WO2009106039A2 - Verfahren zum anzeigen eines lärmwerts eines drehflüglers - Google Patents

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Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Deutsches
Pierre Spiegel
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Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D7/00—Indicating measured values
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    • G01D2207/00—Indexing scheme relating to details of indicating measuring values
    • G01D2207/10—Displays which are primarily used in aircraft or display aircraft-specific information

Definitions

  • the invention relates to a method for displaying a noise value of a rotorcraft.
  • the invention relates to a rotorcraft with a noise display, which is adapted to display a noise level.
  • Rotorcraft noise is an obstacle to the spread of rotary-wing aircraft, which, in civilian use, disturbs the population and, in military applications, makes the rotorcraft more easily detectable.
  • it is from DE 100 22 819 C1 and the essay "Flight experiments for measurement of aircraft noise using" tunnel-in-the-sky "display” by Hirokazu Ishi, National Aerospace Laboratory of Japan RESEARCH PROGRESS 2001, publisher: NATIONAL AEROSPACE LABORATORY OF JAPAN CHOFU, TOKYO, JP (October 2002) p.
  • the invention has for its object to allow the pilot of the rotorcraft in a simple manner, an estimate of the noise generated by the rotorcraft, especially in the far field.
  • the invention solves the problem by a method for displaying a noise value of a rotorcraft, comprising the steps of (a) detecting a torque in a drivetrain of the rotorcraft and optionally a forward speed and optionally an overflight altitude, (b) determining the noise level of the rotorcraft from the torque and where appropriate, the forward speed and / or the over-altitude and (c) the noise level in a cockpit of the rotorcraft.
  • the invention solves the problem by a generic rotorcraft comprising a torque detecting device for detecting a torque, wherein the noise display is adapted to display one of the torque determined noise value.
  • An advantage of the invention is that it is simple and inexpensive executable. As a rule rotorcraft have a torque detector. It is therefore only necessary to determine from a signal of the torque detection device, the noise level and display in the cockpit. This is possible with a small additional expenditure on equipment.
  • Another advantage of the invention is that the determination of the noise value makes no distinction between a stationary flight condition and a transient flight condition necessary. It is also unnecessary to consider a mass of rotorcraft, as is usually necessary in existing processes, since the torque to automatically reach a predetermined flight condition, is affected by the mass. By displaying the noise level, the pilot can learn to fly with low noise.
  • the pilot always has the entire noise scale in view, so that he not only knows what noise the rotorcraft is generating at the moment, but also how he can control the rotorcraft so that it is quieter. Since the torque and a collective stick setting for flying the rotorcraft are highly correlated, the pilot can easily set a favorable torque.
  • Determining the noise value of the rotary-wing aircraft from the torque is understood in particular to mean that the noise value is derived, for example calculated, from the torque value. But it is also possible that the noise value is determined by the fact that the torque value is displayed on a corresponding display device, which is designed so that it allows a direct reading of the noise level. Then the determination of the noise value and the presentation of the noise value are a uniform process.
  • the torque is when the rotorcraft only has a motor or an engine, in particular to understand the engine torque. If the rotorcraft has more than one engine or engines, the torque is understood to mean, in particular, an equivalent torque which takes into account the torques of all engines. For example, in this case, the torque is an average of all engines, if they have the same speed.
  • the torque is the only quantity used to determine the noise level. It is possible, for example, that two, three or more additional operating variables of the rotary-wing aircraft are used to determine the noise level. However that is
  • Noise level has, as a change of another size by 10 percent.
  • the display may be, for example, an optical representation on an analog or digital display.
  • the presentation may alternatively or additionally also comprise an active delivery of an acoustic or haptic signal.
  • any device is a noise indicator configured to display a noise value determined from the torque understood, which is designed to determine the noise value from the torque and to make the pilot aware of sensory impressions.
  • the invention is based on the finding that the noise radiated by the rotary-wing aircraft can be calculated to a very good approximation from the torque. This finding was obtained by performing elaborate noise measurements on the ground. This is surprising because the noise radiated by rotorcraft is caused by nonlinear processes, such as the interaction of the rotor blades with air vortices generated by preceding rotor blades. The hallmark of nonlinear processes is that they depend on a multitude of influencing factors, all of which are simultaneously relevant and interact with each other. However, it has been found that despite this nonlinearity, the torque allows a reliable estimation of the noise.
  • the display is by means of a combined torque-noise display.
  • the pilot can thus read the noise generated by rotorcraft particularly easy.
  • a particularly quick-to-see indication is obtained when displayed by means of a color-coded torque indication. For example, it can be provided that high noise levels are marked red, while low noise levels are green.
  • the method comprises the steps of detecting a forward speed of the rotorcraft, wherein the noise value of the rotorcraft is determined from the torque and the forward speed. It has been found that the two most important parameters by far for calculating the noise value are the torque and the forward speed. The fact that these two variables are used to determine the noise level, a precise noise level is obtained. Below the forward speed is in particular understood the forward speed with respect to the ambient air.
  • the noise value is determined essentially exclusively from the torque and the forward speed and possibly the altitude. This is to be understood that although possibly additional farm sizes are included in the calculation of the noise level.
  • a change in torque or forward speed by a predetermined percentage for example by 10%, has resulted in a greater change in the determined noise level than a change in any other operating magnitude entering the determination, which is neither the forward speed nor the altitude same percentage.
  • the change in the noise level caused by a change in the torque or the feed rate is more than five times as large as the change which results from a change of another quantity by the same percentage value.
  • a particularly simple calculation is obtained if only the torque and additionally the forward speed and / or the flight altitude are received.
