Luftlöchern auf der Spur 06.08.2013, 14:45 Uhr

Laserbasiertes Frühwarnsystem soll Luftturbulenzen schneller erkennen

Luftturbulenzen sind für Piloten bei klarem Himmel bislang weder sichtbar noch berechenbar. Und aufgrund des Klimawandels könnten sie in Zukunft für den Flugverkehr mehr und mehr zum Problem werden. Jetzt entwickeln Wissenschaftler ein Frühwarnsystem fürs Cockpit, das mit UV-Laserstrahlen die Luftdichte bestimmt.

Ein sogenanntes LIDAR-Instrument außen am Flugzeug misst in Flugrichtung mit kurzwelligen UV-Laserstrahlen die Zusammensetzung der Luft und ihre Dichte. Aus Schwankungen der Dichte wollen DLR-Forscher Luftturbulenzen errechnen. Derzeit unternimmt das DLR Testflüge mit einer modifizierten Cessna Citation.

Ein sogenanntes LIDAR-Instrument außen am Flugzeug misst in Flugrichtung mit kurzwelligen UV-Laserstrahlen die Zusammensetzung der Luft und ihre Dichte. Aus Schwankungen der Dichte wollen DLR-Forscher Luftturbulenzen errechnen. Derzeit unternimmt das DLR Testflüge mit einer modifizierten Cessna Citation.

Foto: DLR

Das Flugzeug gehört zu den sichersten Verkehrsmitteln der Welt. Wenn Verletzungen auftreten, dann meist bedingt durch Turbulenzen, die gemeinhin als Luftlloch wahrgenommen werden. Sie führen zur schnellen Änderung der Flughöhe und erhöhen die Sturzgefahr in der Kabine. Das Problem: Sogenannte Clear Air Turbulences (CAD) treten bei strahlend blauem Himmel auf und sind bislang weder sicht- noch messbar. Aktuellen Erkenntnissen der Atmosphärenforschung zufolge könnten diese Turbulenzen aufgrund des Klimawandels in Zukunft noch verstärkt auftreten.

Laserbasiertes Messgerät des DLR bestimmt Luftdichte

Das von der Europäischen Union geförderte Verbundprojekt DELICAT (Demonstration of LIDAR based Clear Air Turbulence Detection) erforscht derzeit eine Methode, mit der sich Turbulenzen in Zukunft erkennen lassen. Zum Einsatz kommt dabei ein sogenanntes UV-LIDAR-Instrument (Light Detecting and Ranging).

Im Inneren des Testflugzeugs: Das laserbasierte Messgerät des DLR-Instituts für Physik der Atmosphäre in Oberpfaffenhofen misst die Dichte der Luft, um Turbulenzen aus größerer Entfernung zu erkennen.

Im Inneren des Testflugzeugs: Das laserbasierte Messgerät des DLR-Instituts für Physik der Atmosphäre in Oberpfaffenhofen misst die Dichte der Luft, um Turbulenzen aus größerer Entfernung zu erkennen.

Quelle: DLR

Dieses laserbasierte Messgerät, eigens entwickelt vom DLR-Institut für Physik der Atmosphäre in Oberpfaffenhofen, wird am Flugzeug angebracht und sendet kurzwellige UV-Laserstrahlen in Flugrichtung. Es bestimmt anschließend die Dichte der Luft anhand der Rückstreuwerte von Luftmolekülen, Sauerstoff und Stickstoff.

Aktuell finden Testflüge mit einer Cessna statt

Derzeit finden erste Testflüge statt. Im Einsatz ist das Forschungsflugzeug PH-LAB des niederländischen Partners National Aerospace Laboratory, eine modifizierte Cessna Citation. Die Forscher erhoffen sich von den Messungen neue Erkenntnisse zu komplexen atmosphärischen Prozessen, mit denen sie schließlich ein Erkennungssystem entwickeln wollen. Das soll Piloten die Möglichkeit geben, Turbulenzen so früh zu erkennen, dass sie das Gebiet umfliegen oder wenigstens die Passagiere warnen können. 

Turbulenzen haben viel damit zu tun, dass moderne Passagierflugzeuge in den Höhen unterwegs sind, in denen auch Starkwinde vorkommen, die sogenannten Jetstreams. Sie kommen rund um den Globus vor in Höhen zwischen 8000 und 12 000 Meter.

Entlang des Jetstreams bewegen sich die Luftschichten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten horizontal gegeneinander. Dadurch entstehen sogenannte Windscherungen. Diese bilden Wellen aus, die schließlich auch brechen können – vergleichbar einer Wasserwelle. Dieser Bruch verursacht die Turbulenz. Sobald ein Flugzeug auf diese Turbulenz trifft, verändert sich der Anstellwinkel der Luftströmung an den Tragflächen und es beginnt, im Auftrieb zu schwanken.

Ein Beitrag von:

  • Patrick Schroeder

    Patrick Schroeder arbeitet als freiberuflicher Journalist für Zeitschriften und Onlinemagazine wie die VDI Nachrichten und Ingenieur.de.

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