Laser macht erstmals Luftströme an Flugzeugflügeln sichtbar
Mit einem Laser haben Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) die Luftströme an der Tragfläche eines Passagierjets sichtbar gemacht – laut DLR eine Weltpremiere. Die gewonnenen Daten sollen helfen, die Tragflächen von Verkehrsflugzeugen für langsamere und leisere Anflüge zu optimieren.
In der Kabine des DLR-Forschungsflugzeugs Atra sind Laser und Hochleistungskameras installiert. Sie beleuchten und filmen die Wolken-Tröpfchen, die während des Flugs die Tragflächen passieren.
Foto: DLR
Fliegen ist bekanntlich sicher, doch jede Landung ist für viele Passagiere ein Grund für Flugangst: Wenn unter lautem Maschinengeheul die Räder des Flugzeugs auf der Landebahn aufsetzen, geht in der Regel ein deutlich spür- und hörbarer Ruck durch das Flugzeug. Abhängig von Flugzeugtyp und Beladung beschränken die Hersteller die Anfluggeschwindigkeit von Passagiermaschinen heute auf immer noch 200 bis 250 Kilometer pro Stunde. Verkehrsflugzeuge, die im Endanflug langsamer fliegen, sind leiser und kommen mit kürzeren Start- und Landebahnen zurecht.
Im Verbundprojekt High Lift Inflight Validation (Hinva) erforscht das DLR gemeinsam mit Airbus, wie sich Luftströmungen im Langsamflug an den Tragflächen und Landeklappen sowie im Bereich der Triebwerksgondeln verhalten. Die Ergebnisse sollen dazu dienen, Tragflächen und Klappensysteme zu entwickeln, die besser an den Langsamflug angepasst sind.
Laser und Kameras beobachten die Tragflächen
Christina Politz und ihr Team vom DLR-Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik haben am 6. Januar 2015 auf einem dreieinhalbstündigen Nachtflug die Luftströmung an der Tragfläche eines Passagierjets mit einem Laser sichtbar gemacht – laut DLR eine Weltpremiere. In die zu Forschungszwecken umgebaute Kabine des DLR-Forschungsflugzeugs A320 ATRA wurde ein Laser hinter einer optischen Scheibe montiert. Hinter weiteren Kabinenfenstern wurden jeweils links und rechts zwei hochauflösende Spezialkameras installiert. Laser und Kameras wurden auf die Tragfläche ausgerichtet.
Das Forschungsflugzeug Atra des DLR ist eine umgebaute Airbus A320.
Quelle: DLR
Die angewandte Lasermesstechnik Particle Image Velocimetry (PIV) ist eine optische Methode zur Messung von Geschwindigkeitsfeldern und eine Entwicklung Göttinger DLR-Forscher. Dabei werden in ein zu untersuchendes Strömungsfeld eigentlich mikrometergroße Partikel eingebracht und ihre Bewegung von Hochleistungskameras erfasst. Im Flugversuch nutzten die DLR-Forscher anstatt künstlicher Partikel die natürlich vorhandenen Tröpfchen der Wolken. „So konnten wir im Flug tausende Bilder vom Funkeln der Nebeltröpfchen mit einem sogenannten Laserschnitt machen“, berichtet Politz.
Mithilfe einer speziell entwickelten Software können die DLR-Forscher das Strömungsfeld dreidimensional darstellen. Die Modelle sollen helfen, neue Tragflächen-Modelle für den Langsamflug zu entwickeln.
Quelle: DLR
Bisher war es dem DLR zufolge nicht möglich, an einem Passagierjet die Umströmung einer Tragfläche dreidimensional unter realen Flugbedingungen flächig zu vermessen. Denn die Messsonden, die zuvor umständlich auf die Tragfläche geklebt werden mussten, beeinflussten selbst die Luftströmung und maßen nur an einzelnen Punkten auf der Oberfläche.
Strömungen lassen sich in 3D darstellen
Mithilfe einer speziell entwickelten Software lässt sich das gesamte betrachtete Strömungsfeld nun dreidimensional berechnen und darstellen. Derzeit entstehen aus den einzigartigen Aufnahmen am Computer erste präzise 3D-Animationen der Tragflächenströmung. Die Flugversuchsdaten, kombiniert mit vorausgegangenen Windkanalmessungen und computergestützten Strömungssimulationen im Rahmen des Hinva-Projekts, liefern eine reichhaltige Datengrundlage. Damit können zukünftig deutlich besser an den Langsamflug angepasste Tragflächen und Klappensysteme entwickelt werden.
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