DE10144484B4 - Verfahren zur Vermeidung einer Kollision eines rotierenden Rotorblattes eines Drehflügers mit einem Blattwirbel und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Vermeidung einer Kollision eines rotierenden Rotorblattes eines Drehflügers mit einem Blattwirbel und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Vermeidung einer Kollision eines rotierenden Rotorblattes (11) eines Drehflüglers (9) mit einem Blattwirbel (10), wobei mittels Messorganen (7, 8) am Drehflügler (9) ein Geräuschsignalspektrum erfasst und in elektrische Signale gewandelt wird, die an eine Signalverarbeitungseinrichtung (1) übermittelt werden zur Erzeugung eines Stellsignals für ein Stellorgan (6) am Rotorblatt (11) zur Beeinflussung aerodynamischer Parameter des Rotorblattes (11), wobei in der Signalverarbeitungseinrichtung (1) aus den das Geräuschsignalspektrum repräsentierenden elektrischen Signalen in einer Einrichtung (2) zur Ermittlung eines BVI-Index die Harmonischen der Blattfolgefrequenz ermittelt werden und als Signalkenngröße ein Quotient aus den für BVI-typischen Harmonischen und den gesamten Harmonischen gebildet und gemittelt werden und diese Signalkenngröße einer Schwellwerteinrichtung (3) zugeführt wird und die Schwellwerteinrichtung (3) bei BVI eine Schwellwertüberschreitung signalisiert, die eine Regeleinrichtung (4) startet, wobei die Regeleinrichtung (4) in einem Optimierungsverfahren nach einem Minimum des BVI-Index sucht und bei zeitlich andauernden Minimum die Schwellwerteinrichtung (3) oder die Regeleinrichtung (4) Daten...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung einer Kollision eines rotierenden Rotorblattes eines Drehflüglers mit einem Blattwirbel Dabei wird mittels eines Messorgans am Drehflügler ein Geräuschsignalspektrum erfasst und in elektrische Signale gewandelt, und die elektrischen Signale werden an eine Signalverarbeitungseinrichtung übermittelt zur Erzeugung eines Stellsignals für ein Stellorgan am Rotorblatt zur Beeinflussung aerodynamischer Parameter des Rotorblattes. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
  • Der vom Drehflügler, insbesondere einem Hubschrauber, erzeugte Lärm resultiert aus der Überlagerung einer Vielzahl akustischer Quellen. Solche akustische Quellen sind beispielsweise die Hauptrotorblätter, das Triebwerk, das Hauptgetriebe, der Heckrotor u. a. Für die unterschiedlichen Flugphasen eines Hubschraubers ergibt sich eine unterschiedliche Dominanz einzelner Lärmquellen. Insbesondere für den Sinkflug bzw. die Landephase eines Hubschraubers ist das rotierende Hauptrotorblatt die charakteristische Lärmquelle.
  • Bei der Rotation eines Rotorblattes entwickeln sich an dessen Hinterkante starke Wirbel, die sich an der Blattspitze scheinbar zu einem „Zopf" abrollen. Es bildet sich eine sogenannte „Wirbelschleppe". Die Kollision eines nachfolgenden Rotorblattes mit einem Wirbel aus der Wirbelschleppe wird als Blattwirbel-Interferenz bezeichnet. Der Fachmann kennt hierzu den englischen Begriff der blade vortex interaction (BVI). Nachfolgend wird deshalb der Einfachheit halber die Kurzform BVI verwendet. Dem sich drehenden Rotorblatt folgend, bildet dieser Wirbel Schleifen, die im Vorwärtsflug des Hubschraubers unterhalb und hinter dem Hubschrauber zurückbleiben.
  • Anders ist die Situation im Sinkflug bzw. in der Landephase bei kleinem bzw. mäßigem Sinkwinkel. Dort folgt der Hubschrauber jedem dieser Wirbel, so dass stets ein Rotorblatt aufgrund der großen Drehgeschwindigkeit auf den von einem vorauseilenden Blatt verursachten Wirbel trifft. Dieses Auftreffen eines Rotorblattes auf einen solchen Wirbel erzeugt einen kräftigen Drucksprung. Dies ist Ursache der Lärmentwicklung, die für Hubschrauber charakteristisch beim Sinkflug bzw. in der Landephase ist. Die Wirbel verursachen bei Kollision mit einem Rotorblatt weiterhin ein Spektrum nieder- und höherfrequenter Anstellwinkeländerungen am Rotorblatt.
