S. Speck, J. Pfefferkorn, K. Kicker, M. Hornung

Die vorgestellten Forschungstätigkeiten umfassen Technologien zur Bewertung und Reduzierung der akustischen Signatur von unbemannten Flugzeugen im Hinblick auf mögliche Missionen und die Integration dieser Flugzeugkategorie in den zivilen Luftraum. Die Arbeiten gliedern sich in die Ebenen Antriebsauslegung, Flugzeugkonfiguration und Validierung und wurden im Rahmen des Forschungskonsortiums DEMUEB (Phase III) unter Leitung von Cassidian Air Systems (ehemals EADS DS) durchgeführt. Der fliegende Versuchsträger IMPULLS (Innovative Modular Payload Unmanned Aerial System LLS) dient hierbei sowohl als Referenzkonfiguration als auch zu Validierungszwecken. So wird in einem ersten Schritt eine aeroakustische Propellerentwurfsroutine erstellt, um mit dieser den aktuellen Propeller des IMPULLS nachzuprojektieren und hinsichtlich Effizienz und Lärm zu optimieren. In einem zweiten Schritt wird die akustische Interaktion des Antriebs mit der Flugzeugzelle untersucht. Hierfür wird die Geometrie des Flugzeugs durch eine Flächenmodellierung angenähert, um diese mit einer Propellerschallquelle durch einen hierfür entwickelten Ray-Tracing-Algorithmus zu überlagern. Zum Vergleich werden verschiedene Flugzeug- und Antriebskonfigurationen miteinander verglichen. Aus dem Bewertungsverfahren geht unter anderem hervor, dass Flugzeuge mit großen Flügeltiefen, insbesondere Nurflügler, ein großes Lärmabschattungs-Potential aufweisen, sofern die Antriebe an geeigneter Position oberhalb der Tragflächen angeordnet sind. Weiterhin geht aus den durchgeführten Propelleroptimierungen hervor, dass eine Erhöhung der Blattanzahl bei gleichzeitiger Drehzahlreduktion zu einer signifikanten Lärmminderung unter Aufrechterhaltung der Leistungscharakteristik und Effizienz im Vergleich zum 2-Blatt Referenzpropeller führt.

The research activities presented here encompass technologies for evaluating and reducing the acoustic signature of unmanned aerial vehicles (UAVs) with regard to potential missions and the integration of this aircraft category into civil airspace. The work is divided into the levels of propulsion design, aircraft configuration, and validation, and was carried out within the framework of the DEMUEB research consortium (Phase III) led by Cassidian Air Systems (formerly EADS DS). The flying testbed IMPULLS (Innovative Modular Payload Unmanned Aerial System LLS) serves both as a reference configuration and for validation purposes. In a first step, an aeroacoustic propeller design routine is developed to redesign the current IMPULLS propeller and optimize it with respect to efficiency and noise. In a second step, the acoustic interaction of the propulsion system with the airframe is investigated. For this purpose, the aircraft geometry is approximated using surface modeling, which is then superimposed with a propeller sound source using a specially developed ray-tracing algorithm. Various aircraft and propulsion configurations are then compared. The evaluation process reveals, among other things, that aircraft with large wing chords, especially flying wings, have a high noise-shielding potential, provided the engines are positioned appropriately above the wings. Furthermore, the propeller optimizations performed show that increasing the number of blades while simultaneously reducing the rotational speed leads to a significant reduction in noise while maintaining performance characteristics and efficiency compared to the 2-blade reference propeller.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2013, Stuttgart

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2013

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 26 Seiten

urn:nbn:de:101:1-20131223814

Entwurf, UAV

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20.12.2013