Hat die Grenzschicht eines Hubschraubers andere Eigenschaften, die durch die Rotation verursacht werden? Wie wirkt sich dies auf die Stabilität des Hubschraubers aus?

Sie haben Recht, die Drehung wirkt sich auf die Grenzschicht aus.

Wenn sich ein Flügel seinem Stall-Anstellwinkel nähert , wird die Grenzschicht normalerweise dicker und die Strömung beginnt sich in der Nähe der Hinterkante abzulösen. Bei einem rotierenden Rotor- oder Propellerblatt erfährt die abgebremste Grenzschicht eine Zentrifugalbeschleunigung, kommt also nicht (wie bei einer Ablösung) irgendwann zum Stillstand, sondern beginnt lediglich nach oben zu fließen. Da die Geschwindigkeit des Rotorblattes mit zunehmender Strömung zur Spitze hin zunimmt, erfährt die Grenzschicht eine zusätzliche Coriolis-Beschleunigung. Daher verzögert sich die Strömungsablösung an Rotoren und Propellern im Vergleich zum zweidimensionalen Fall (z. B. wenn der Rotorflügel in einem Windkanal getestet wird).

Von heli-air.net :

Auch die Helikopterrotorexperimente von Dwyer & McCroskey (1971) deuten auf günstige Effekte auf die Entwicklung der Grenzschicht in Spannweitenrichtung hin, die den Beginn der Strömungsablösung tendenziell zu einem höheren Blattquerschnitt AoA verzögern und somit dazu dienen, den maximalen Schub des Rotors zu erhöhen System.

Die Stabilität wird durch andere Effekte beeinträchtigt; hier machen die Besonderheiten einer Grenzschicht an einem Drehflügel über den höheren Stall-Anstellwinkel hinaus kaum einen Unterschied.

Die Rotation des Blattes hat eine ganze Reihe von Auswirkungen auf die Grenzschicht des Blattes: Aufgrund der Geschwindigkeitsverteilung finden sich fast alle aerodynamischen Effekte bei unterschiedlichen Radien.

Wenn wir uns die Geschwindigkeitsverteilung bei Vorwärtsgeschwindigkeit ansehen, können wir sofort erkennen, dass die sich vorwärts bewegende Schaufel eine hohe Spitzengeschwindigkeit hat und die sich rückwärts bewegende Schaufel einen Bereich der Gegenströmung hat. Wir können also beobachten:

• Eine Variation der Reynolds-Zahl von sehr niedrig bis etwa 10$^6$nahe der Spitze. Unter Re = 10$^5$Die Grenzschichteffekte sind hauptsächlich laminar, über 10$^5$hauptsächlich turbulent. So können wir Ablösungsblasen bei unterschiedlichen Sehnenlängen als Funktion des Blattabschnittsradius und der Position des Blatts im Rotationszyklus finden.

• Eine Variation der Machzahl von null bis kritisch. Stoßwellen können am vorrückenden Blatt auftreten und später im Rotationskreis wieder verschwinden. Von Leishman:

  Wenn die Stoßwelle zu irgendeinem Zeitpunkt während dieses Prozesses ausreichend stark wird, führt der hohe nachteilige Druckgradient dazu, dass sich die Grenzschicht ablöst, was zu einem Auftriebsverlust und einer Erhöhung des Luftwiderstands führt, der als stoßinduzierter Strömungsabriss bekannt ist .

  Der Bereich der Rückströmung liegt außerhalb der Mitte – er erzeugt trotz der umgekehrten Bedingung immer noch Auftrieb. Die Maschine mit hoher Spitze kann einen Auftriebsverlust oder einen schnellen Widerstandsanstieg verursachen, was zu einem Roll- oder Giermoment führt.

Auch das Nickmoment des Blattes ändert sich kontinuierlich über den Rotationsweg. Alles in allem ändert sich die Trimmung des Hubschraubers stark mit der Fluggeschwindigkeit und muss insbesondere im höheren Geschwindigkeitsbereich kontinuierlich angepasst werden. Diese Effekte werden teilweise durch Flügelschlagen kompensiert: Wenn sie wie ein Vogelflügel frei schlagen kann, neigt die vordere Klinge dazu, sich zu heben, wodurch der Anstellwinkel verringert wird, und die sich zurückziehende Klinge fällt, wodurch die AoA erhöht wird. Dieses Schlagen kümmert sich also um Rollmomente, verursacht jedoch Sinuswellenvariationen des freien Stroms, der auf die Klinge trifft. Und es gibt viele dieser instationären Luftstromeffekte:

Die Stabilitätsreaktionen des Hubschraubers auf diese Effekte variieren. Die Rotation der Rotorblätter bewirkt eine Art Mittelung der Effekte, und Anstellwinkeloszillationen beispielsweise führen nicht zu einem für den Piloten bemerkbaren unsteten Strömungsabriss, schließlich ist der Rotor über ein Scharnier mit dem Rumpf verbunden. Der Rumpf folgt dem Rotor, jedoch mit einer Zeitverzögerung, die die Reaktionen weiter ausgleicht.

Mehr Infos in Leishman, Kapitel 7 und 8.