  • the display of the noise value is particularly intuitive when the noise level is measured in a two-dimensional display as a function of the torque and the forward speed. This can be done, for example, by using a two-dimensional color display on which, for each forward speed and for each torque, the corresponding point has a color coding.
  • the color coding corresponds to the noise of the rotary wing aircraft. For example, those points on the display where the rotorcraft causes a lot of noise are shown in red. Torque forward speed pairs, where the rotorcraft causes a particularly low noise may be drawn in green.
  • the current state of the rotorcraft is then displayed as a point or cursor on the display. The pilot can then his Plan flight maneuvers so that it avoids operating conditions with high noise pollution.
  • the noise value displayed is a radiated far-field noise that describes the noise generated by the rotary-wing aircraft on the ground.
  • the advantage of this is that the pilot is displayed the value that is particularly relevant for noise protection. So he can choose an aircraft trajectory, for example, causes great noise only when the rotorcraft is at a high altitude, so that the noise load on the ground is low.
  • the far-field noise describes the noise at a given distance, which is greater than ten times the rotor diameter, to the rotorcraft and in all directions that reach the ground.
  • the far-field noise then describes the radiated noise of the rotorcraft in the far field.
  • the far-field noise is understood to mean the noise caused by the rotorcraft directly on the ground.
  • the method may include the step of detecting the flying height of the rotorcraft, wherein at least the ground noise of the rotary-wing aircraft is represented as noise value.
  • a rotary-wing aircraft preferably has an on-board computer which is set up for calculating the noise value from the torque on the basis of a noise emission characteristic.
  • a noise emission characteristic can be implemented, for example, in the form of a map stored in a digital memory. The map is determined in preliminary tests. A variety of flight maneuvers are performed and the torque and noise, such as far-field noise, are measured. From a large number of such measurements, a suitable mean value curve of the dependence of the noise on the torque is determined and stored in the characteristic field.
  • the electrical control is designed to compare the torque value with the characteristic map and to calculate the assigned noise value, for example by interpolation.
  • An improved accuracy of the noise value is obtained when the rotorcraft comprises a forward speed detection device, and the on-board computer is adapted to calculate the noise level from the
  • the noise emission characteristic may be formed, for example, as a two-dimensional map in which a plurality of combinations of torque and forward speed
  • Noise value is assigned.
  • the on-board computer is then preferably set up to determine the noise value by interpolating the characteristic map.
  • the rotorcraft includes an altitude sensing device and the on-board computer is configured to calculate the noise level from the torque, forward speed and altitude.
  • a particularly intuitive torque-to-noise reading is obtained if it includes an analog torque scale and a color-coded noise scale.
  • the noise display area is arranged radially outside the torque display area.
  • the torque display is a linear display with the noise scale located adjacent to the torque indicator.
  • the invention solves the problem by a rotorcraft comprising a pilot assistance system, which is designed to indicate to the pilot a target torque at which the rotorcraft emits less noise.
  • the pilot system comprises a tunnel-in-the-sky system, wherein the desired torque is displayed in addition to other desired operating variables.
  • desired operating variables are, for example, a desired sinking speed and / or a desired forward speed. In this way, the pilot is informed effectively and intuitively how he can fly with particularly low noise.
  • FIG. 1 is a schematic view of a rotary wing aircraft according to the invention
  • FIG. 2a is a schematic representation of a torque-noise display for a rotorcraft according to the invention
  • FIG. 2b is a schematic representation of another embodiment of a torque-noise display for a rotorcraft according to the invention
  • Fig. 3a is a forward speed torque-noise display for a rotorcraft according to the invention.
  • 3b shows an alternative embodiment of a forward speed
  • FIG. 1 shows a rotorcraft 10 in the form of a helicopter with a motor 12, a torque detecting device 14 for detecting a torque of the motor 12 and a rotor 16.
  • the motor 12 drives the rotor 16 via a not shown gear.
  • the rotorcraft 10 also includes a speed determination device 18 for detecting a forward speed v ahead of the rotary-wing aircraft 10.
  • a noise display 22 is arranged, which indicates to a pilot an optical signal about what noise causes the rotorcraft 10 on a floor 24.
  • the noise indicator 22 may have a scale in dB (A) (noise level with A rating, averaged over an area).
  • the noise display 22 is connected to an on-board computer 26th which in turn communicates with the torque detecting device 14.
  • the torque detecting device 14 continuously detects, for example, at intervals of 100 ms, a torque in the form of a motor torque M Moto r- Alternatively, for example, a rotor torque can be measured.
  • the engine torque M Mo t o r is applied in a drive train between the engine 12 and the rotor 16.
  • the on-board computer 26 determines a noise value from the engine torque M Mot or, for example, a value for the far-field noise L- Fe m f ei d , and displays it on the noise display 22.
  • the on-board computer interpolates a noise emission characteristic stored in a digital memory.
  • the Lärmabstrahl characterizing is a tabulated function LFernfeid (M M otor), f assigns ei d the engine torques MMotor the associated far-field noise Lp e m.
  • the noise emission characteristic is determined experimentally in preliminary tests.
  • Figure 2a shows an alternative embodiment of the noise display in the form of a combined torque-noise indicator 22a which simultaneously indicates the torque and the far-field noise L Fe mfei d .
  • the torque-noise indicator 22a has a torque scale 28 on which a pointer 30 indicates the engine torque MMotor in percent of a maximum engine torque MMotor, m a x. So the pilot immediately sees how he can change the torque by means of a collective stick not shown, to fly very quietly. This is not possible with a display that alone indicates the current noise.