  • Im Zuge zukünftiger Hubschrauberentwicklungen gibt es Bestrebungen, diese Lärmquelle beim Sinkflug bzw. in der Landephase zu reduzieren. Ein solches Konzept setzt voraus, dass die dynamische Bewegung der Blattwirbel-Interferenzen sicher erkannt werden kann. Erst die sichere messtechnische Erfassung, Erkennung und Lokalisierung der BVI ermöglicht gezielte Maßnahmen zur Lärmreduzierung.
  • Zur messtechnischen Erfassung der BVI während des Sinkfluges bzw. in der Landephase wurden bisher bei Prototypen von Hubschraubern in den Rotorblättern Messorgane zur Luftdruckmessung integriert. Über die Änderung des Luftdruckes wurde auf die Geräuschemission geschlussfolgert.
  • Erst mit einem sicheren Erfassen, Erkennen und Lokalisieren eines Zustandes der Blattwirbel-Interferenz unter den Bedingungen der Serientauglichkeit wird es möglich, Maßnahmen zur Lärmreduktion erfolgsversprechend einzusetzen. Diese Maßnahmen sind darauf ausgerichtet, ein nachfolgendes Rotorblatt nicht mit einem Blattwirbel kollidieren zu lassen. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem bei einer Ansteuerung mittels Taumelscheibe der Anstellwinkel eines Rotorblattes durch einen Aktuator anstelle durch eine starre Steuerstange geändert wird.
  • Eine andere Einflussnahme auf einen aerodynamischen Parameter des Rotorblattes wäre möglich, wenn am Rotorblatt im Bereich der Blatthinterkante eine Klappe angeordnet wäre, die durch ein Stellglied in seiner Winkelposition veränderbar wäre.
  • Eine Beeinflussung eines anderen aerodynamischen Parameters wäre der Einsatz eines adaptiven Rotorblattes, welches durch das Stellorgan (Aktuator) seinen Profilquerschnitt verändern könnte.
  • Die von einem Messorgan gelieferten Signale werden an eine Signalverarbeitungseinrichtung übermittelt, die eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung darstellt.
  • Das Stellorgan wird so vom Regler gesteuert, dass eine Stellhandlung beispielsweise durch Änderung des Anstellwinkels vom Rotorblatt erfolgt, so dass die Differenz zwischen Soll-Wert und Ist-Wert vermindert und somit zur Lärmreduktion beiträgt.
  • Eine entscheidende Frage bleibt, weiche Art und Weise der Signalverarbeitung zur Anwendung kommt, um ein Rotorblatt in einem aerodynamischen Parameter so zu verstehen, dass eine Kollision mit Blattwirbeln vermeidbar wird.
  • Aus der DE 100 22 819 C1 ist ein Verfahren zur Vermeidung einer Kollision eines rotierenden Rotorblattes eines Drehflüglers mit einem Blattwirbel bekannt. Dabei wird mittels eines Messorgans am Drehflügler ein Geräuschsignalspektrum erfasst und in elektrische Signale gewandelt, die an eine Signalverarbeitungseinrichtung übermittelt werden zur Erzeugung eines Stellsignals für ein Stellorgan am Rotorblatt zur Beeinflussung aerodynamischer Parameter des Rotorblattes. In der Signalverarbeitungseinrichtung dient eine Regelelektronik zum Erkennen von Blattwirbel-Interterenzen (BVI) in dem gemessenen Geräuschsignalspektrum. Aus dem Geräuschsignalspektrum wird eine Signalkenngröße generiert, die einer Schwellwerteinrichtung zugeführt wird. Bei einer Schwellwertüberschreitung startet die Schweliwerteinrichtung eine Regeleinrichtung.
  • Die US 6 171 056 B1 offenbart ein mit dem der DE 100 22 819 C1 vergleichbares Verfahren zur Vermeidung einer Kollision eines rotierenden Rotorblattes eines Drehflüglers mit einem Blattwirbel und gibt einen über einen vorbestimmten Blattfrequenzbereich wirksamen Algorithmus für die Signalverarbeitung an, bei dem eine Fourier-Transformation verwendet wird.
