Propulsor-Prüfstand

  Propulsor-Prüfstand Urheberrecht: © RWTH Aachen | IST

Elektrohybride Kleinflugzeuge zur Anwendung in der Urban Air Mobility erfordern effiziente und gleichermaßen schallemissionsarme Antriebskonzepte. Der Mantelpropeller stellt eine vielversprechende Möglichkeit dar beiden Anforderungsbereichen gerecht zu werden und wird deshalb am Institut für Strahlantriebe und Turbomaschinen nicht nur numerisch sondern ebenfalls experimentell intensiv untersucht.

 

Aufbau

CAD-Modell des Propulsor-Prüfstands Urheberrecht: © RWTH Aachen | IST

Der Propulsor wird von einem auf dem benachbarten Fundament befindlichen E-Motor angetrieben. Die Leistung wird dabei zunächst über einen Riementrieb zum etwa 4 m über dem Hallenboden befindlichen Aufstellort und danach radial über eine Wellendurchführung innerhalb einer Schaufel in die Nabe des Propulsors transportiert.

Über den Abtrieb eines an diese Welle angeschlossenen Kegelgetriebes wird schließlich die Leistung auf die aus kohlefaserverstärkten Kunststoff gefertigten Rotorschaufeln übertragen.

Zur Sicherstellung einer optimalen, d.h. ungestörten Zuströmung befindet sich vor dem Propulsor ein Einlauftrichter (sog. Bellmouth) sowie ein Turbulenzschirm. Insbesondere zur Übertragung der im Bodenstandfall gewonnen akustischen Ergebnisse auf den späteren tatsächlichen Flugfall ist letzterer von großer Relevanz, da die in Bodennähe vorherrschenden Turbulenzphänomene üblicherweise zu einer Überschätzung der emittierten tonalen Schallanteile führen.

 
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Technische Daten

  1. Propulsor der 150-kW-Klasse
  2. 8-Kanal-Telemetrie zur Messung von Schaufelschwingungen
  3. 2-Kanal-Intensitätssonde zur Bestimmung der Schallleistung
  4. 2 Messebenen zur Bestimmung von Azimuthalmodenamplituden
  5. 6 Zugänge für Sondenverstellvorrichtungen (pneumatisch, Hitzdrähte)
  6. 108 Druckmessstellen / ca. 1 km verlegte Schlauchlänge
  7. 12 Temperaturmessstellen

Ansprechpartner

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+49 241 80 99712

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Forschungszwecke

Aerodynamik

Zur Vermessung von Kennfeld sowie auch einzelnen Strömungsphänomenen werden am Propulsorprüfstand pneumatische Sonden verwendet. Totaldruckverhältnis und Massenstrom werden dabei durch eigens für den Prüfstand gefertigte Rechen an Ein- und Austritt bestimmt.

Zusätzlich sind diese Rechen an ausgewählten Stellen mit 3-Loch Köpfen bestückt, welche weiterhin eine Aussage über die Strömungsrichtung ermöglichen.

Aeroakustik

Zur Beurteilung der Schallabstrahlung ins Fernfeld sowie der Validierung einzelner akustischer Verbesserungsmaßnahmen ist der Prüfstand sowohl mit einer Schallintensitätssonde als auch kreisförmig angeordneten Mikrofonarrays zur Vermessung von Azimuthalmodenamplituden ausgestattet.

Die mittels Intensitätssonde bestimmte Gesamtschallleistung dient dabei vornehmlich der Validierung numerischer Berechungsverfahren während die Bestimmung der modalen Amplituden Rückschlüsse über die Effektivität installierter Dämpfungsmaßnahmen liefert.

Wechselwirkung von Akustik und Strukturmechanik

Zur Beurteilung der Interaktion von Akustik und Strukturmechanik sind die Rotorschaufeln des Prüfstands mit Dehnmessstreifen bestückt. Drehungleichförmigkeiten, typischerweise verursacht durch Kolbenmaschinen oder auch Getriebe, können signifikante Schaufelschwingungen und damit Schallemissionen verursachen.

In Verbindung mit der aeroakustischen Messtechnik des Prüfstands können diese Effekte erfasst, quantifiziert sowie Verbesserungsmaßnahmen abgeleitet werden.