  • the torque-noise indicator 22a is a Dreh balerinstrument and has radially outside the torque scale 28, a color-coded noise scale 32, which in several, namely three colors 33.1, 33.2, 33.3 the far field noise LFemfeid encoded.
  • a color-coded noise scale 32 On the noise scale 32 such torques are marked with color 33.1 (green), in which the rotorcraft 10 has a low noise, Torques are marked with color 33.2 (orange), in which the rotorcraft 10 has an average noise, and those torques at which the rotorcraft 10 has a high noise are marked with the color 33.3 (red).
  • the torque-noise indicator 22a may also be a representation on a pilot display screen and / or have a linear representation.
  • the noise value LFem fe i d is determined from the engine torque M M ot o r by pointing the pointer 30 to the corresponding value of the noise scale 32 and thus representing it at the same time. It can be seen that the rotorcraft, especially in the middle torque range (noise of the rotor) and in the very low torque range (noise of the Fenestrons) causes noise. The speed of the motor and thus of the rotor is kept constant as a rule.
  • Figure 2b is a representation of a second embodiment of a torque-noise indicator 22a with two color-coded scale noise 32.1, 32.2, the various forward speeds v VO ricar ts are assigned.
  • the first noise scale 32.1 is arranged radially outside the torque scale 28 and applies, for example, to a high forward speed v VO in reverse.
  • the second noise scale 32.2 is arranged radially inside the torque scale 28 and applies to small forward speeds Vvortre-
  • Figure 3a shows an alternative embodiment of a noise indication in the form of a combined forward speed torque-noise indicator 22b.
  • This comprises a display 34, on which for each pair from the motor torque MMotor and forward speed v VO upwards a color is represented which codes the far-field noise L F em fe i d .
  • the current state of the rotorcraft 10 is represented by a cursor 36.
  • Figure 3b shows an alternative embodiment of the forward speed torque-noise indicator 22b, which is simplified. For example, a pilot of the rotorcraft 10 can now plan an approach trajectory to a predefined target on the basis of the display 22 b so that as little noise as possible is generated on the ground.
  • the rotorcraft 10 also includes a pilot assistance system that runs on the on-board computer 26, in which a plurality of parameterized noise-minimized approach trajectories are stored for approaching a predefinable destination.
  • the pilot can set a target for the pilot assistance system, whereupon the pilot assistance system calculates an approach trajectory that causes as little noise on the ground as possible. Since, as stated above, average torques cause a great deal of noise, the approach trajectory is selected, for example, to first be flown onto the target at high forward speed and then the torque is greatly reduced, so that a descent with a high sinking speed is initiated. As a result, the average torque range is traversed quickly and reduces the noise.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Darstellen eines Lärmwerts (LFernfeld) eines Drehflüglers (10) mit den Schritten: (a) Erfassen eines Drehmoments (MMotor) in einem Antriebsstrang des Drehflüglers (10), (b) Ermitteln des Lärmwerts (LFernfeld) des Drehflüglers (10) aus dem Drehmoment (MMotor) und (c) Darstellen des Lärmwerts (LFernfeld) in einem Cockpit (20) des Drehflüglers (10).

Description

Verfahren zum Anzeigen eines Lärmwerts eines Drehflüglers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anzeigen eines Lärmwerts eines Drehflüglers. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung einen Drehflügler mit einer Lärm-Anzeige, die eingerichtet ist zum Anzeigen eines Lärmwerts.
Drehflüglerlärm ist ein Hindernis für die Verbreitung des Drehflügler, das er, bei ziviler Anwendung, die Bevölkerung stört und, bei militärischer Anwendung, den Drehflügler leichter entdeckbar macht. Um den Piloten von Drehflüglern eine Rückmeldung über den vom Drehflügler erzeugten Lärm zu verschaffen, ist es aus der DE 100 22 819 C1 und dem Aufsatz „Flight experiments for measurement of aircraft noise using „Tunnel-ln-the-Sky" display" von Hirokazu Ishi, National Aerospace Laboratory of Japan RESEARCH PROGRESS 2001 , Herausgeber: NATIONAL AEROSPACE LABORATORY OF JAPAN CHOFU, TOKYO, JP (Oktober 2002) S. 95, 96, ISSN 13405977, bekannt, Mikrophone, beispielsweise an Kufen des Drehflüglers vorzusehen. Die Mikrophone nehmen den Lärm auf und zeigen diesen im Cockpit des Drehflüglers an. Nachteilig hieran ist, dass lediglich der Nahfeldlärm angezeigt werden kann, den der Drehflügler in seiner unmittelbaren Nähe an der Mikrofonstelle verursacht. Der Fernfeldlärm, der für den Lärmschutz maßgeblich ist, kann so nicht unbedingt erfasst werden, da durch eine starke und variable Richtcharakteristik des Rotorlärms die Lärmmessung an einigen Punkten nah am Drehflügler nicht repräsentativ für den Fernfeldlärm sind.
Es ist zudem bekannt, an den Rotoren des Drehflüglers einen Blattdruck zu messen und aus diesem Blattdruck anhand eines mathematischen Modells den vom Drehflügler erzeugten Lärm zu berechnen. Nachteilig hieran ist, dass die Datenerfassung vom Rotor in das Cockpit aufwendig und fehlerbehaftet ist.
Aus der DE 100 22 568 A1 ist ein Verfahren zum Vermessen von Geräuschen eines feststehenden Messobjektes mittels eines Hubschraubers bekannt. Der Lärm des Hubschraubers selbst wird dort nicht betrachtet.