  • In der JP 100 386 71 A ist eine Vorrichtung zum Erkennen von Blattwirbel-Interferenzen (BVI) offenbart, wobei mittels Mikrophonen ein Geräuschsignalspektrum erfasst wird und daraus bestimmte Frequenzbereiche herausgefiltert werden. Diese Signale werden dann mit einem Schwellwert verglichen, um daraus auf das Vorhandensein von Blattwirbel-Interferenzen zu schließen.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, mittels einen Signalverarbeitungseinrichtung, die mindestens eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung umfasst, einen aerodynamischen Parameter (z.B. eine Änderung des Blattanstellwinkels oder eine Profiländerung) des Rotorblattes eines Drehflüglers so zu regeln, dass eine Kollision des Rotorblattes mit Blattwirbeln vermeidbar wird.
  • Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Anspruch 10 beschreibt die Merkmale einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsformen dieser Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche 11 und 12.
  • Die Signalverarbeitungseinrichtung besitzt eine Einrichtung zur Ermittlung eines BVI-Index. In der Einrichtung zur Ermittlung eines BVI-Index werden aus den das Geräuschsignalspektrum repräsentierenden elektrischen Signalen die Harmonischen der Blattfolgefrequenz ermittelt. Dort wird als Signalkenngröße ein Quotient aus den für BVI-typischen Harmonischen und den gesamten Harmonischen gebildet und ein Mittelwert der Quotienten gebildet. Dieser gemittelte Quotient ist der gemittelte BVI-Index. Dieser gemittelte BVI-Index wird als Signalkenngröße einer Schwellwerteinrichtung zugeführt, wobei die Schwellwerteinrichtung bei BVI eine Schwellwertüberschreitung signalisiert, welche die Regeleinrichtung startet. In einem Optimierungsverfahren sucht die Regeleinrichtung nach einem Minimum des BVI-Index. Bei zeitlich andauernden Minimum erhält die Schwellwerteinrichtung oder die Regeleinrichtung Daten von einer Einrichtung zur Flugzustandserkennung, und bei einem für BVI nicht typischen Flugzustand wird die Regeleinrichtung deaktiviert und in einem Wartezustand geschaltet.
  • In der Einrichtung zur Ermittlung von BVI werden aus dem von den Messorganen (Schalldrucksensoren) zu einem Abtastzeitpunkt erfassten zeitlichen Druckspektrum mittels iterativ arbeitenden Minimierungsalgorithmus das gemessene Drucksignal synthetisch nachgebildet.
  • In der Einrichtung zur Ermittlung von BVI werden aus dem zu einem Abtastzeitpunkt nachgebildeten Drucksignal die Harmonischen der Blattfolgefrequenz ermittelt, und die Blattfolgefrequenz wird von einem Drehzahlgeber am Rotor des Drehflüglers der Einrichtung zur Ermittlung von BVI zugeführt.
  • In der Einrichtung zur Ermittlung von BVI werden aus einem charakteristischen Frequenzbereich die für BVI typischen Harmonischen ermittelt.
  • Der BVI-Index wird aus den für BVI-typischen Harmonischen und den Harmonischen des zeitlichen Druckspektrums ermittelt. Der BVI-Index wird nach seiner Wertezahl klassifiziert.
  • Zu einzelnen Quotienten wird in einem Zeitbereich ein Mittelwert des BVI-Index gebildet, der als Signalkenngröße an die Schwellwerteinrichtung übermittelt wird. Die Schwellwerteinrichtung besitzt mindestens einen Schwellwert zur Erkennung von BVI und einen Schwellwert, der nach Erreichen des Minimums des BVI-Index ein erneutes Anwachsen der BVI signalisiert.
  • Die Regelung ist eine schwellwertbezogene Regelung, wobei die Regeleinrichtung ein Optimierungsverfahren beinhaltet.
  • Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist eine Signalverarbeitungseinrichtung auf, welche ein Stellorgan an dem einzelnen Rotorblatt regelt. Die Regelung betrifft jedes Rotorblatt des Drehflüglers. Die Signalverarbeitungseinrichtung umfasst mindestens eine Regeleinrichtung, wobei die Regeleinrichtung mit einer Schwellwerteinrichtung verbunden ist und die Schwellwerteinrichtung mit einer Einrichtung zur Bildung von BVI verbunden ist und die Regeleinrichtung oder die Schwellwerteinrichtung mit einem Drehgeber des Rotors des Drehflüglers verbunden ist und die Schwellwerteinrichtung oder die Regeleinrichtung mit einer Einrichtung zur Flugzustandserkennung verbunden ist.
