Weltpremiere für DLR-Forscher Erstmals aerodynamische Lasermessungen mit Passagierjet

Verkehrsflugzeuge, die im Endanflug langsamer fliegen, sind leiser und kommen mit kürzeren Start- und Landebahnen zurecht.
Verkehrsflugzeuge, die im Endanflug langsamer fliegen, sind leiser und kommen mit kürzeren Start- und Landebahnen zurecht.

Wissenschaftler der DLR haben erstmals im realen Flug die Luftströmung an der Tragfläche eines Passagierjets mit einem Laser sichtbar gemacht. Die Erkenntnisse sollen helfen, die Tragflächen zukünftiger Flugzeuge für langsamere und leisere Anflüge zu optimieren.

Dazu haben die Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) ein Verfahren entwickelt, das die oberhalb des Flügels vorbeiströmenden Nebeltröpfchen erfasst und damit die Luftbewegung im Detail zeigt.

Bilder: 5

Der DLR-Flugversuch in Bildern

Der DLR-Flugversuch in Bildern

Funkelnde Nebeltröpfchen

Versuchsobjekt war das DLR-Forschungsflugzeug A320 ATRA (Advanced Technology Research Aircraft). In der Kabine des stark modifizierten ehemaligen Passagierjets haben die Wissenschaftler einen auffächerbaren Laser hinter einer speziellen optischen Scheibe montiert. »Daneben installierten wir jeweils links und rechts zwei hochauflösende Spezialkameras hinter weiteren Kabinenfenstern und richteten Laser und Kameras auf die Tragfläche aus«, berichtet Christina Politz vom DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik. »So konnten wir im Flug tausende Bilder vom Funkeln der Nebeltröpfchen mit einem so genannten Laserschnitt machen.«

Echtzeitmessung in ganzen Ebenen

Die angewandte Lasermesstechnik PIV (Particle Image Velocimetry) ist eine Entwicklung Göttinger DLR-Forscher. Dabei werden in ein zu untersuchendes Strömungsfeld mikrometergroße Partikel eingebracht, deren Echtzeitbewegung von Hochleistungskameras erfasst wird. Im Flugversuch nutzten die DLR-Forscher anstatt künstlicher Partikel die natürlich vorhandenen Tröpfchen der Wolken.

Mithilfe einer speziell entwickelten Software lässt sich das gesamte betrachtete Strömungsfeld dreidimensional berechnen und darstellen. Zuvor mussten so genannte Messsonden umständlich auf die Tragfläche geklebt werden. Nachteil: Sie beeinflussen die Luftströmung und messen nur an einzelnen Punkten auf der Oberfläche.

Unerreichte Genauigkeit

Basierend auf den im Flugversuch gewonnenen Aufnahmen entstehen derzeit am Computer erste präzise 3D-Animationen der Tragflächenströmung. »Wir wollen in bisher unerreichter Genauigkeit wissen, wie sich die Strömung im Langsamflug an den Tragflächen und Landeklappen sowie insbesondere im Bereich der Triebwerksgondeln verhält«, sagt Prof. Dr. Ralf Rudnik, der das Projekt HINVA (High Lift Inflight Validation) leitet. »Wenn wir die aerodynamischen Grenzen bei niedrigen Fluggeschwindigkeiten noch besser verstehen, haben wir die Möglichkeit diese Grenzen zukünftig weiter zu unseren Gunsten zu verschieben.«

Der Vorteil dabei: Verkehrsflugzeuge, die im Endanflug langsamer fliegen, sind leiser und kommen mit kürzeren Start- und Landebahnen zurecht.

Anhand der nun gewonnenen Flugversuchsdaten, kombiniert mit vorausgegangenen Windkanalmessungen und computergestützten Strömungssimulationen des HINVA-Projekts, können künftig deutlich besser an den Langsamflug angepasste Tragflächen und Klappensysteme entwickelt werden, um langfristig das Tempolimit rund um die Flughäfen zu senken.

Verbundpartner Airbus

Der Verbundpartner Airbus unterstützt das Projekt im Rahmen seiner Forschungsaktivitäten, denn die angestrebte präzise Vorhersage der Strömungsvorgänge bei Start und Landung sind ein wesentlicher Beitrag für die Verbesserung künftiger Flugzeugentwicklungen. Airbus hat bei diesem Flugversuch durch die verantwortliche Integration der PIV-Messtechnik im Forschungsflugzeug ATRA wesentlich zum Gelingen des Tests beigetragen.