Aus der DE 32 13 127 C2 ist ein Verfahren zur Messung des Propellerdrehklangs beim Überflug eines einmotorigen Flugszugs bekannt, das aber für den freien Einsatz eines Drehflüglers nicht geeignet ist, da ein bodenstationiertes Mikrophon vorgesehen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Piloten des Drehflüglers auf einfache Art und Weise eine Abschätzung des Lärms zu erlauben, den der Drehflügler, insbesondere im Fernfeld, erzeugt.
Die Erfindung löst das Problem durch ein Verfahren zum Anzeigen eines Lärmwerts eines Drehflüglers, mit den Schritten (a) Erfassen eines Drehmoments in einem Antriebsstrang des Drehflüglers und gegebenenfalls eine Vorwärtsgeschwindigkeit sowie gegebenenfalls einer Überflughöhe, (b) Ermitteln des Lärmwerts des Drehflüglers aus dem Drehmoment und gegebenenfalls der Vorwärtsgeschwindigkeit und/oder der Überflughöhe und (c) Anzeigen des Lärmwerts in einem Cockpit des Drehflüglers.
Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch einen gattungsgemäßen Drehflügler, der eine Drehmomenterfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Drehmoments umfasst, wobei die Lärm- Anzeige eingerichtet ist zum Anzeigen eines aus dem Drehmoment ermittelten Lärmwerts.
Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass sie einfach und kostengünstig ausführbar ist. In der Regel verfügen Drehflügler über eine Drehmomenterfassungsvorrichtung. Es ist damit lediglich notwendig, aus einem Signal der Drehmomenterfassungsvorrichtung den Lärmwert zu bestimmen und im Cockpit anzuzeigen. Das ist mit einem geringen zusätzlichen apparativen Aufwand möglich.
Es ist ein weiterer Vorteil, dass bestehende Drehflügler einfach nachrüstbar sind. Vorteilhaft an der Erfindung ist zudem, dass die Ermittlung des Lärmwerts keine Unterscheidung zwischen einem stationären Flugzustand und einem instationären Flugzustand notwendig macht. Es ist zudem entbehrlich, eine Masse des Drehflüglers zu berücksichtigen, wie dies bei bestehenden Verfahren in der Regel notwendig ist, da das Drehmoment, um einen vorgegebenen Flugzustand zu erreichen, automatisch von der Masse beeinflusst wird. Dadurch, dass der Lärmwert angezeigt wird, kann der Pilot lärmarmes Fliegen lernen.
Vorteilhaft ist zudem, dass der Pilot die ganze Lärmskala stets im Blick hat, so dass er nicht nur weiß, welchen Lärm der Drehflügler im Moment erzeugt, sondern auch, wie er den Drehflügler so steuern kann, dass dieser leiser ist. Da das Drehmoment und eine Einstellung eines Kollektiv-Knüppels zum Fliegen des Drehflüglers stark korreliert sind, kann der Pilot leicht ein günstiges Drehmoment einstellen.
Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter einem Drehflügler, insbesondere ein Hubschrauber oder ein Luftfahrzeug mit Kipprotor verstanden. Unter einem Ermitteln des Lärmwerts des Drehflüglers aus dem Drehmoment wird insbesondere verstanden, dass aus dem Drehmomentwert der Lärmwert abgeleitet, beispielsweise berechnet, wird. Es ist aber auch möglich, dass der Lärmwert dadurch ermittelt wird, dass der Drehmomentwert auf einer entsprechenden Anzeigevorrichtung dargestellt wird, die so ausgebildet ist, dass sie ein direktes Ablesen des Lärmwerts erlaubt. Dann sind das Ermitteln des Lärmwerts und das Darstellen des Lärmwerts ein einheitlicher Vorgang.
Unter dem Drehmoment wird, wenn der Drehflügler nur einen Motor bzw. ein Triebwerk besitzt, insbesondere das Motordrehmoment zu verstehen. Besitzt der Drehflügler mehr als einen Motor bzw. Triebwerke, so wird unter dem Drehmoment insbesondere ein äquivalentes Drehmoment verstanden, das die Drehmomente aller Motoren berücksichtigt. Beispielsweise ist in diesem Fall das Drehmoment ein Mittelwert aller Triebwerke, wenn diese die gleiche Drehzahl haben.
Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass das Drehmoment die einzige Größe ist, die zum Ermitteln des Lärmwerts herangezogen wird. Es ist beispielsweise möglich, dass zwei, drei oder mehr zusätzliche Betriebsgrößen des Drehflüglers zum Ermitteln des Lärmwerts hinzugezogen werden. Jedoch ist das
Drehmoment die wichtigste zum Ermitteln des Lärmwerts herangezogene
Betriebsgröße. Das heißt beispielsweise, dass ein Ändern des Drehmoments um 10 Punkte einen größeren Einfluss auf eine Änderung des ermittelten
Lärmwerts hat, als eine Änderung einer anderen Größe um 10 Prozent.
Unter dem Darstellen, des Lärmwerts in dem Cockpit des Drehflüglers wird jedes Zur-Verfügung-Stellen eines Werts an den Piloten verstanden, der eine Aussage über den Lärm gestattet, den der Drehflügler verursacht. Das Darstellen kann beispielsweise ein optisches Darstellen auf einer analogen oder digitalen Anzeige sein. Das Darstellen kann alternativ oder additiv auch ein aktives Abgeben eines akustischen oder haptischen Signals umfassen.