  • Der Erfindung gelingt es, aus dem Signal der Schalldrucksensoren den Frequenzinhalt schnell und exakt zu finden. Es erfolgt eine schrittweise Adaption der Harmonischen.
  • Das Verfahren arbeitet nur mittels einer fortlaufenden, punktuellen Signalabtastung.
  • Die Erfindung ermöglicht einen Freiraum in der Schrittwahl, um Änderungen der Blattfolgefrequenzen (ωo) zu erkennen und zu berücksichtigen. Es ist damit einer FFT-Analyse (Fast Fourier Transformation) überlegen, die blockweise voranschreitet.
  • Die Erfindung erbringt den Vorteil eines geringeren Berechnungsaufwandes je Schritt gegenüber einer FFT-Analyse, jedoch bei Gewährleistung einer erhöhten Frequenzgenauigkeit.
  • Der Erfindung gelingt es, jedes rotierende Rotorblatt so zu regeln, dass es Blattwirbeln ausweichen kann und somit eine lärmerzeugende Wechselwirkung mit den Blattwirbeln vermeidet.
    •
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Figur näher erläutert.
  • In 1 ist ein Drehflügler, d.h. hier ein Hubschrauber 9, gezeigt, der einen Rotor 9a besitzt, der über Rotorblätter 11 verfügt. Der Rotor 9a ist in einer Drehrichtung D rotierbar. Eine Signalverarbeitungseinrichtung 1 regelt die Lage des jeweiligen Rotorblattes 11 mittels eines am Rotorblatt 11 installierten Stellorgans 6 gegenüber einem detektierten Blattwirbel 10. Dies gilt für alle Rotorblätter.
  • Zum Einsatz kommen als Messorgane Schalldrucksensoren 7, 8, die im drehenden System des Hubschraubers 9, dem Rotorsystem, oder im festen System des Hubschraubers 9, im Bereich der Außenwandung des Rumpfes, anzuordnen sind. Schalldrucksensoren 7 im Rotorsystem können beispielsweise an der Oberfläche des Rotorblattes 11 installierbar sein. Schalldrucksensoren 8 im festen System des Hubschraubers 9, beispielsweise im Bereich der Außenwandung des Rumpfes, können Mikrofone sein, die an der Wandung oder am Landewerk eines Hubschraubers installierbar sind.
  • Vorteilhafterweise sind mehrere Schalldrucksensoren 7, 8 im Einsatz. Die Positionierung der Schalldrucksensoren 7, 8 ist abhängig von den Entstehungsorten der Blattwirbel 10 und den bevorzugten Ausbreitungsrichtungen der Blattwirbel 10. BVI kann beispielsweise am vorlaufenden und rücklaufenden Rotorblatt 11 auftreten. Das gibt Hinweise auf die notwendige Positionierung von Schalldrucksensoren beispielsweise im festen System des Hubschraubers 9. Mittels mehrerer Schalldrucksensoren 7, 8 kann die Empfindlichkeit des Verfahrens der anschließenden Signalverarbeitung optimiert werden. In Abhängigkeit des Flugzustandes wandert beispielsweise auch die BVI-Zone bezüglich der Rotorblattebene.
  • Die Schalldrucksensoren 7, 8 sind so zu dimensionieren, dass sie auch den für BVI typischen Frequenzbereich erfassen können. Die von den Schalldrucksensoren 7, 8 erfassten Druckschwankungen werden in elektrische Signale gewandelt. Bei BVI besitzen diese elektrischen Signale einen Informationsgehalt, der auch für die BVI charakteristisch ist. Diese von den Schalldrucksensoren 7, 8 gewonnenen elektrischen Signale werden der Signalverarbeitungseinrichtung 1 zugeführt. Die Signalverarbeitungseinrichtung 1 besitzt eine Analyseeinrichtung für BVI, d.h. die Einrichtung 2 zur Ermittlung von BVI. Diese Einrichtung 2 ist verbunden mit einem Drehgeber 12 am Rotor 9a des Hubschraubers 9 und den Messorganen, d.h. den Schalldrucksensoren 7, 8. Der Drehgeber 12 liefert Signale zur Rotorfrequenz.
