Development of a drive train and simulator studies of the flight characteristics of a variable speed helicopter

The submitted transnational project is based directly on the findings of the previous project VARI-SPEED (FFG No.: 850442). There it was shown that the speed variation of the main rotor is possible using a gearbox, has efficiency advantages and the operational envelope of the helicopter can be extended. A method for designing the rotor in a speed range was found.
The project will now investigate how the individual components of the drive train behave in interaction. Due to the dynamics and the different inertias of the drive train, the loads in the gearbox cannot be determined by an isolated consideration. The effects of the switching process on the entire dynamic system must also be investigated in order to be able to answer the questions about how the rotor and engine are influenced by the switching process.
Another question in the project is the flight and control characteristics of the helicopter when the rotor speed of the helicopter is varied. In this context, error scenarios such as autorotation are also being investigated. Stability characteristics and controllability criteria that can be quantified in the simulation are to be supplemented by opinions and qualitative assessments of the pilots as part of the simulator campaign at the Technical University of Munich, such as handling qualities.
The third question in the project deals with the feasibility of the variable transmission module. The compound split and the variator are designed to meet the requirements scaled for the test bench. A control of the output speed is being designed. This is to be expanded with the option of active vibration damping. Hardware components are defined for the controls and the scaled demonstrator is constructed. In addition, a test plan is being created for the tests planned in the follow-up project.
The simulation model of the dynamic system can be used to determine the interactions of the components. This provides new insights into the design of a variable speed drive train and can be used in the follow-up project to determine the boundary conditions in the test and simulations can be made of different states in the drive train. The pilot campaign provides insights for the subsequent flight controller development.
The aim of the project is to increase the TRL to such an extent that the variable speed drive train can be realized together with an OEM as part of a European research project.

[Original text]
"Entwicklung eines Antriebsstrangs und Simulatorstudien der Flugeigenschaften eines drehzahlvariablen Hubschraubers"
Das eingereichte transnationale Projekt knüpft direkt an die Erkenntnisse des Vorgängerprojektes VARI-SPEED (FFG.Nr.:850442) an. Dort konnte gezeigt werden, dass die Drehzahlvariation des Hauptrotors mittels Getriebe möglich ist, Effizienzvorteile hat und die Einsatzenveloppe des Hubschraubers erweitert werden kann. Eine Methode zur Rotorauslegung in einem Drehzahlbereich wurde gefunden. 
In dem Projekt sollen nun untersucht werden, wie sich die einzelnen Komponenten des Antriebsstranges im Wechselspiel verhalten. Aufgrund der Dynamik und der unterschiedlichen Trägheiten des Antriebsstranges können die Lasten im Getriebe nicht durch eine isolierte Betrachtung ermittelt werden. Auch müssen die Auswirkungen des Schaltvorganges auf das gesamte dynamische System untersucht werden, um die Fragen nach der Beeinflussung von Rotor und Triebwerk durch den Schaltvorgang beantworten zu können.
Ein weitere Fragestellung in dem Projekt sind die Flug- und Steuereigenschaften des Hubschraubers, bei Variation der Rotordrehzahl des Hubschraubers. In diesem Hintergrund werden   auch Fehlerszenarien, wie z.B.: Autorotation untersucht. Stabilitätsmerkmale und Steuerbarkeitskriterien die sich im Rahmen der Simulation quantifizieren lassen, sollen durch Meinungen und qualitative Bewertungen der Piloten im Rahmen der Simulatorkampagne an der TU München ergänzt werden, wie beispielsweise Handling Qualities.
Die dritte Fragestellung in dem Projekt behandelt die Realisierbarkeit des übersetzungsvariablen Moduls. Es werden der Compound Split und der Variator auf die für den Prüfstand skalierten Anforderungen ausgelegt. Eine Regelung der Ausgangsdrehzahl wird entworfen. Diese soll mit der Möglichkeit einer aktiven Schwingungsdämpfung erweitert werden. Für die Regelungen werden Hardwarekomponenten definiert und der skalierte Demonstrator wird konstruiert. Zusätzlich wird ein Prüfplan für die im Folgeprojekt geplanten Versuche erstellt.
Mit dem Simulationsmodel des dynamischen Systems können die Interaktionen der Komponenten bestimmt werden. Dies liefert neue Erkenntnisse über die Auslegung eines drehzahlvariablen Antriebsstranges und kann im Folgeprojekt zur Bestimmung der Randbedingungen im Versuch verwendet werden und es können Simulations über verschiedene Zustände im Antriebstrang gemacht werden. Die Pilotenkampange liefert Erkenntnisse für die folgende Flugregerentwicklung. 
Das Ziel des Projektes ist es das TRL soweit zu erhöhen dass der drehzahlvariable Antriebsstrang im Rahmen eines Europäischen Forschungsprojektes gemeinsam mit einem OEM realisiert werden kann.