Unter einer Lärm-Anzeige, die eingerichtet ist zum Anzeigen eines aus dem Drehmoment ermittelten Lärmwerts wird insbesondere jede Vorrichtung verstanden, die ausgebildet ist, um aus dem Drehmoment den Lärmwert zu ermitteln und dem Piloten über Sinneseindrücke zugängig zu machen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der von dem Drehflügler abgestrahlte Lärm in sehr guter Näherung aus dem Drehmoment berechnet werden kann. Diese Erkenntnis wurde unter Durchführen aufwendiger Lärmmessungen am Boden gewonnen. Das ist überraschend, weil der von Drehflüglern abgestrahlte Lärm durch nichtlineare Prozesse hervorgerufen wird, beispielsweise von der Wechselwirkung der Rotorblätter mit Luftwirbeln, die von vorausgehenden Rotorblättern erzeugt worden sind. Das Kennzeichen nichtlinearer Prozesse ist, dass sie von einer Vielzahl von Einflussfaktoren abhängen, die alle gleichzeitig relevant sind und miteinander wechselwirken. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass trotz dieser Nichtlinearität das Drehmoment eine zuverlässige Abschätzung des Lärms erlaubt.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Anzeigen mittels einer kombinierten Drehmoment-Lärm-Anzeige. Der Pilot kann so den vom Drehflügler erzeugten Lärm besonders leicht ablesen.
Eine besonders schnell wahrnehmbare Anzeige wird erhalten, wenn das Anzeigen mittels einer farbkodierten Drehmoment-Anzeige erfolgt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass hohe Lärmwerte mit rot gekennzeichnet werden, niedrige Lärmwerte hingegen mit grün.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte eines Erfassens einer Vorwärtsgeschwindigkeit des Drehflüglers, wobei der Lärmwert des Drehflüglers aus dem Drehmoment und der Vorwärtsgeschwindigkeit ermittelt wird. Es hat sich gezeigt, dass die beiden mit Abstand wichtigsten Parameter zum Berechnen des Lärmwerts das Drehmoment und die Vorwärtsgeschwindigkeit sind. Dadurch, dass diese beiden Größen zum Ermitteln des Lärmwerts herangezogen werden, wird ein genauer Lärmwert erhalten. Unter der Vorwärtsgeschwindigkeit wird insbesondere die Vorwärtsgeschwindigkeit bezüglich der Umgebungsluft verstanden.
Insbesondere wird der Lärmwert im Wesentlichen ausschließlich aus dem Drehmoment und der Vorwärtsgeschwindigkeit und ggf. der Flughöhe ermittelt. Hierunter ist zu verstehen, dass zwar möglicherweise zusätzliche Betriebsgrößen in die Berechnung des Lärmwerts eingehen. Eine Änderung des Drehmoments oder der Vorwärtsgeschwindigkeit um einen vorgegebenen Prozentwert, beispielsweise um 10 %, hat aber eine größere Änderung des ermittelten Lärmwerts zur Folge hat als eine Änderung einer sonstigen in die Ermittlung eingehenden Betriebsgröße, die weder die Vorwärtsgeschwindigkeit noch die Flughöhe ist, um den gleichen Prozentwert. Insbesondere ist die Änderung des Lärmwerts, die durch eine Änderung des Drehmoments bzw. der Vorschubgeschwindigkeit hervorgerufen wird, mehr als fünfmal so groß wie diejenige Änderung, die aus einer Änderung einer sonstigen Größe um den gleichen Prozentwert hervorruft. Eine besonders einfache Berechnung wird erhalten, wenn nur das Drehmoment und zusätzlich die Vorwärtsgeschwindigkeit und/oder die Flughöhe eingehen.
Das Anzeigen des Lärmwerts erfolgt besonders intuitiv, wenn der Lärmwert in einer zweidimensionalen Anzeige in Abhängigkeit von dem Drehmoment und der Vorwärtsgeschwindigkeit erfolgt. Das kann beispielsweise dadurch geschehen, dass ein zweidimensionales farbiges Display verwendet wird, auf dem für jede Vorwärtsgeschwindigkeit und für jedes Drehmoment der entsprechende Punkt eine farbliche Kodierung besitzt. Die farbliche Kodierung entspricht dem Lärm des Drehflüglers. Beispielsweise sind solche Punkte auf dem Display, bei denen der Drehflügler besonders viel Lärm verursacht, rot eingezeichnet. Drehmoment-Vorwärtsgeschwindigkeitspaare, bei der der Drehflügler einen besonders geringen Lärm verursacht, können grün eingezeichnet sein. Der momentane Zustand des Drehflüglers wird dann als Punkt bzw. Cursor auf dem Display dargestellt. Der Pilot kann dann seine Flugmanöver so planen, dass er Betriebszustände mit hoher Lärmbelastung meidet.
Bevorzugt wird als Lärmwert ein abgestrahlter Fernfeldlärm angezeigt, der den vom Drehflügler am Boden erzeugten Lärm beschreibt. Vorteilhaft ist hieran, dass dem Piloten derjenige Wert angezeigt wird, der für den Lärmschutz besonders relevant ist. So kann er eine Flugtrajektorie wählen, die beispielsweise großen Lärm nur dann verursacht, wenn sich der Drehflügler in einer großen Flughöhe befindet, so dass die Lärmbelastung am Boden gering ist.
Der Fernfeldlärm beschreibt den Lärm in einem vorgegebenen Abstand, der größer ist als das Zehnfache des Rotordurchmessers, zum Drehflügler und in alle Richtungen, die den Boden erreichen. Der Fernfeldlärm beschreibt dann den in das Fernfeld abgestrahlten Lärm des Drehflüglers. Insbesondere wird unter dem Fernfeldlärm derjenige Lärm verstanden, den der Drehflügler direkt am Boden verursacht. Dazu kann das Verfahren den Schritt des Erfassens der die Flughöhe des Drehflüglers umfassen, wobei als Lärmwert zumindest der Bodenlärm des Drehflüglers dargestellt wird.