  • In der Einrichtung 2 zur Ermittlung von BVI werden aus dem Zeit-Druck-Signal der Schalldrucksensoren 7, 8 die Harmonischen der Blattfolgefrequenz ermittelt. Die Harmonischen liefern signifikante Unterschiede im Geräuschsignalpegel zwischen BVI und Nichtvorhandensein einer BVI.
  • Es werden die Harmonischen zu jedem Abtastzeitpunkt, d.h. punktuell, ermittelt. Die ermittelten Harmonischen werden nach Amplitude und Phase klassifiziert.
  • In der Einrichtung 2 zur Ermittlung von BVI wird aus dem von den Schalldrucksensoren 7, 8 zu einem Abtastzeitpunkt erfassten zeitlichen Druckspektrum mittels eines iterativ arbeitenden Minimierungsalgorithmus das gemessene Drucksignal synthetisch nachgebildet.
  • Aus einem charakteristischen Frequenzbereich werden die für BVI typischen Harmonischen ermittelt.
  • Aus dem Verhältnis der für BVI typischen Harmonischen zu den gesamten Harmonischen eines Abtastzeitpunktes wird ein sogenannter BVI-Index gebildet. Dabei werden die Amplituden der Harmonischen betrachtet. Der BVI-Index ist ein Maß für das Vorhandensein und die Stärke der BVI.
  • Mehrere Werte des BVI-Index werden über einen definierten Zeitraum gemittelt. Somit erhält man einen Trend der BVI und vermeidet, dass jeder einzelne Wert für eine BVI zu einer punktuellen, einzelnen Änderung der Stellgröße führen kann. Es wird somit ein „Flattern" der Stellbewegung vermieden.
  • Der gemittelte BVI-Index wird als Signalkenngröße einer Schwellwerteinrichtung 3 zugeführt. Die Schwellwerteinrichtung 3 kann Bestandteil der Regeleinrichtung 4 sein und kann bspw. als Bestandteil einer Software in der Regeleinrichtung 4 integriert sein. Die Schwellwerteinrichtung 3 arbeitet nach der Funktion eines Schalters. Diese Schwellwerteinrichtung 3 bildet den Eingang für die Regeleinrichtung 4. Je nach Wert des BVI-Index erfolgt eine schwellwertbezogene Regelung durch die Regeleinrichtung 4. Das Erreichen eines ersten Schwellwertes startet die Regeleinrichtung 4.
  • Dieser erste Schwellwert wird überschritten, wenn im BVI-Index als Signalkenngröße eine BVI repräsentiert ist. Mit der Schwellwertüberschreitung wird mittels der Schwellwerteinrichtung 3 die Regeleinrichtung 4 aktiviert. Die Regeleinrichtung 4 absolviert einen Minimierungsalgorithmus. In diesem Minimierungsalgorithmus wird eine Abweichung des aktuellen BVI-Index gegenüber einem vom Flugzustand abhängigen Minimum (idealerweise BVI-Index = 0) ermittelt. Diese Minimierung erfolgt schrittweise durch Anpassung von Amplitude und/oder Phase z.B. nach der Regel des „goldenen Schnitts". Das Minimum wird mittels Iteration gefunden. Der erwähnte BVI-Index geht im Minimum folglich gegen Null.
  • Auf Grundlage des ermittelten Minimums wird von der Regeleinrichtung 4 ein Stellsignal gebildet, welches genau die Stellhandlung eines Stellorgans (Aktuators) 6 erzeugt, die notwendig ist, um dem detektierten Blattwirbel 10 ausweichen zu können. Die Regeleinrichtung 4 liefert den Phasenwinkel und/oder die Amplitude des zu erzeugenden Stellsignals. Die Stellhandlung kann beispielsweise von am Rotorblatt 11 angeordneten Piezoaktuatoren 6 ausgeführt werden. Diese erzeugen eine tordierende Bewegung des Rotorblattes 11, sodass sich kurzfristig der Anstellwinkel des Rotorblattes 11 verändert und damit der Auftrieb des Rotorblattes 11 und seine Lage im Raum. Wenn die Regeleinrichtung 4 das Minimum gefunden hat, ist die BVI am Hubschrauber 9 deutlich reduziert.
