanten des Flügels und ähnlichen Bereichen auf, in denen das Bernoulli-Prinzip die Luft beschleunigt. Diese Stoßwellen strahlen eine große Menge an Energie ab, die von den Triebwerken geliefert werden muss, was dem gesamten Flugzeug als große Menge an zusätzlichem Luftwiderstand erscheint, der als Wellenwiderstand bezeichnet wird. Es war der Beginn des Wellenwiderstands, der die Idee einer Schallmauer hervorrief.

Hubschrauber haben das zusätzliche Problem, dass sich ihre Rotoren beim Drehen relativ zum Rumpf bewegen. Selbst wenn Sie schweben, können sich die Rotorspitzen mit einem erheblichen Bruchteil der Schallgeschwindigkeit bewegen. Wenn der Hubschrauber beschleunigt, wird seine Gesamtgeschwindigkeit zu der der Spitzen addiert, was bedeutet, dass die Blätter auf der sich vorwärts bewegenden Seite des Rotors eine signifikant höhere Fluggeschwindigkeit als die sich rückwärts bewegende Seite sehen, was zu einer Asymmetrie des Auftriebs führt. Dies erfordert Änderungen des Anstellwinkels der Schaufeln, um sicherzustellen, dass der Auftrieb trotz der großen Unterschiede im relativen Luftstrom auf beiden Seiten ähnlich ist.

Es ist die Fähigkeit des Rotors, sein Auftriebsmuster zu ändern, die die Vorwärtsgeschwindigkeit eines Hubschraubers begrenzt; Irgendwann bedeutet die Vorwärtsgeschwindigkeit, dass die sich rückwärts bewegenden Schaufeln unter ihrer Blockiergeschwindigkeit liegen. Der Punkt, an dem dies auftritt, kann verbessert werden, indem der Rotor schneller gedreht wird. Dann besteht jedoch das zusätzliche Problem, dass sich die vorwärts bewegenden Schaufeln bei hohen Geschwindigkeiten der Schallgeschwindigkeit nähern und unter Wellenwiderstand und anderen negativen Effekten leiden.

Eine Lösung für das Problem des Wellenwiderstands ist die gleiche, die bei Düsenjägern der 1950er Jahre beobachtet wurde, nämlich die Verwendung von Wing Sweep. Dies reduziert den Effekt des Wellenwiderstands ohne signifikante negative Auswirkungen, außer bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten. Bei Kämpfern war dies ein Problem, insbesondere bei der Landung. Bei Hubschraubern ist dies jedoch weniger problematisch, da die Rotorspitzen selbst während der Landung nicht wesentlich langsamer werden. Solche Kehrspitzen sind bei vielen Hubschraubern aus den 1970er und 80er Jahren zu sehen, insbesondere beim UH-60 Blackhawk und beim AH-64 Apache.

Damit wir jedoch keine Schwerpunkt- oder aerodynamischen Mittelbewegungen hinter der elastischen Schaufelachse erhalten (was zu unerwünschten aerodynamischen und Trägheitskopplungen führen kann), muss die Spitze mit einer Flächenverschiebung nach vorne konfiguriert werden. Dies kann auf ein Minimum beschränkt werden, indem erkannt wird, dass die Machzahl entlang der Klinge variiert, so dass wir keinen konstanten Schwenkwinkel verwenden müssen, wodurch das Ausmaß der Vorwärtsbereichsverschiebung minimiert wird.

Die bei der Konstruktion der BERP-Klinge verwendete Methodik stellt sicher, dass die effektive Machzahl senkrecht zur Klinge über den überstrichenen Bereich nominell konstant bleibt. Der maximale Sweep für den großen Teil der BERP-Klinge beträgt 30 Grad und die Spitze beginnt bei einem nicht dimensionalen Radius r / R = cos 30 = 86% Radius. Die Flächenverteilung dieses Spitzenbereichs ist so konfiguriert, dass sichergestellt ist, dass sich der mittlere Druckmittelpunkt der Spitze auf der elastischen Achse der Klinge befindet. Dies erfolgt durch Versetzen der Position der lokalen 1/4-Akkordachse nach vorne bei einem Radius von 86%.

Dieser Versatz erzeugt auch eine Diskontinuität in der Vorderkante (als Kerbe bezeichnet), was zu anderen interessanten Effekten führt. Beispielsweise haben kürzlich durchgeführte Berechnungen unter Verwendung eines CFD-Codes, der auf den Navier-Stokes-Gleichungen basiert, gezeigt, dass diese “Kerbe” tatsächlich dazu beiträgt, die Stärke der Stoßwellen auf der Klinge weiter zu verringern. Ein unerwartetes Nebenprodukt der Kerbe, das über den grundlegenden Effekt des Sweeps hinausgeht, besteht somit darin, die Kompressibilitätseffekte noch weiter zu reduzieren.

Wir müssen auch erkennen, dass eine solche gekehrte Spitzengeometrie die Leistung der Klinge bei einem hohen Anstellwinkel, der der sich zurückziehenden Seite der Scheibe entspricht, nicht unbedingt verbessert. Tatsächlich hat die Erfahrung gezeigt, dass eine Klinge mit überstrichener Spitze im Vergleich zur Standardklingenspitze eine schlechtere Blockiercharakteristik aufweisen kann.

Die BERP-Klinge verwendet eine endgültige Geometrie, die bei hohen Mach-Zahlen und niedrigen Anstellwinkeln als überstrichene Spitze fungiert, die Spitze jedoch auch bei sehr hohen Anstellwinkeln ohne Abwürgen arbeiten lässt. Dieses letztere Attribut wurde erhalten, indem der Sweep des äußersten Teils der Spitze (die äußeren ungefähr 2%) radikal auf einen Wert (70 Grad) erhöht wurde, bei dem jeder signifikante Anstellwinkel eine Strömungstrennung an der Vorderkante verursacht.