Ein erfindungsgemäßer Drehflügler besitzt bevorzugt einen Bordrechner, der eingerichtet ist zum Berechnen des Lärmwerts aus dem Drehmoment anhand einer Lärmabstrahlcharakteristik. Eine derartige Lärmabstrahlcharakteristik kann beispielsweise in Form eines in einem digitalen Speicher abgelegten Kennfelds implementiert sein. Das Kennfeld wird in Vorversuchen ermittelt. Dabei wird eine Vielzahl von Flugmanövern durchgeführt und das Drehmoment und der Lärm, beispielsweise der Fernfeldlärm, werden gemessen. Aus einer Vielzahl solcher Messungen wird eine geeignete Mittelwertskurve der Abhängigkeit des Lärms vom Drehmoment bestimmt und im Kennfeld abgelegt.
Besonders effizient ist es, die Drehmomentwerte an der Grenze der lauten Bereiche zu ermitteln. Beispielsweise gibt es einen Drehmomentbereich, für welche laute Blatt-Wirbel-Wechselwirkung stattfindet und einen anderen Drehmomentbereich, für den ein Fenestron laut sein kann. Die Grenzen sind vom Hubschraubertyp abhängig.
Die elektrische Steuerung ist ausgebildet, um den Drehmomentwert mit dem Kennfeld zu vergleichen und beispielsweise durch Interpolation den zugeordneten Lärmwert zu berechnen.
Eine verbesserte Genauigkeit des Lärmwerts wird erhalten, wenn der Drehflügler eine Vorwärtsgeschwindigkeits-Erfassungsvorrichtung umfasst, und der Bordrechner eingerichtet ist zum Berechnen des Lärmwerts aus dem
Drehmoment und der Vorwärtsgeschwindigkeit anhand der
Lärmabstrahlcharakteristik. In diesem Fall kann die Lärmabstrahlcharakteristik beispielsweise als zweidimensionales Kennfeld ausgebildet sein, in dem einer Vielzahl von Kombinationen aus Drehmoment und Vorwärtsgeschwindigkeit ein
Lärmwert zugeordnet ist. Der Bordrechner ist dann bevorzugt so eingerichtet, dass er den Lärmwert durch Interpolieren des Kennfelds ermittelt.
Eine weiter verbesserte Genauigkeit des Lärmwerts wird erhalten, wenn der Drehflügler eine Flughöhen-Erfassungsvorrichtung umfasst, und der Bordrechner eingerichtet ist zum Berechnen des Lärmwerts aus dem Drehmoment, der Vorwärtsgeschwindigkeit und der Flughöhe.
Eine besonders intuitiv abzulesende Drehmoment-Lärm-Anzeige wird erhalten, wenn diese eine analoge Drehmomentskala und eine farbkodierte Lärmskala umfasst. Bevorzugt ist der Lärm-Anzeigebereich radial außerhalb des Drehmoment-Anzeigebereichs angeordnet. Alternativ ist es auch möglich, dass die Drehmoment-Anzeige eine lineare Anzeige ist, wobei die Lärmskala neben der Drehmoment-Anzeige angeordnet ist.
Gemäß einem unabhängigen Gegenstand löst die Erfindung das Problem durch einen Drehflügler, der ein Pilotenassistenzsystem umfasst, das ausgebildet ist, um dem Pilot ein Soll-Drehmoment anzuzeigen, bei dem der Drehflügler weniger Lärm abgibt.
Bevorzugt umfasst das Pilotensystem ein Tunnel-in-the-sky-System, wobei das Soll-Drehmoment neben anderen Soll-Betriebsgrößen angezeigt wird. Derartige Soll-Betriebsgrößen sind beispielsweise eine Soll-Sinkgeschwindigkeit und/oder eine Soll-Vorwärtsgeschwindigkeit. So wird dem Piloten effektiv und intuitiv mitgeteilt, wie er besonders lärmarm fliegen kann.
Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Drehflüglers,
Fig. 2a eine schematische Darstellung einer Drehmoment-Lärm-Anzeige für einen erfindungsgemäßen Drehflügler,
Fig. 2b eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Drehmoment-Lärm-Anzeige für einen erfindungsgemäßen Drehflügler,
Fig. 3a eine Vorwärtsgeschwindigkeit-Drehmoment-Lärm-Anzeige für einen erfindungsgemäßen Drehflügler und
Fig. 3b eine alternative Ausführungsform einer Vorwärtsgeschwindigkeit-
Drehmoment-Lärm-Anzeige mit einer vereinfachten Darstellung.
Figur 1 zeigt einen Drehflügler 10 in Form eines Hubschraubers mit einem Motor 12, einer Drehmomenterfassungsvorrichtung 14 zum Erfassen eines Drehmoments des Motors 12 und einem Rotor 16. Der Motor 12 treibt den Rotor 16 über ein nicht eingezeichnetes Getriebe an. Der Drehflügler 10 umfasst zudem eine Geschwindigkeitsermittlungsvorrichtung 18 zum Erfassen einer Vorwärtsgeschwindigkeit vvorWärts des Drehflüglers 10.