  • Wird während eines Sinkfluges beispielsweise die Flugbahn kurzfristig in einen horizontalen Flugbahnabschnitt geändert, dann würde für diesen horizontalen Flugbahnabschnitt eine BVI nicht auftreten. Diesen Sonderfall des Übergangs von einem Sinkflug in einen Horizontalflug muss die Regeleinrichtung 4 erkennen können, d.h. die Regeleinrichtung 4 muss sich bei minimalem BVI-Index deaktivieren können. Zu diesem Zweck ist eine Einrichtung 5 zur Flugzustandserkennung angefügt. Die Einrichtung 5 zur Flugzustandserkennung hat mindestens Daten über Sinkgeschwindigkeit, Fluggeschwindigkeit, Sinkwinkel u.a. gespeichert und abrufbereit. Diese Daten zur Flugzustandserkennung werden kontinuierlich der Schwellwerteinrichtung 3 oder der Regeleinrichtung 4 für eine Analyse zur Verfügung gestellt. Anhand der Daten der Flugzustandserkennung wird der BVI-Index bewertet, so dass die Schwellwerteinrichtung 3 oder die Regeleinrichtung 4 erkennt, welche BVI-Werte einem Horizontalflug zuzuordnen sind. Beim Horizontalflug wird die Regeleinrichtung 4 von der Schwellwerteinrichtung 3 deaktiviert und geht in einen Wartezustand (stand-by).
  • Wurde bei einem Sinkflug das Minimum des BVI-Index gefunden, tritt mit einer Änderung des Sinkwinkels des Hubschraubers 9 ein erneutes Wachstum der BVI gegenüber dem gefundenen Minimum auf. Ein zweiter Schwellwert geringfügig oberhalb des ersten Schwellwertes signalisiert ein Verlassen des Minimums. Es erfolgt ein Neustart der Minimierung.
    • 1
    Signalverarbeitungseinrichtung
    2
    Einrichtung zur Ermittlung von BVI
    3
    Schwellwerteinrichtung
    4
    Regeleinrichtung
    5
    Einrichtung zur Flugzustandserkennung
    6
    Stellorgan/Aktuator
    7
    Schalldrucksensoren im Rotorsystem
    8
    Schalldrucksensoren im festen System
    9
    Hubschrauber
    9a
    Rotor
    10
    Blattwirbel
    11
    Rotorblatt
    12
    Drehgeber
    D
    Drehrichtung des Rotors 9a

Claims (12)

  1. Verfahren zur Vermeidung einer Kollision eines rotierenden Rotorblattes (11) eines Drehflüglers (9) mit einem Blattwirbel (10), wobei mittels Messorganen (7, 8) am Drehflügler (9) ein Geräuschsignalspektrum erfasst und in elektrische Signale gewandelt wird, die an eine Signalverarbeitungseinrichtung (1) übermittelt werden zur Erzeugung eines Stellsignals für ein Stellorgan (6) am Rotorblatt (11) zur Beeinflussung aerodynamischer Parameter des Rotorblattes (11), wobei in der Signalverarbeitungseinrichtung (1) aus den das Geräuschsignalspektrum repräsentierenden elektrischen Signalen in einer Einrichtung (2) zur Ermittlung eines BVI-Index die Harmonischen der Blattfolgefrequenz ermittelt werden und als Signalkenngröße ein Quotient aus den für BVI-typischen Harmonischen und den gesamten Harmonischen gebildet und gemittelt werden und diese Signalkenngröße einer Schwellwerteinrichtung (3) zugeführt wird und die Schwellwerteinrichtung (3) bei BVI eine Schwellwertüberschreitung signalisiert, die eine Regeleinrichtung (4) startet, wobei die Regeleinrichtung (4) in einem Optimierungsverfahren nach einem Minimum des BVI-Index sucht und bei zeitlich andauernden Minimum die Schwellwerteinrichtung (3) oder die Regeleinrichtung (4) Daten von einer Einrichtung (5) zur Flugzustandserkennung erhält und bei einem für BVI nicht typischen Flugzustand die Regeleinrichtung (4) deaktiviert und in einen Wartezustand schaltet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messorgane Schalldrucksensoren (7, 8) sind und in der Einrichtung (2) zur Ermittlung von BVI aus dem von den Schalldrucksensoren (7, 8) zu einem Abtastzeitpunkt erfassten zeitlichen Druckspektrum mittels iterativ arbeitenden Minimierungsalgorithmus das gemessene Drucksignal synthetisch nachgebildet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Einrichtung (2) zur Ermittlung von BVI aus dem zu einem Abtastzeitpunkt nachgebildeten Drucksignal