Da die Vorderkante so stark überstrichen ist, entwickelt sich aus dieser Trennung der Vorderkante eine Wirbelstruktur, die um die Vorderkante rollt und schließlich über der Oberseite sitzt (wie bei einem Delta-Flügelflugzeug). Dieser Mechanismus wird verbessert, indem die Vorderkante des Tragflügels in diesem Bereich relativ scharf gemacht wird.

Wenn der Anstellwinkel vergrößert wird, beginnt sich dieser Wirbel von einem Punkt weiter und weiter vorwärts entlang der Vorderkante zu entwickeln, wobei er der Geometrie der Planform in den mäßig überstrichenen Bereich folgt. Bei einem ausreichend hohen Anstellwinkel beginnt der Wirbel in der Nähe des vorderen Teils der Vorderkante in der Nähe des “Kerb” -Bereichs.

Es hat sich gezeigt, dass sich auch ein starker “Kerb” -Wirbel bildet, der stromweise über die Schaufel gezogen wird. Dieser Wirbel wirkt wie ein aerodynamischer Zaun und verhindert, dass der Strömungstrennungsbereich in den Spitzenbereich eindringt. Weitere Erhöhungen des Anstellwinkels ändern die Strömungsstruktur kaum, bis ein sehr hoher Anstellwinkel erreicht ist (in der Nähe von 22 Grad!), Wenn sich die Strömung stark trennt. Für eine herkömmliche Spitzenplanform würde erwartet, dass ein ähnlicher Brutto-Durchfluss bei einem lokalen Anstellwinkel von etwa 12 Grad auftritt.

Daher schafft es die BERP-Klinge, das Beste aus beiden Welten herauszuholen, indem sie die Kompressibilitätseffekte auf die vorrückende Klinge verringert und das Einsetzen des sich zurückziehenden Klingenstillstands verzögert. Das Nettoergebnis ist eine signifikante Erhöhung des operativen Flugumfangs.

Programme[edit]

Das erste Programm, BERP I, untersuchte die Konstruktion, Herstellung und Qualifizierung von Rotorblättern aus Verbundwerkstoffen. Dies führte zur Herstellung neuer Hauptrotor- und Heckrotorblätter für den Westland Sea King. Im Anschluss an das erste Programm analysierte das zweite Programm, BERP II, fortschrittliche Tragflächenabschnitte auf zukünftige Rotorblätter. Dies floss in das BERP III-Programm ein.

BERP III-Konstruktionen weisen eine Kerbe zum äußeren Ende des Rotorblatts hin auf, wobei im Vergleich zur Innenseite der Kerbe ein größerer Rückschlag von der Kerbe zum Ende des Blattes zu verzeichnen ist.[2] BERP III gipfelte in einer Technologiedemonstration auf einem Westland Lynx-Hubschrauber.[3] 1986 stellte ein speziell modifizierter registrierter G-LYNX von Lynx, der von Trevor Egginton pilotiert wurde, einen absoluten Geschwindigkeitsrekord für Hubschrauber auf einer Strecke von 15 und 25 km auf und erreichte 400,87 km / h.[2] Nach der erfolgreichen Technologiedemonstration ging die BERP III-Klinge in Produktion.

BERP IV verwendet: ein neues Tragflächenprofil, eine überarbeitete Form der Blattspitze und eine erhöhte Verdrehung der Klinge. Nach 29-stündigem Testen wurde festgestellt, dass “die Leistung der Rotorflughülle verbessert, der Leistungsbedarf im Schwebe- und Vorwärtsflug verringert, … die Vibration der Flugzeugzelle und des Triebwerks für eine Reihe von Startgewichten verringert werden”.[4] Zusätzlich wurde festgestellt, dass die Belastung der Rotornabe gleich oder geringer ist als bei dem BERP III-Blatt, das jetzt am Hubschrauber EH101 angebracht ist.[4] Um eine Erosion der Vorderkante zu verhindern, verwendet die Klinge ein Klebeband auf Gummibasis anstelle des Polyurethans, das bei Sea Kings der britischen Marine verwendet wird. Im Test wurde festgestellt, dass es fünfmal länger dauert, 195 Minuten gegenüber 39 Minuten. Das Programm endete im August 2007[4]

Anwendungen der BERP-Technologie[edit]

Aktuelle Anwendungen sind:

AgustaWestland AW101
Verbesserter Westland Super Lynx
AgustaWestland AW101
VH-71 Turmfalke

Verweise[edit]

  1. ^ “Martin Lowson (Nachruf)” (Nur Vorschau). Die Zeiten. London. 12. August 2013. Abgerufen 27. November 2015. CS1-Wartung: entmutigter Parameter (Link)
  2. ^ ein b J. Gordon Leishman “ENAE 632 – Das Blatt des British Experimental Rotor Program (BERP) Archiviert 2007-08-21 an der Wayback-Maschine “, Universität von Maryland, College Park, Abgerufen am 11. April 2010
  3. ^ Harrison, Stacey, Hansford “BERP IV Design, Entwicklung und Test eines fortschrittlichen Rotorblatts“64. Jahresforum der American Helicopter Society, 29. April – 1. Mai 2008
  4. ^ ein b c Coppinger, Rob (22. Mai 2007). “BERP IV gibt Merlins mehr Nutzlast”. flightglobal.com. Abgerufen 27. November 2015. CS1-Wartung: entmutigter Parameter (Link)

Weiterführende Literatur[edit]

  • Brocklehurst, Alan. AIAA-1990-3008, “Experimentelle und numerische Untersuchung des Blattes des British Experimental Rotor Program”. AIAA, 1990.

Externe Links[edit]