In einem Cockpit 20 des Drehflüglers 10 ist eine Lärm-Anzeige 22 angeordnet, die einem Piloten ein optisches Signal darüber angibt, welchen Lärm der Drehflügler 10 auf einem Boden 24 verursacht. Die Lärm-Anzeige 22 kann beispielsweise eine Skala in dB(A) haben (Lärmpegel mit A-Bewertung, gemittelt über eine Fläche). Die Lärm-Anzeige 22 ist mit einem Bordrechner 26 verbunden, der seinerseits mit der Drehmomenterfassungsvorrichtung 14 in Verbindung steht.
Während des Betriebs des Drehflüglers 10 erfasst die Drehmomenterfassungsvorrichtung 14 kontinuierlich, beispielsweise in Zeitabständen von 100 ms, ein Drehmoment in Form eines Motordrehmoments MMotor- Alternativ kann beispielsweise auch ein Rotordrehmoment gemessen werden. Das Motordrehmoment MMotor liegt in einem Antriebsstrang zwischen dem Motor 12 und dem Rotor 16 an. Der Bordrechner 26 ermittelt aus dem Motordrehmoment MMotor einen Lärmwert, beispielsweise einen Wert für den Fernfeldlärm L-Femfeid, und stellt diesen auf der Lärm-Anzeige 22 dar. Dazu interpoliert der Bordrechner eine in einem digitalen Speicher abgelegte Lärmabstrahlcharakteristik. Die Lärmabstrahlcharakteristik ist eine tabellierte Funktion LFernfeid(MMotor), die Motordrehmomenten MMotor den zugehörigen Fernfeldlärm Lpemfeid zuordnet. Die Lärmabstrahlcharakteristik wird in Vorversuchen experimentell ermittelt.
Figur 2a zeigt eine alternative Ausführungsform der Lärm-Anzeige in Form einer kombinierten Drehmoment-Lärm-Anzeige 22a, die gleichzeitig das Drehmoment und den Fernfeldlärm LFemfeid anzeigt. Die Drehmoment-Lärm- Anzeige 22a besitzt eine Drehmomentskala 28, auf der ein Zeiger 30 das Motordrehmoment MMotor in Prozent eines Maximal-Motordrehmoments MMotor, max anzeigt. So sieht der Pilot unmittelbar, wie er das Drehmoment mittels eines nicht eingezeichneten Kollektiv-Knüppels verändern kann, um besonders leise zu fliegen. Das ist mit einer Anzeige, die allein den momentanen Lärm anzeigt, nicht möglich.
Die Drehmoment-Lärm-Anzeige 22a ist ein Drehzeigerinstrument und besitzt radial außerhalb der Drehmomentskala 28 eine farbkodierte Lärmskala 32, die in mehreren, nämlich drei Farben 33.1 , 33.2, 33.3 den Fernfeldlärm LFemfeid kodiert. Auf der Lärmskala 32 sind solche Drehmomente mit Farbe 33.1 (grün) markiert, bei denen der Drehflügler 10 eine geringe Lärmentwicklung hat, Drehmomente sind mit Farbe 33.2 (orange) markiert, bei denen der Drehflügler 10 eine mittlere Lärmentwicklung hat, und solche Drehmomente, bei denen der Drehflügler 10 eine hohe Lärmentwicklung hat, sind mit der Farbe 33.3 (rot) gekennzeichnet. Die Drehmoment-Lärm-Anzeige 22a kann auch eine Darstellung auf einem Pilot-Display-Bildschirm sein und/oder eine lineare Darstellung haben.
Der Lärmwert LFemfeid wird in der Ausführungsform gemäß Figur 2 aus dem Motordrehmoment MMotor ermittelt, indem der Zeiger 30 auf den entsprechenden Wert der Lärmskala 32 zeigt und ihn damit zugleich darstellt. Es ist zu erkennen, dass der Drehflügler besonders im mittleren Drehmomentbereich (Lärm des Rotors) und im sehr tiefen Drehmomentbereich (Lärm des Fenestrons) Lärm verursacht. Die Drehzahl des Motors und damit des Rotors wird in der Regel konstant gehalten.
Figur 2b ist eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Drehmoment-Lärm-Anzeige 22a mit zwei farbkodierten Lärmskalen 32.1 , 32.2, die unterschiedlichen Vorwärtsgeschwindigkeiten vVOrwärts zugeordnet sind. Die erste Lärmskala 32.1 ist im vorliegenden Fall radial außerhalb der Drehmomentskala 28 angeordnet und gilt beispielsweise für eine hohe Vorwärtsgeschwindigkeiten vVOrwärts. Die zweite Lärmskala 32.2 ist radial innerhalb der Drehmomentskala 28 angeordnet und gilt für kleine Vorwärtsgeschwindigkeiten Vvorwärts-
Figur 3a zeigt eine alternative Ausführungsform einer Lärm-Anzeige in Form einer kombinierten Vorwärtsgeschwindigkeit-Drehmoment-Lärm-Anzeige 22b. Diese umfasst ein Display 34, auf dem für jedes Paar aus dem Motordrehmoment MMotor und Vorwärtsgeschwindigkeit vVOrwärts eine Farbe dargestellt ist, die den Fernfeldlärm LFemfeid kodiert. Der momentane Zustand des Drehflüglers 10 wird über einen Cursor 36 dargestellt. Figur 3b zeigt eine alternative Ausführungsform der Vorwärtsgeschwindigkeit- Drehmoment-Lärm-Anzeige 22b, die vereinfacht ist. Ein Pilot des Drehflüglers 10 kann beispielsweise eine Anflugtrajektorie auf ein vorgegebenes Ziel anhand der Anzeige 22 b nun so planen, dass am Boden möglichst wenig Lärm entsteht.