die Harmonischen der Blattfolgefrequenz ermittelt werden und die Blattfolgefrequenz von einem Drehzahlgeber (12) am Rotor des Drehflüglers (9) der Einrichtung (2) zur Ermittlung von BVI zugeführt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Einrichtung (2) zur Ermittlung von BVI aus einem charakteristischen Frequenzbereich die für BVI typischen Harmonischen ermittelt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Einrichtung (2) zur Ermittlung von BVI ein Quotient aus den für BVI typischen Harmonischen und den Harmonischen des zeitlichen Druckspektrum gebildet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Quotient hinsichtlich seiner Wertezahl als ein BVI-Index klassifiziert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zu einzelnen Quotienten in einem Zeitbereich ein Mittelwert gebildet wird, der als Signalkenngrösse an die Schwellwerteinrichtung (3) übermittelt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellwerteinrichtung (3) mindestens einen Schwellwert zur Erkennung von BVI und einen Schwellwert besitzt, der nach erreichen des Minimums des BVI-Index ein erneutes Anwachsen von BVI signalisiert.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von der Regeleinrichtung (4) eine schwellwertbezogene Regelung durchgeführt wird und die Regeleinrichtung (4) ein Optimierungsverfahren beinhaltet.
  10. Vorrichtung zur Vermeidung einer Kollision eines rotierenden Rotorblattes (11) eines Drehflüglers (9) mit einem Blattwirbel (10), zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, umfassend – ein Stellorgan (6) zum Verstellen und Beeinflussen aerodynamischer Parameter eines Rotorblattes (11) des Drehflüglers (9); – Messorgane (7, 8) zum Erfassen eines Geräuschsignalspektrums am Drehflügler (9), die das erfasste Geräuschsignalspektrum repräsentierende elektrische Signale ausgeben; – eine Signalverarbeitungseinrichtung (1), die mit den Messorganen (7, 8) verbunden ist und auf Grundlage der elektrischen Signale das Stellorgan (6) ein Stellsignal für das Stellorgan (6) erzeugt und dieses (6) regelt, umfassend – mindestens eine Regeleinrichtung (4), – eine Schwellwerteinrichtung (3), die mit der Regeleinrichtung (4) verbunden ist und bei BVI eine Schwellwertüberschreitung signalisiert, welche die Regeleinrichtung (4) startet, wobei die Regeleinrichtung (4) in einem Optimierungsverfahren nach einem Minimum des BVI-Index sucht, und bei einem für BVI nicht typischen Flugzustand die Regeleinrichtung (4) deaktiviert und in einen Wartezustand schaltet, – eine Einrichtung (2) zur Ermittlung von BVI, die mit Schwellwerteinrichtung (3) verbunden ist und die Harmonischen der Blattfolgefrequenz ermittelt und als Signalkenngröße einen Quotienten aus den für BVI-typischen Harmonischen und den gesamten Harmonischen bildet und mittelt und diese Signalkenngröße der Schwellwerteinrichtung (3) zuführt, und – eine Einrichtung (5) zur Flugzustandserkennung, die mit der Regeleinrichtung (4) oder der Schwellwerteinrichtung (3) verbunden ist und bei zeitlich andauernden Minimum Daten an die Schwellwerteinrichtung (3) oder die Regeleinrichtung (4) liefert; – einen an einem Rotor (9a) des Drehflüglers (9) anzuordnenden Drehgeber (12), der mit der Einrichtung (2) zur Ermittlung von BVI verbunden ist und Rotorfrequenz-Signale liefert.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass diese in einen Drehflügler (9), insbesondere einen Hubschrauber, eingebaut ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messorgane (7, 8) am Rotorsystem (11) des Drehflüglers (9) und am Rumpf desselben angeordnet sind.
DE10144484A 2001-09-10 2001-09-10 Verfahren zur Vermeidung einer Kollision eines rotierenden Rotorblattes eines Drehflügers mit einem Blattwirbel und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Expired - Fee Related DE10144484B4 (de)

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