Fotoshooting für weniger Lärm 08.01.2014, 14:28 Uhr

DLR-Forschern gelingen 3-D-Aufnahmen des Hubschrauberlärms in einer Kalkgrube

Wenn der Wirbel des Rotorblattes eines Hubschraubers mit dem eines anderen Rotorblatts kollidiert, entsteht ein unglaublicher Lärm – auch „Teppichklopfer-Geräusch“ genannt. Genau diese Begegnung machten DLR-Forscher nun erstmals mit dreidimensionalen Bildern sichtbar. Hubschrauberhersteller könnten mit diesem Wissen künftig leisere Hubschrauber bauen.

Forscher des DLR ist es gelungen, die Rotorwirbel eines Hubschraubers in Bildern festzuhalten. Die Blattspitzenwirbel sind als dunkle Linien während einer vollen Umdrehung des Hauptrotors sichtbar. Außerdem sind die Abgasstrahlen des Hubschraubers als verrauschte Fläche hinter dem Hubschrauber zu erkennen. Auch das Wirbelsystem des Heckrotors ist zu sehen (schwarze kreisförmige Linien am Heckrotor). Der Hubschrauber führt gerade eine Wippbewegung aus.       

Forscher des DLR ist es gelungen, die Rotorwirbel eines Hubschraubers in Bildern festzuhalten. Die Blattspitzenwirbel sind als dunkle Linien während einer vollen Umdrehung des Hauptrotors sichtbar. Außerdem sind die Abgasstrahlen des Hubschraubers als verrauschte Fläche hinter dem Hubschrauber zu erkennen. Auch das Wirbelsystem des Heckrotors ist zu sehen (schwarze kreisförmige Linien am Heckrotor). Der Hubschrauber führt gerade eine Wippbewegung aus.       

Foto: DLR

„Fast alles, was man von einem Hubschrauber hört, ist aerodynamischer Lärm. Ein großer Teil davon entsteht durch die sogenannten Blattspitzenwirbel“, erklärt Prof. Markus Raffel, Leiter der Abteilung Hubschrauber im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Göttingen. Diese Blattspitzenwirbel entstehen am äußeren Ende eines Rotorblattes. Ein Unterdruck bildet sich dann auf der Oberseite und ein Überdruck auf der Unterseite.

Die Rotorwirbel sind es auch, die einen Hubschrauber senkrecht starten und landen lassen. Doch hinter der Rotorblattspitze entsteht ein konzentrierter Wirbel. „Der Lärm entsteht dadurch, dass der Wirbel eines Rotorblattes mit einem anderen Rotorblatt kollidiert“, erklärt der Versuchsleiter André Bauknecht. Es entstehen Vibrationen im Hubschrauber und das sogenannte typische „Teppichklopfer-Geräusch“.

Dreidimensionale Bilder der Rotorwirbel in einem Steinbruch

In einem Kalksteinbruch in Winterberg kamen die DLR-Forscher durch ein außergewöhnliches Fotoshooting dem Lärm näher auf die Spur. Hintergrund waren Geröll, Steine und Sand. Mit dem Forschungshubschrauber BO 105 flogen die DLR-Testpiloten in diesen Steinbruch der Fels Werke bei Seesen nur knapp über dem Boden auf engstem Raum.

Zehn Kameras nahmen den Hubschrauber BO 105 aus verschiedenen Perspektiven auf.       

Zehn Kameras nahmen den Hubschrauber BO 105 aus verschiedenen Perspektiven auf.       

Foto: DLR

Der Flug erforderte hohe Konzentration, da das Gelände extrem schwierig war. Im Hintergrund war nur noch das lose Geröll des Abraumhanges zu sehen, das als optischer Hintergrund für die Messtechnik eingesetzt wurde. Während des Manövers waren zehn Kameras an verschiedenen Stellen positioniert und konnten beeindruckende und erstmals dreidimensionale Aufnahmen der Rotorwirbel machen. Zeitgleich konnten nun die rotierenden Blätter des Hubschraubers und damit das Wirbelsystem dreidimensional aufgenommen werden.

Entwicklung der Hintergrund-Schlierenmethode

Die Lärmuntersuchungen mit Hilfe von Fotokameras waren möglich, weil sich die Forscher das Phänomen an heißen Sommertagen zunutze machten, wenn Luft über der Straße anfängt zu flimmern. Das Licht wird gebrochen und ist als Schliere vor einem entsprechenden Hintergrund zu sehen. Daraus entwickelten die Forscher die Hintergrund-Schlierenmethode (Background Oriented Schlieren Method, kurz BOS), die in allen aerodynamischen Versuchsanlagen weltweit eingesetzt wird.

Um diese neuartige Messmethode zu testen, wurden im vergangenen Jahr bereits einige Versuchsflüge durchgeführt. Wichtig für die Messungen ist ein möglichst strukturierter und gleichmäßiger Hintergrund. Diesen Hintergrund fanden die Forscher in den Alpen, wo ihnen auch erstmals die Aufnahme des Rotorwirbels glückte, woraus wissenschaftliche Erkenntnisse gezogen werden konnten. Auch während Versuchsflügen über Wiesen und Felder mit dem Forschungshubschrauber BO 105 konnten die Wirbel von einem Ultraleichtflugzeug aus fotografiert werden.

Aufnahmen eines Hubschraubers im vertikalen Steigflug: Die Wirbel sind als dunkle Linien abgebildet und maximal eine volle Umdrehung sichtbar. Außerdem sichtbar sind die Abgasstrahlen des Hubschraubers, die als verrauschte Fläche hinter dem Hubschrauber zu erkennen sind.       

Aufnahmen eines Hubschraubers im vertikalen Steigflug: Die Wirbel sind als dunkle Linien abgebildet und maximal eine volle Umdrehung sichtbar. Außerdem sichtbar sind die Abgasstrahlen des Hubschraubers, die als verrauschte Fläche hinter dem Hubschrauber zu erkennen sind.       

Foto: DLR

Jetzt wollen die DLR-Forscher einen Hubschrauber mit dieser Messtechnik ausstatten. Während der Versuchsflüge könnten die aufgenommenen Wirbel dann direkt mit den Steuereingaben des Piloten abgeglichen werden.

Ziel der Versuchsflüge ist es, Hubschrauberherstellern künftig Möglichkeiten zu eröffnen, um leisere Hubschrauber zu bauen. „Hubschrauberhersteller könnten dann verschiedene Rotorblätter unter realistischen Bedingungen vergleichen und das leisere auswählen“, erklärt André Bauknecht.

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