Der Drehflügler 10 (Figur 1) umfasst zudem ein Pilotenassistenzsystem, das auf dem Bordrechner 26 läuft, in dem mehrere parametrisierte lärmminimierte Anflugtrajektorien zum Anflug auf ein vorgebbares Ziel gespeichert sind. Der Pilot kann dem Pilotenassistenzsystem ein Ziel vorgeben, woraufhin das Pilotenassistenzsystem eine Anflugtrajektorie berechnet, die am Boden möglichst wenig Lärm verursacht. Da, wie oben ausgeführt, mittlere Drehmomente besonders viel Lärm verursachen, wird die Anflugtrajektorie beispielsweise so gewählt, dass zunächst mit hoher Vorwärtsgeschwindigkeit auf das Ziel zugeflogen wird und anschließend das Drehmoment stark reduziert wird, so dass ein Sinkflug mit einer hohen Sinkgeschwindigkeit eingeleitet wird. Dadurch wird der mittlere Drehmomentbereich schnell durchlaufen und die Lärmentwicklung verringert.
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Bezugszeichenliste
10 Drehflügler
12 Motor
14 Drehmomenterfassungsvorrichtung
16 Rotor
18 Geschwindigkeitsermittlungsvorrichtung
20 Cockpit
22 Lärm-Anzeige
22a Drehmoment-Lärm-Anzeige
22b Vorwärtsgeschwindigkeit-Drehmoment-Lärm-Anzeige
24 Boden
26 Bordrechner
28 Drehmomentskala
30 Zeiger
32 Lärmskala
34 Display
^vorwärts Vorwärtsgeschwindigkeit
Miviotor Motordrehmoment l-Fernfeld Fernfeldlärm

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Darstellen eines Lärmwerts (Lpemfeid) eines Drehflüglers (10) mit den Schritten: (a) Erfassen eines Drehmoments (MMotor) in einem Antriebsstrang des Drehflüglers (10),
(b) Ermitteln des Lärmwerts (LFemfeid) des Drehflüglers (10) aus dem Drehmoment (MMotor) und
(c) Darstellen des Lärmwerts (LFemfeid) in einem Cockpit (20) des Drehflüglers (10).
2. Verfahren nach Anspruch Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden-, dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeigen mittels einer kombinierten Drehmoment-Lärm-Anzeige (22a, 22b) erfolgt.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeigen mittels einer farbkodierten Lärm- Anzeige (22, 22a, 22b) erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte
Erfassen einer Vorwärtsgeschwindigkeit (vvorwärts) des Drehflüglers (10) und - Ermitteln des Lärmwerts (LFemfeid) des Drehflüglers (10) aus dem
Drehmoment (MMotor) und der Vorwärtsgeschwindigkeit (vVOrwärts)-
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Anzeigen des Lärmwerts (LFemfeid) in einer zweidimensionalen Vorwärtsgeschwindigkeit-Drehmoment-Lärm-Anzeige (22b) in
Abhängigkeit von dem Drehmoment (MMotor) und der Vorwärtsgeschwindigkeit (vVOrwärts) erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lärmwert ein Fernfeldlärm (LFemfeid) ist, der den vom Drehflügler (10) am Boden (24) erzeugten Lärm beschreibt.
7. Drehflügler (10) mit
(a) einer Lärm-Anzeige (22), die eingerichtet ist zum Anzeigen eines Lärmwerts (LFemfeid), und
gekennzeichnet durch
(b) eine Drehmomenterfassungsvorrichtung (14) zum Erfassen eines Drehmoments (Mwiotor),
(c) wobei die Lärm-Anzeige (22) eingerichtet ist zum Anzeigen eines aus dem Drehmoment (Mwotor) ermittelten Lärmwerts (LFernfeld)-
8. Drehflügler (10) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Bordrechner (26), der eingerichtet ist zum Berechnen des Lärmwerts (Lpemfeid) aus dem Drehmoment (MMotor) anhand einer Lärmabstrahlcharakteristik (LFemfeid(MMotor)).
9. Drehflügler (10) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Vorwärtsgeschwindigkeit-Erfassungsvorrichtung (18), wobei der Bordrechner (26) eingerichtet ist zum Berechnen des Lärmwerts (LFemfeid) aus dem Drehmoment
(MMotor) und der Vorwärtsgeschwindigkeit (vvorwärts) anhand der Lärmabstrahlcharakteristik ((LFernfeid(MMotor,Vvorwärts))-
10. Drehflügler (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lärm-Anzeige (22) eine kombinierte
Drehmoment-Lärm-Anzeige (22a) ist.
11. Drehflügler (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lärm-Anzeige (22) eine farbkodierte Lärm- Anzeige (22) ist.
12. Drehflügler (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmoment-Lärm-Anzeige (22a) eine analogen Drehmomentskala (28) und eine farbkodierten Lärmskala (32) umfasst, wobei die Lärmskala (32) radial außerhalb der Drehmomentskala (28) angeordnet ist.
13. Drehflügler (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomenterfassungsvorrichtung (14) eingerichtet ist zum Erfassen eines Motordrehmoments (Fi/Wor)-
14. Drehflügler (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 7 bis 13, mit einem Pilotenassistenzsystem, das ausgebildet ist, um dem
Piloten ein Soll-Drehmoment anzuzeigen, bei dem der Drehflügler weniger Lärm abgibt.
15. Drehflügler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Pilotensystem ein Tunnel-in-the-sky-System umfasst, wobei das Soll- Drehmoment neben anderen Soll-Betriebsgrößen angezeigt wird.
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