Getriebeprüfstand für Verbundhubschrauber der nächsten Generation
Das Projekt MUTR konzentrierte sich auf das Design des Getriebeprüfsystems für den neu entwickelten Hubschrauber-Demonstrator RACER (Rapid and Cost Effective Rotorcraft, dt.: schneller und kosteneffizienter Drehflügler). RACER ist ein experimenteller Verbundhubschrauber, der von Airbus entwickelt wurde. Er kombiniert hohe Geschwindigkeiten mit der Fähigkeit zu Senkrechtstart und -landung und verfügt über Flügel und Propeller zur Antriebsunterstützung anstelle eines herkömmlichen Heckrotors. Der Drehflügler wird von zwei Triebwerken angetrieben, von denen eines einmal im Flug abgestellt und neu gestartet werden kann, um Treibstoff zu sparen und die Reichweite zu erhöhen. Das Projekt MUTR wurde im Rahmen des Gemeinsamen Unternehmens Clean Sky 2 finanziert, einer öffentlich-privaten Partnerschaft zwischen der EU und der Industrie zur Stärkung der Zusammenarbeit innerhalb der europäischen Luftfahrtindustrie, der globalen Führung und der Wettbewerbsfähigkeit. Die Forschenden vom Tschechischen Forschungszentrum für Luft- und Raumfahrt (VZLU) führten die Entwicklung und Umsetzung eines zusätzlichen (adaptiven) Getriebes durch, das Teil einer multifunktionellen Prüfvorrichtung zur Validierung spezieller neu entwickelter Hubschrauberuntersetzungsgetriebe für RACER ist. Dabei handelt es sich um eine Schlüsselkomponente für die Antriebsvorrichtung des Hubschraubers, welche die Kraft von zwei Turbowellentriebwerken auf den Hauptrotor und die Seitenrotoren überträgt.
Unter Notfallbedingungen validiert
Das Team entwarf zunächst den Prüfstand und entwickelte, fertigte und testete anschließend den hydraulischen Drehmomenterzeuger und dessen zugehörigen Prüfstand für die Validierung von RACER. „Der Prüfstand ist eine leistungsfähige Vorrichtung, mit der wir nicht nur die normalen Flugmodi, sondern auch alle Notfall- und Überlastbedingungen, denen das Hauptuntersetzungsgetriebe des Drehflüglers während des Betriebs ausgesetzt sein kann, testen können“, so Projektkoordinator Petr Pick. Der vorgeschlagene Prüfmodus umfasste vier Teile: die Hauptgetriebeplatte, die Seitenlastgruppen, das adaptive Getriebe und die Stützmechanismen. Die Validierung des Hauptuntersetzungsgetriebes auf dem Prüfstand erfolgte auf die gleiche Weise wie beim eigentlichen Drehflügler, sodass die Messwerte auf den Verifizierungs- und Zertifizierungsprozess angewandt werden konnten. Der energieeffiziente hydraulische Drehmomenterzeuger simulierte das Drehmoment der Seitenrotoren. Die von den Wellen, welche die Antriebseinheiten darstellen, übertragene Kraft wurde vom adaptiven Getriebe zum Hauptgetriebe geleitet, das sich in zwei Seitenrotoren und einen Hauptrotor verzweigt. Der Entwurf sieht drei Kraftregelkreise vor, in denen der Kraftfluss unabhängig geändert werden kann, während gleichzeitig die Simulation des Betriebs mit nur einem Triebwerk (während das andere abgestellt ist) sowie in verschiedenen Flugmodi der Maschine möglich ist.
Ein zuverlässiger, effizienter Drehmomenterzeuger
Neben zwei Getriebepaaren ermöglichen ein einzigartiger Drehmomenterzeuger und -messer im Getriebe die Durchführung von Belastungsprüfungen sowie die Kalibrierung des Drehmomenterzeugers. Das vom Drehmomenterzeuger verwendete Hydrauliksystem belastet das Getriebe nicht nur mit einem Torsionsmoment, es löst auch die Problematik der Kühlung bei Getriebe und Getriebelager. Pick erklärt: „Das VZLU entwickelt die Verbindung der Seitenrotorgetriebe über eine vertikale Getriebewelle, die auf zwei oder drei Hilfslagergehäusen gelagert ist, um die beiden Getriebe miteinander zu verriegeln. Diese Getriebewelle ist über Kegelradgetriebe mit den Seitengetrieben verbunden.“ Getriebeprüfungen erfordern einen effizienten, zuverlässigen und langlebigen Drehmomenterzeuger. MUTR erfüllt genau diese Kriterien und wurde erfolgreich für eine Belastbarkeit von bis zu 5 900 Nm bei 3 330 U/min validiert. Die Vorrichtung kann auch für ausgeklügelte Systeme zur Belastungssimulation wie den RACER-Prüfstand eingesetzt werden.
Schlüsselbegriffe
MUTR, Getriebe, Rotor, Prüfstand, Hubschrauber, Drehmomenterzeuger, Drehflügler, Untersetzungsgetriebe
