Investigation of Cyclic Rotor Blade Control via Hub Speed Modulation Considering Blade Bending Elasticity

Im Rahmen der vorliegenden Diplomarbeit wurde ein Simulationsablauf zur Untersuchung der zyklischen Steuerung eines Rotors mittels Modulation der Antriebswinkelgeschwindigkeit entworfen.Anhand eines zweiblättrigen Rotors mit einem Radius von 0.15 m mit passiven, geneigten Schwenkgelenken wurde untersucht, wie sich Gelenksneigung, -exzentrizität, -steifigkeit und -dämpfung auf die Kontrollantwort im Schwebeflug auswirken.Die aerodynamischen Lasten wurden mithilfe von tabellierten Kraftbeiwerten der diskretisierten Rotorblattelemente und eines Pitt-Peters Anströmungsmodells berechnet.Berücksichtigung der Biegeelastizität der Rotorblätter erfolgte durch deren Modellierung als lineare Euler-Bernoulli-Balken.In der Simulation wurden jeweils die ersten vier Biegeeigenformen der Balken als elastische Freiheitsgrade inkludiert.Die Simulation wurde im Mehrkörpersystemdynamikprogramm SIMPACK durchgeführt und die Bestimmung der aerodynamischen Lasten erfolgte durch Kopplung mit dem Aeromechanikprogramm MAECOsim des DLR.Optimale Parametersätze wurden durch Parameterstudien und anschließender Mehrzieloptimierung in Bezug auf Empfindlichkeit auf Steuervorgaben und die resultierenden Schwingungen in den Gelenkskräften an der Rotornabe identifiziert.Außerdem wurde eine Methode zur Trimmung des Rotorsystems entworfen, um Asymmetrien der Schubkraft im statischen Schwebeflug auszugleichen.Die Simulationen ergaben, dass ein zentrales, geneigtes Schwenkgelenk mit einer strukturellen Feder im Gegensatz zu exzentrischen Gelenken geringere Schwankungen in den Kräften an der Rotornabe aufweist, die Qualität der Trimmung sich abseits der Entwurfswinkelgeschwindigkeit allerdings deutlich verschlechtert.Bei exzentrischen Schwenkgelenken liegen höhere Schwankungen in den Kräften an der Rotornabe vor, jedoch bleibt die Qualität des Trimmzustandes annähernd konstant mit variierender Winkelgeschwindigkeit.