Adaptive Flugzeugflügel
DLR erprobt verformbare Flügel im realen Flugversuch
Eine verformbare Flügelstruktur soll Flugzeuge effizienter und besser steuerbar machen. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat ein entsprechendes Konzept im Projekt „morphAIR“ in ersten Flugversuchen untersucht.
Verformbare Hinterkante ersetzt klassische Steuerflächen
Das Versuchsflugzeug PROTEUS wurde mit zwei unterschiedlichen Flügelsätzen ausgestattet: einem konventionellen und einem morphenden Flügel. Beide bestehen aus Faserverbundmaterialien.
Der morphende Flügel verfügt über eine formvariable Hinterkante. Grundlage ist die sogenannte HyTEM-Technologie (hyperelastic trailing edge morphing), die eine kontinuierliche Verformung ohne Spalten oder Stufen ermöglicht. Klassische Klappen und Querruder werden durch mehrere entlang der Spannweite verteilte Aktuatoren ersetzt, die das Profil an zehn Stellen anpassen.
„Der morphende Flügel kann seine Form während des Flugs verändern und sich so optimal an unterschiedliche Flugzustände anpassen“, erklärt Projektleiter Martin Radestock vom DLR-Institut für Systemleichtbau.
Durch die kontinuierliche Form lassen sich Profilwiderstand, Auftrieb und induzierter Luftwiderstand gezielt beeinflussen. Zudem verteilt sich die Steuerfunktion über den gesamten Flügel.
Der Versuchsflieger PROTEUS startet
KI-gestützte Flugregelung passt sich im Betrieb an
Ein zentrales Element ist eine KI-basierte Flugregelung, die speziell für die veränderliche Flügelstruktur entwickelt wurde. Der Algorithmus erkennt während des Flugs Abweichungen zwischen Modell und realem Verhalten und passt seine internen Modelle kontinuierlich an.
Bereits im Training werden Schadensfälle und Ausfälle einzelner Aktuatoren simuliert. Dadurch kann das System im Betrieb verbleibende Aktuatoren so ansteuern, dass das Flugverhalten stabil bleibt. Der Ansatz unterscheidet sich von klassischen Regelungen, da er die Vielzahl verteilter Aktuatoren koordiniert.
Rekonstruktion des Strömungsfelds aus Messdaten
Zur Unterstützung der Regelung rekonstruiert das System die Oberflächendruckverteilung aus wenigen Messdaten. Das Versuchsflugzeug vergleicht das rekonstruierte Druckfeld mit dem erwarteten Zustand und erkennt Abweichungen lokal. Diese werden als Störungen interpretiert und in der Regelung berücksichtigt.
Grafische Darstellung des Versuchsfliegers PROTEUS mit den aktiven morphAir-Flügeln im Flug.
Flugversuche bestätigen Funktion des Konzepts
In ersten Flugversuchen wurden beide Flügelkonzepte erfolgreich getestet. Ziel war die Demonstration der Flugfähigkeit und die Integration der Systeme. Die Ergebnisse dienen als Grundlage für weitere Messkampagnen.
Die Auslegung des Systems ist trotz skalierter Tests auf Anwendungen in Kleinflugzeugen übertragbar. Das DLR plant für 2026 eine weitere Flugtestkampagne mit PROTEUS mit einer Gesamtmasse von rund 70 Kilogramm. Die Arbeiten werden im Projekt UAdapt fortgeführt.